Fortschritte bei der Anwendung von Exoskopen in neurochirurgischen Eingriffen

 

Die Anwendung vonOperationsmikroskopeund Neuroendoskope haben die Wirksamkeit neurochirurgischer Eingriffe deutlich verbessert. Dennoch unterliegen sie aufgrund einiger inhärenter Eigenschaften der Geräte selbst immer noch gewissen Einschränkungen in der klinischen Anwendung. Angesichts der Mängel vonOperationsmikroskopeund Neuroendoskopen, gepaart mit den Fortschritten in der digitalen Bildgebung, der WLAN-Netzwerkkonnektivität, der Bildschirmtechnologie und der optischen Technologie, ist das Exoskopsystem als Brücke zwischen Operationsmikroskopen und Neuroendoskopen entstanden. Das Exoskop verfügt über eine bessere Bildqualität und ein besseres chirurgisches Sichtfeld, eine bessere ergonomische Haltung, pädagogische Wirksamkeit sowie eine effizientere Einbindung des Operationsteams und seine Anwendungseffizienz ist mit der von Operationsmikroskopen vergleichbar. Derzeit berichtet die Literatur hauptsächlich über die Unterschiede zwischen Exoskopen und Operationsmikroskopen in technischen Ausstattungsaspekten wie Schärfentiefe, Sichtfeld, Brennweite und Bedienung, und es fehlt eine Zusammenfassung und Analyse der spezifischen Anwendung und der chirurgischen Ergebnisse von Exoskopen in der Neurochirurgie. Daher fassen wir die Anwendung von Exoskopen in der Neurochirurgie in den letzten Jahren zusammen, analysieren ihre Vorteile und Grenzen in der klinischen Praxis und bieten Referenzen für die klinische Nutzung.

Die Geschichte und Entwicklung von Exoskopen

Operationsmikroskope verfügen über eine hervorragende Tiefenbeleuchtung, ein hochauflösendes chirurgisches Sichtfeld und stereoskopische Bildgebungseffekte, die Chirurgen helfen können, die tiefe Nerven- und Gefäßgewebestruktur des Operationsfeldes klarer zu beobachten und die Genauigkeit mikroskopischer Operationen zu verbessern. Allerdings ist die Schärfentiefe desOperationsmikroskopist flach und das Sichtfeld ist eng, insbesondere bei hoher Vergrößerung. Der Chirurg muss wiederholt fokussieren und den Winkel des Zielbereichs anpassen, was den Operationsrhythmus erheblich beeinflusst. Andererseits muss der Chirurg durch ein Mikroskopokular beobachten und operieren, was von ihm verlangt, über einen langen Zeitraum eine starre Haltung einzunehmen, was leicht zu Ermüdung führen kann. In den letzten Jahrzehnten hat sich die minimalinvasive Chirurgie rasant entwickelt, und neuroendoskopische Systeme werden in der Neurochirurgie häufig eingesetzt, da sie qualitativ hochwertige Bilder, bessere klinische Ergebnisse und eine höhere Patientenzufriedenheit bieten. Aufgrund des engen Kanals des endoskopischen Zugangs und des Vorhandenseins wichtiger neurovaskulärer Strukturen in der Nähe des Kanals sowie der Besonderheiten der Schädelchirurgie, wie z. B. der fehlenden Möglichkeit, die Schädelhöhle zu erweitern oder zu verkleinern, wird die Neuroendoskopie jedoch hauptsächlich bei Operationen an der Schädelbasis und bei Ventrikeloperationen über nasale und orale Zugänge eingesetzt.

Angesichts der Mängel von Operationsmikroskopen und Neuroendoskopen sowie der Fortschritte in der digitalen Bildgebung, der WLAN-Konnektivität, der Bildschirmtechnologie und der optischen Technologie hat sich das externe Spiegelsystem als Brücke zwischen Operationsmikroskopen und Neuroendoskopen herauskristallisiert. Ähnlich wie bei der Neuroendoskopie besteht das externe Spiegelsystem üblicherweise aus einem Weitsichtspiegel, einer Lichtquelle, einer hochauflösenden Kamera, einem Bildschirm und einer Halterung. Die Hauptstruktur, die externe Spiegel von der Neuroendoskopie unterscheidet, ist ein Weitsichtspiegel mit einem Durchmesser von etwa 10 mm und einer Länge von etwa 140 mm. Seine Linse steht in einem Winkel von 0° oder 90° zur Längsachse des Spiegelkörpers, mit einem Brennweitenbereich von 250–750 mm und einer Schärfentiefe von 35–100 mm. Die lange Brennweite und die große Schärfentiefe sind die Hauptvorteile externer Spiegelsysteme gegenüber der Neuroendoskopie.

