Fortschritte bei der Anwendung von Exoskopen in neurochirurgischen Eingriffen

 

Die Anwendung vonOperationsmikroskopeNeuroendoskope haben die Effektivität neurochirurgischer Eingriffe deutlich verbessert. Dennoch weisen sie aufgrund einiger gerätebedingter Eigenschaften weiterhin gewisse Einschränkungen in der klinischen Anwendung auf. Angesichts der Mängel vonOperationsmikroskopeDurch die Weiterentwicklung digitaler Bildgebung, WLAN-Konnektivität, Bildschirm- und Optiktechnologie sowie die damit einhergehenden Fortschritte bei Neuroendoskopen hat sich das Exoskop-System als Bindeglied zwischen Operationsmikroskopen und Neuroendoskopen etabliert. Das Exoskop zeichnet sich durch überlegene Bildqualität und ein größeres chirurgisches Sichtfeld, eine bessere Ergonomie, höhere didaktische Effektivität sowie eine effizientere Einbindung des OP-Teams aus und ist in seiner Anwendung vergleichbar mit der von Operationsmikroskopen. Die aktuelle Literatur konzentriert sich hauptsächlich auf die Unterschiede zwischen Exoskopen und Operationsmikroskopen hinsichtlich technischer Aspekte wie Schärfentiefe, Sichtfeld, Brennweite und Bedienung. Eine Zusammenfassung und Analyse der spezifischen Anwendung und der chirurgischen Ergebnisse von Exoskopen in der Neurochirurgie fehlt jedoch. Daher fassen wir die Anwendung von Exoskopen in der Neurochirurgie der letzten Jahre zusammen, analysieren ihre Vorteile und Grenzen in der klinischen Praxis und geben Hinweise für deren klinische Nutzung.

Geschichte und Entwicklung der Exoskope

Operationsmikroskope zeichnen sich durch eine exzellente Tiefenbeleuchtung, ein hochauflösendes Sichtfeld und stereoskopische Bildgebung aus. Dies ermöglicht Chirurgen eine klarere Sicht auf die tieferliegenden Nerven- und Gefäßstrukturen des Operationsfeldes und verbessert die Genauigkeit mikroskopischer Eingriffe. Allerdings ist die Schärfentiefe desOperationsmikroskopDas Sichtfeld ist flach und eng, insbesondere bei hoher Vergrößerung. Der Chirurg muss wiederholt fokussieren und den Winkel des Zielbereichs anpassen, was den Operationsablauf erheblich beeinträchtigt. Zudem erfordert die Beobachtung und Operation durch ein Mikroskopokular, dass der Chirurg lange Zeit eine fixierte Haltung einnimmt, was leicht zu Ermüdung führen kann. In den letzten Jahrzehnten hat sich die minimalinvasive Chirurgie rasant entwickelt, und neuroendoskopische Systeme finden aufgrund ihrer hochauflösenden Bilder, besseren klinischen Ergebnisse und höheren Patientenzufriedenheit breite Anwendung in der Neurochirurgie. Aufgrund des engen Zugangskanals und der Nähe wichtiger neurovaskulärer Strukturen sowie der Besonderheiten der Schädelchirurgie, wie der eingeschränkten Möglichkeit zur Erweiterung oder Verkleinerung der Schädelhöhle, wird die Neuroendoskopie jedoch hauptsächlich für Schädelbasis- und Ventrikeloperationen über nasale und orale Zugänge eingesetzt.

Angesichts der Einschränkungen von Operationsmikroskopen und Neuroendoskopen sowie der Fortschritte in der digitalen Bildgebung, WLAN-Netzwerkanbindung, Bildschirmtechnologie und Optik hat sich das externe Spiegelsystem als Bindeglied zwischen diesen beiden Systemen etabliert. Ähnlich wie bei der Neuroendoskopie besteht das externe Spiegelsystem üblicherweise aus einem Weitsichtigkeitsspiegel, einer Lichtquelle, einer hochauflösenden Kamera, einem Bildschirm und einer Halterung. Das Hauptmerkmal, das externe Spiegel von der Neuroendoskopie unterscheidet, ist der Weitsichtigkeitsspiegel mit einem Durchmesser von ca. 10 mm und einer Länge von ca. 140 mm. Seine Linse ist in einem Winkel von 0° oder 90° zur Längsachse des Spiegelkörpers angeordnet und bietet einen Brennweitenbereich von 250–750 mm sowie eine Schärfentiefe von 35–100 mm. Die lange Brennweite und die große Schärfentiefe sind die entscheidenden Vorteile externer Spiegelsysteme gegenüber der Neuroendoskopie.

