Retrospektive Auswertung und Vergleich von assistierenden Techniken bei stabilisierenden Operationen an der Wirbelsäule am Beispiel von 3D-Navigation und Roboter-assistierten Verfahren
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Diese Dissertation untersucht die Genauigkeit der Pedikelschraubenlage von assistierenden Techniken bei stabilisierenden Operationen an der Wirbelsäule, insbesondere durch den Vergleich von 3D-Navigation und Roboter-assistierten Verfahren. Die operative Stabilisierung der Wirbelsäule mit einem Schrauben-Stab-System ist ein anerkanntes Verfahren zur Behandlung von Erkrankungen oder Verletzungen, die zu einer Instabilität der Wirbelsäule führen.
Die korrekte Lage der Pedikelschrauben ist entscheidend für die Stabilität des implantierten Systems und die Vermeidung von Komplikationen wie Verletzungen der Nervenwurzeln. Verschiedene Studien und Metaanalysen haben gezeigt, dass die Unterstützung durch 3D-Navigation oder Operationsroboter zu einer genaueren Schraubenlage und geringeren Komplikationsraten führt. Weiterhin zeigten besagte Untersuchungen, dass Navigationssysteme, welche auf 3D-flouriskopischen Daten, also einem intraoperativen CBCT beruhen, genauere Pedikelschraubenlagen zu liefern scheinen, als solche Systeme, welche auf einem präoperativen CT-Bild beruhen. Der Renaissance-Roboter stellt einen Vertreter dieser CT-basierten Systeme dar, das Brainlab-System bietet beide Technologien an. Beim 3D-Scan wird eine intraoperative 3D-fluoroskopie genutzt, beim Surface-Matching präoperative CT-Daten.
An insgesamt 268 Operationen und 1718 Pedikelschrauben, welche in der Zeit zwischen 2018 und 2022 an der neurochirurgischen Klinik der Universtitätsmedizin Mainz mit Hilfe des Renaissance-Systems, sowie dem Brainlab-System implantiert wurden, wurde retrospektiv eine Auswertung der Pedikelschraubenlagen anhand von CT-Bildern durchgeführt. Hierfür wurde jeder Pedikelschraube ein Grad zwischen 0 und 4 zugewiesen. Weiterhin wurden die OP-Zeit, emittierte Röntgenstrahlung, demographische Daten, Größe der Pedikelschrauben, Lokalisation der Pedikelschrauben, Indikationen, sowie intraoperative Komplikationen oder notwendige Revisionseingriffe erfasst.
Von den 1718 Pedikelschrauben entfielen 728 auf den Roboter, 990 auf das Brainlab-System. Von letzteren wurden 579 Pedikelschrauben hierbei nach Referenzierung mit eine 3D-Fluoroskopie implantiert, 411 nach Referenzierung über ein Surface-Matching mit präoperativen CT-Daten. Durchschnittlich erzielte der OP-Roboter hierbei eine Pedikelschraubenlage von 0.971 Grad, das Brainlab-System insgesamt eine durchschnittliche Lage von 0.866 Grad (-0.105 Grad). Unterteilt in die Subgruppen nach Referenzierung ergab sich bei der 3D-Fluoroskopie eine durchschnittliche Pedikelschraubenlage von 0.808 Grad, beim CT-basierten Surface-Matching von 0.949 Grad. Die CT-basierten Navigationen Roboter und Surface-Matching divergierten also um lediglich 0.022 Grad. Die Ergebnisse dieser Untersuchung decken sich also mit den bisherigen Metaanalysen und zeigen eine durchschnittlich bessere Pedikelschraubenlage bei der Nutzung von intraoperativer 3D-Fluoroskopie bei der navigierten Implantation von Pedikelschrauben. Auch hinsichtlich der definierten Fehllagen im Grad 3 und Grad 4 zeigte das Brainlab-System mit 9.39 % der Pedikelschrauben eine um 2.29 % geringere Fehllagenrate als der Roboter mit 11.68 %. Eine medial perforierende Schraubenfehllage trat bei beiden Systemen jedoch lediglich in 1.65 % der Pedikelschrauben (Roboter) und 0.6 % der Pedikelschrauben (Brainlab) auf. Beide Systeme und ihre jeweiligen Referenzierungsverfahren stellen also eine sichere und valide Technik zur navigierten Pedikelschraubenimplantation dar.