Die Weiterentwicklung von Software und Hardware hat die Entwicklung von Außenspiegeln vorangetrieben, insbesondere die Einführung von 3D-Außenspiegeln sowie der neuesten 3D-4K-Ultra-HD-Außenspiegel. Das Außenspiegelsystem wird jährlich aktualisiert. Softwareseitig kann das Außenspiegelsystem den Operationsbereich durch die Integration von präoperativer Magnetresonanz-Diffusions-Tensor-Bildgebung, intraoperativer Navigation und weiteren Informationen visualisieren und so Ärzten präzise und sichere Operationen ermöglichen. Hardwareseitig kann der Außenspiegel 5-Aminolävulinsäure- und Indocyaninfilter für die Angiographie, einen pneumatischen Arm, einen verstellbaren Bediengriff, eine Mehrbildschirmausgabe, eine längere Fokussierdistanz und eine höhere Vergrößerung integrieren und so eine bessere Bildwirkung und ein besseres Operationserlebnis erzielen.

Vergleich zwischen Exoskop und Operationsmikroskopen

Das externe Spiegelsystem kombiniert die externen Funktionen der Neuroendoskopie mit der Bildqualität von Operationsmikroskopen, ergänzt die jeweiligen Stärken und Schwächen und schließt die Lücke zwischen Operationsmikroskopen und Neuroendoskopie. Externe Spiegel zeichnen sich durch eine große Tiefenschärfe und ein weites Sichtfeld aus (Operationsfelddurchmesser 50–150 mm, Tiefenschärfe 35–100 mm) und bieten so äußerst praktische Bedingungen für tiefe chirurgische Eingriffe mit hoher Vergrößerung. Andererseits kann die Brennweite des externen Spiegels 250–750 mm erreichen, was einen größeren Arbeitsabstand ermöglicht und chirurgische Eingriffe erleichtert [7]. Bezüglich der Visualisierung von externen Spiegeln stellten Ricciardi et al. durch Vergleiche zwischen externen Spiegeln und Operationsmikroskopen fest, dass externe Spiegel eine mit Mikroskopen vergleichbare Bildqualität, optische Leistung und Vergrößerungswirkung aufweisen. Der externe Spiegel ermöglicht zwar einen schnellen Wechsel von der mikroskopischen zur makroskopischen Perspektive, doch wenn der Operationskanal oben eng und unten weit ist oder durch andere Gewebestrukturen verdeckt wird, ist das Sichtfeld unter dem Mikroskop in der Regel eingeschränkt. Der Vorteil des externen Spiegelsystems besteht darin, dass Operationen in einer ergonomischeren Haltung durchgeführt werden können, wodurch die Zeit, die der Arzt mit der Betrachtung des Operationsfelds durch das Mikroskopokular verbringt, verkürzt wird und der Arzt weniger ermüdet. Das externe Spiegelsystem liefert allen Operationsteilnehmern während des chirurgischen Eingriffs 3D-Operationsbilder in gleicher Qualität. Bis zu zwei Personen können durch das Okular des Mikroskops operieren, während der externe Spiegel dasselbe Bild in Echtzeit übertragen kann. So können mehrere Chirurgen gleichzeitig operieren, und die chirurgische Effizienz wird durch den Informationsaustausch mit dem gesamten Personal verbessert. Gleichzeitig stört das externe Spiegelsystem nicht die Kommunikation des Operationsteams, sodass alle Mitarbeiter am chirurgischen Eingriff teilnehmen können.

Exoskop in der Neurochirurgie

Gonen et al. berichteten über 56 Fälle endoskopischer Gliomoperationen, von denen nur 1 Fall während der perioperativen Phase Komplikationen (Blutungen im Operationsbereich) aufwies; die Inzidenzrate betrug lediglich 1,8 %. Rotermund et al. berichteten über 239 Fälle transnasaler transsphenoidaler Operationen bei Hypophysenadenomen, und die endoskopische Operation führte nicht zu schweren Komplikationen; unterdessen gab es hinsichtlich Operationsdauer, Komplikationen oder Resektionsbereich keine signifikanten Unterschiede zwischen endoskopischer und mikroskopischer Operation. Chen et al. berichteten, dass 81 Tumore über den retrosigmoidalen Zugang operativ entfernt wurden. Hinsichtlich Operationsdauer, Grad der Tumorresektion, postoperativer neurologischer Funktion, Hörvermögen usw. war die endoskopische Operation der mikroskopischen Operation ähnlich. Vergleicht man die Vor- und Nachteile zweier Operationstechniken, ist der externe Spiegel dem Mikroskop in Bezug auf Videobildqualität, chirurgisches Sichtfeld, Bedienung, Ergonomie und Beteiligung des Operationsteams ähnlich oder überlegen, während die Tiefenwahrnehmung als ähnlich oder schlechter als die des Mikroskops eingestuft wird.