Die Fortschritte in der Software- und Hardwaretechnologie haben die Entwicklung von Außenspiegeln, insbesondere von 3D-Außenspiegeln und den neuesten 3D-4K-Ultra-HD-Außenspiegeln, vorangetrieben. Das Außenspiegelsystem wird jährlich aktualisiert. Softwareseitig visualisiert es das Operationsgebiet durch die Integration präoperativer Magnetresonanztomographie (MRT), intraoperativer Navigation und weiterer Informationen und unterstützt Ärzte so bei präzisen und sicheren Operationen. Hardwareseitig verfügt der Außenspiegel über 5-Aminolävulinsäure- und Indocyaninfilter für die Angiographie, einen pneumatischen Arm, einen verstellbaren Bediengriff, Mehrbildschirmausgabe, einen größeren Fokusabstand und eine höhere Vergrößerung. Dadurch werden bessere Bildqualität und ein optimiertes Operationserlebnis erzielt.

Vergleich zwischen Exoskop und Operationsmikroskop

Das externe Spiegelsystem vereint die Eigenschaften der Neuroendoskopie mit der Bildqualität von Operationsmikroskopen. Dadurch werden die jeweiligen Stärken und Schwächen beider Systeme ausgeglichen und die Lücken zwischen Operationsmikroskopen und Neuroendoskopie geschlossen. Externe Spiegel zeichnen sich durch eine große Schärfentiefe und ein weites Sichtfeld aus (Operationsfelddurchmesser 50–150 mm, Schärfentiefe 35–100 mm) und bieten somit optimale Bedingungen für tiefe chirurgische Eingriffe unter hoher Vergrößerung. Die Brennweite des externen Spiegels kann 250–750 mm erreichen, was einen größeren Arbeitsabstand ermöglicht und die Durchführung von Operationen erleichtert [7]. Ricciardi et al. fanden in einem Vergleich mit Operationsmikroskopen heraus, dass externe Spiegel eine vergleichbare Bildqualität, optische Leistung und Vergrößerungswirkung aufweisen. Der externe Spiegel ermöglicht einen schnellen Wechsel zwischen mikroskopischer und makroskopischer Ansicht. Ist der Operationskanal jedoch oben eng und unten weit oder durch anderes Gewebe verdeckt, ist das Sichtfeld unter dem Mikroskop meist eingeschränkt. Der Vorteil des externen Spiegelsystems liegt in der ergonomischeren Operationshaltung. Dadurch verkürzt sich die Zeit, die der Operateur durch das Mikroskopokular verbringt, was die Ermüdung reduziert. Das System liefert allen Beteiligten während des Eingriffs dreidimensionale Bilder in gleicher Qualität. Bis zu zwei Personen können gleichzeitig durch das Okular operieren, während der externe Spiegel das Bild in Echtzeit überträgt. So können mehrere Chirurgen parallel arbeiten und die Effizienz durch den Informationsaustausch mit allen Beteiligten steigern. Gleichzeitig beeinträchtigt das externe Spiegelsystem die Kommunikation im OP-Team nicht, sodass alle am Eingriff teilnehmen können.

Exoskop in der Neurochirurgie

Gonen et al. berichteten über 56 Fälle von Gliom-Endoskopie, bei denen nur in einem Fall Komplikationen (Blutung im Operationsgebiet) perioperativ auftraten (Inzidenzrate: 1,8 %). Rotermund et al. berichteten über 239 Fälle von transnasaler transsphenoidaler Chirurgie von Hypophysenadenomen. Die endoskopische Operation führte nicht zu schwerwiegenden Komplikationen. Es zeigten sich keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich Operationsdauer, Komplikationen oder Resektionsausmaß zwischen endoskopischer und mikroskopischer Chirurgie. Chen et al. berichteten über 81 Fälle von Tumorentfernung über den retrosigmoidalen Zugang. Hinsichtlich Operationsdauer, Resektionsausmaß, postoperativer neurologischer Funktion, Hörvermögen etc. war die endoskopische Chirurgie vergleichbar mit der mikroskopischen Chirurgie. Vergleicht man die Vor- und Nachteile zweier chirurgischer Techniken, so ist der externe Spiegel dem Mikroskop in Bezug auf Videobildqualität, chirurgisches Sichtfeld, Operation, Ergonomie und Beteiligung des OP-Teams ähnlich oder überlegen, während die Tiefenwahrnehmung als ähnlich oder schlechter als die des Mikroskops bewertet wird.