Den statistisch signifikantesten Einfluss auf die Pedikelschrauben stellte der Wirbelsäulenabschnitt dar. Die thorakale Wirbelsäule bietet die anatomisch kleinsten und engsten Pedikel der untersuchten Abschnitte, entsprechend fanden sich hier die häufigste Anzahl an Fehllagen (64.05 % aller Fehllagen) und die schlechtesten durchschnittlichen Pedikelschraubenlagen mit 1.232 Grad. Rein lumbosakral durchgeführte Eingriffe erzielten im Vergleich eine durchschnittliche Schraubenlage von 0.339 Grad (-0.893 Grad). Gerade im rein thorakalen Abschnitt erzielte das Brainlab-System (1.147 Grad) eine um 0.272 Grad bessere durchschnittliche Schraubenlage als der Roboter (1.419 Grad). In der Subgruppenbetrachtung des Brainlab zeigte sich dann, dass das Surface-Matching in diesem Wirbelsäulenabschnitt um 0.132 Grad bessere durchschnittliche Pedikelschraubenlage erzielte als die Referenzierung über eine 3D-Fluoroskopie. Auch die Anteile der Fehllagen im Vergleich zur Gruppengröße waren hier signifikante niedriger. Bei Operationen an der lumbosakralen Wirbelsäule (also dem Segment LW 5/ SW 1) erzielte das Surface-Matching sogar eine durchschnittliche Schraubenlage von 0 Grad, es kam zu keiner Fehllage. Divergierend hierzu kam es jedoch im thorakolumbalen Übergang beim Surface-Matching zu der schlechtesten durchschnittlichen Pedikelschraubenlage des Brainlab-Systems mit 1.246 Grad, sowie den anteilig meisten Fehllagen mit 25.71 % aller im Grad 3 und Grad 4 erfassten Pedikelschrauben bei lediglich 6.78 % der Operationen.
Es bleibt also festzustellen, dass innerhalb des Brainlab-Systems das Surface-Matching für die thorakale Wirbelsäule, sowie den lumbosakralen Übergang eine der 3D-Fluoroskopie überlegene Referenzierungsmethode darstellt und der klinische Einsatz hier zu bevorzugen wäre. In den übrigen Wirbelsäulenabschnitten zeigte sich die 3D-Fluoroskopie hinsichtlich durchschnittlicher Pedikelschraubenlage und Rate an Fehllagen überlegen.
Einen weiteren Einflussfaktor auf die Systeme stellen Größe und Gewicht des Patienten, sowie der daraus resultierende BMI dar. Hinsichtlich der Größe bestand ein statistisch valider Zusammenhang – eine größere Körperlänge führte zu durchschnittlich besseren Pedikelschraubenlagen. Dieser Zusammenhang konnte statistisch valide für den BMI bei der durchschnittlichen Pedikelschraubenlage nicht gezeigt werden, bei übergewichtigen Patienten (Präadipositas, sowie Adipositas Grad 1) kam es jedoch zu vermehrten Fehllagen als bei normalgewichtigen Patienten. Vor allem bei Adipositas Grad 1 kam es beim 3D-Scan zu vermehrten Fehllagen, das Surface-Matching zeigte diesen Effekt nicht.
Die Indikation zur dorsalen Spondylodese hat keinen Einfluss auf die Pedikelschraubenlage. Es konnte gezeigt werden, dass auch hier der Wirbelsäulenabschnitt, in der die jeweilige Operation durchgeführt wird, den größten Einfluss auf die Pedikelschraubenlage hat.
Ein weiterer statistisch signifikanter Einflussfaktor auf die durchschnittliche Pedikelschraubenlage stellt hingegen die Länge der dorsalen Spondylodese dar. Mit zunehmender Länge kam es auch zu einer Zunahme der durchschnittlichen Graduierungen der Pedikelschrauben. Hierbei stellten sich besonders die Spondylodesen über 3, 4 und 5 Segmente als anfällig für Fehllagen und damit eine schlechtere durchschnittliche Pedikelschraubenlage heraus. Systemspezifisch zeigte der Roboter bei der Spondylodese über 4 Segmente eine deutlich erhöhte Anzahl an Fehllagen (45.88 % aller Fehllagen), das Brainlab-System bei Spondylodesen über 3 Segmente, sowie über 5 Segmente mit kumuliert 45.16 % der Fehllagen des Systems. Diese Auffälligkeit trat beim Brainlab-System jedoch ausschließlich bei der Registrierung über die 3D-Fluoroskopie auf. Eine Ursache für dieses Phänomen ließ sich anhand der Daten nicht ableiten. Eine Ungenauigkeit durch manuelles Umsetzen des Roboters, sowie eine möglicherweise ausgebliebene neue Referenzierung beim Brainlab-System mit zunehmender Entfernung zum Referenzstern könnten eine Ursache darstellen. Spezielle Workflows für die Nutzung von navigierenden Techniken an der Wirbelsäule sind von immanenter Wichtigkeit für den Erhalt der Präzision, gerade bei langstreckigen Spondylodesen.
Hinsichtlich der benötigen Zeit/Schraube ergaben sich keine relevanten Unterschiede zwischen den Systemen.
Die erfasste intraoperative Durchleuchtung zeigte beim OP-Roboter die niedrigsten durchschnittlichen Dosisflächenprodukte mit 508.9 cGycm². Ähnliche Werte waren a priori auch für das Surface-Matching zu erwarten. Mit durchschnittlich 1084 cGycm² waren die Dosisflächenprodukte jedoch nahezu doppelt so hoch, was durch mangelnde Erfahrungswerte mit dem System und deshalb durchgeführte Röntgenkontrollen zu erklären wäre. Mit durchschnittlich 1467 cGycm² waren die intraoperativen Dosisflächenprodukte bei der 3D-Fluoroskopie am höchsten, eine präoperative CT-Bildgebung entfällt hier bei der Betrachtung der Gesamtdosis jedoch.