Exoskop in der Neurochirurgie-Lehre

Einer der Hauptvorteile externer Spiegel besteht darin, dass das gesamte OP-Personal auf 3D-OP-Bilder in gleicher Qualität zugreifen kann. Dadurch kann das gesamte OP-Personal stärker am Operationsverlauf teilnehmen, chirurgische Informationen kommunizieren und übermitteln, die Lehre und Anleitung chirurgischer Operationen erleichtern, die Unterrichtsbeteiligung erhöhen und die Effektivität der Lehre verbessern. Untersuchungen haben ergeben, dass die Lernkurve bei externen Spiegeln im Vergleich zu Operationsmikroskopen relativ kürzer ist. Bei der Laborausbildung zum Nähen, bei der Studenten und Assistenzärzte sowohl am Endoskop als auch am Mikroskop geschult werden, fällt den meisten Studenten die Bedienung des Endoskops leichter. Bei der Lehre der Chirurgie bei kraniozervikalen Missbildungen beobachteten alle Studenten dreidimensionale anatomische Strukturen durch 3D-Brillen, wodurch ihr Verständnis der Anatomie kraniozervikaler Missbildungen vertieft, ihre Begeisterung für chirurgische Operationen gesteigert und die Ausbildungszeit verkürzt wurde.

Ausblick

Obwohl externe Spiegelsysteme im Vergleich zu Mikroskopen und Neuroendoskopen deutliche Anwendungsfortschritte erzielt haben, sind sie auch mit Einschränkungen behaftet. Der größte Nachteil früherer 2D-Außenspiegel war die fehlende stereoskopische Sicht bei der Vergrößerung tiefer Strukturen, was chirurgische Eingriffe und die Beurteilung des Chirurgen beeinträchtigte. Der neue 3D-Außenspiegel hat das Problem der fehlenden stereoskopischen Sicht zwar behoben, in seltenen Fällen kann das Tragen einer polarisierten Brille über einen längeren Zeitraum jedoch Beschwerden wie Kopfschmerzen und Übelkeit beim Chirurgen verursachen. Hier liegt der Schwerpunkt der nächsten technischen Verbesserung. Bei endoskopischen Schädeloperationen ist es zudem manchmal notwendig, während der Operation auf ein Mikroskop umzusteigen, da manche Tumoren eine fluoreszenzgeführte visuelle Resektion erfordern oder die Tiefenausleuchtung des Operationsfeldes nicht ausreicht. Aufgrund der hohen Kosten für Geräte mit Spezialfiltern werden Fluoreszenzendoskope bei der Tumorresektion bisher noch nicht häufig eingesetzt. Während der Operation steht der Assistent dem Chefchirurgen gegenüber und sieht manchmal ein rotierendes Anzeigebild. Mithilfe von zwei oder mehr 3D-Displays werden die Operationsbildinformationen per Software verarbeitet und um 180° gedreht auf dem Assistentenbildschirm angezeigt. Dadurch kann das Problem der Bilddrehung effektiv gelöst werden und der Assistent kann bequemer am chirurgischen Prozess teilnehmen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der zunehmende Einsatz endoskopischer Systeme in der Neurochirurgie den Beginn einer neuen Ära der intraoperativen Visualisierung markiert. Im Vergleich zu Operationsmikroskopen bieten externe Spiegel eine bessere Bildqualität und ein besseres chirurgisches Sichtfeld, eine ergonomischere Haltung während der Operation, eine bessere Lehreffektivität und eine effizientere Beteiligung des Operationsteams bei vergleichbaren Operationsergebnissen. Daher ist ein Endoskop für die meisten gängigen Schädel- und Wirbelsäulenoperationen eine sichere und effektive neue Option. Mit dem Fortschritt und der Weiterentwicklung der Technologie können mehr intraoperative Visualisierungsinstrumente chirurgische Eingriffe unterstützen, um weniger chirurgische Komplikationen und eine bessere Prognose zu erzielen.