Exoskop in der neurochirurgischen Lehre

Einer der Hauptvorteile externer Spiegel besteht darin, dass sie allen OP-Mitarbeitern die gleiche Qualität an dreidimensionalen Operationsbildern ermöglichen. Dadurch können alle Beteiligten aktiver am Operationsprozess teilnehmen, Informationen austauschen und die Ausbildung erleichtern. Dies wiederum verbessert die Lehrtätigkeit und -anleitung, erhöht die Beteiligung der Lehrenden und steigert die Effektivität der Lehre. Studien haben gezeigt, dass die Lernkurve für externe Spiegel im Vergleich zu Operationsmikroskopen deutlich kürzer ist. Im Nahttraining, bei dem Studierende und Assistenzärzte sowohl mit Endoskop als auch mit Mikroskop arbeiten, empfinden die meisten die Arbeit mit dem Endoskop als einfacher. In der Ausbildung zur kraniozervikalen Fehlbildungschirurgie konnten alle Studierenden dreidimensionale anatomische Strukturen mithilfe von 3D-Brillen betrachten. Dies verbesserte ihr Verständnis der kraniozervikalen Anatomie, steigerte ihre Begeisterung für operative Eingriffe und verkürzte die Ausbildungszeit.

Ausblick

Obwohl externe Spiegelsysteme im Vergleich zu Mikroskopen und Neuroendoskopen deutliche Fortschritte in der Anwendung erzielt haben, weisen sie auch Einschränkungen auf. Der größte Nachteil früher 2D-Außenspiegel war das fehlende stereoskopische Sehen bei der Vergrößerung tieferliegender Strukturen, was chirurgische Eingriffe und die Beurteilung durch den Operateur beeinträchtigte. Der neue 3D-Außenspiegel hat dieses Problem zwar verbessert, jedoch kann das Tragen von Polarisationsbrillen über einen längeren Zeitraum in seltenen Fällen zu Beschwerden wie Kopfschmerzen und Übelkeit führen. Dies ist Gegenstand zukünftiger technischer Verbesserungen. Darüber hinaus ist es in der endoskopischen Schädelchirurgie mitunter notwendig, während der Operation auf ein Mikroskop umzuschalten, da manche Tumoren eine fluoreszenzgesteuerte visuelle Resektion erfordern oder die Ausleuchtung des Operationsfeldes unzureichend ist. Aufgrund der hohen Kosten für Geräte mit Spezialfiltern werden Fluoreszenzendoskope in der Tumorresektion bisher nicht flächendeckend eingesetzt. Während der Operation steht der Assistent dem Operateur gegenüber und sieht mitunter ein rotierendes Bild auf einem Bildschirm. Durch den Einsatz von zwei oder mehr 3D-Displays werden die Operationsbildinformationen softwareseitig verarbeitet und dem Assistenten um 180° gedreht angezeigt. Dies löst das Problem der Bildrotation effektiv und ermöglicht dem Assistenten eine komfortablere Teilnahme am Operationsvorgang.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der zunehmende Einsatz endoskopischer Systeme in der Neurochirurgie den Beginn einer neuen Ära der intraoperativen Visualisierung in diesem Bereich markiert. Im Vergleich zu Operationsmikroskopen bieten externe Spiegel eine bessere Bildqualität und ein größeres Sichtfeld, eine ergonomischere Körperhaltung während der Operation, eine höhere Effektivität in der Lehre und eine effizientere Einbindung des OP-Teams bei vergleichbaren Operationsergebnissen. Daher stellt das Endoskop für die meisten gängigen Schädel- und Wirbelsäulenoperationen eine sichere und effektive neue Option dar. Mit dem technologischen Fortschritt werden zukünftig weitere intraoperative Visualisierungsinstrumente zur Verfügung stehen, um chirurgische Komplikationen zu reduzieren und die Prognose zu verbessern.