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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Positionierungsvorrichtung,
wie sie insbesondere für
stereotaktische Operationen verwendet werden kann. Des Weiteren
betrifft die Erfindung die Positionierungsvorrichtung selbst sowie
ein Set, das die Positionierungsvorrichtung umfasst.
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Stereotaktische
Operationen sind Eingriffe am Gehirn, bei denen über ein kleines Bohrloch im Schädel Hirnstrukturen
millimetergenau aufgesucht werden können. Solche Operationen können beispielsweise
dazu dienen, einen Hirntumor zu entfernen bzw. zu behandeln. Ein
weiterer Einsatzzweck ist die Behandlung von Bewegungsstörungen,
wie der Parkinson-Krankheit, eines Tremors oder Dystonien. Die Parkinson-Krankheit
oder der sog. essentielle Tremor werden durch rhythmische Entladungen
von Nervenzellen in tiefen Hirnregionen, beispielsweise dem Thalamus
verursacht. Eine Möglichkeit
der Behandlung, ein sogenannter neuroablativer Eingriff, besteht
darin, an der betreffenden Stelle des Gehirns eine Sonde zu platzieren
und ein kleines Loch in die Struktur zu brennen, um die das Zittern
auslösenden Nervenzellen
zu zerstören.
Ein solcher Eingriff wird auch Thalamotomie genannt.
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Eine
Alternative besteht in den sogenannten neuromodulatorischen Eingriffen,
bei denen eine Schrittmachersonde an der entsprechenden Stelle des
Gehirns eingesetzt wird. Auf diese Weise können bestimmte Hirnregionen
wie der Nucleus subthalamicus elektrisch gereizt werden, woraufhin
die Nervenzellen vorübergehend
ihre Funktion einstellen.
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Bei
den genannten Behandlungsmethoden ist es von entscheidender Bedeutung,
dass der Kopf des Patienten sowohl bei der Untersuchung als auch bei
der Behandlung selbst exakt fixiert wird. Insbesondere ist dabei
darauf zu achten, dass bei jeder Fixierung des Kopfes des Patienten
exakt die gleiche Position wieder hergestellt wird, da anderenfalls
die aufgenommen Daten nicht reproduzierbar sind. So wird häufig nach
Festlegung des Kopfes mit Hilfe eines bildgebenden Verfahrens wie
der Computertomographie eine Schichtaufnahme des Schädels erzeugt,
mit deren Hilfe der genaue Behandlungsort, etwa der Ort, an dem
sich der Tumor befindet, festgelegt wird. Schon geringfügige Abweichungen
bei der Fixierung des Kopfes können
dazu führen,
dass bei der Behandlung der genaue Behandlungsort verfehlt wird
oder die zuvor durchgeführten
Messungen nicht exakt reproduzierbar sind. Es bedarf keiner weiteren Erläuterung,
dass bereits kleine Abweichungen in einem Organ wie dem Gehirn fatale
Konsequenzen haben können.
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In
der Regel geht man bei der Fixierung des Kopfes so vor, dass der
Kopf des Patienten an mehreren Stellen über einen Metallring verschraubt
wird. Diese Methode ist sehr belastend und schmerzhaft für den Patienten
und führt
dennoch nicht immer zum gewünschten
Ergebnis, insbesondere bei Patienten, denen es schwer fällt, sich über einen
längeren
Zeitraum nicht zu bewegen, beispielsweise Kindern.
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Ausgehend
vom vorbeschriebenen Stand der Technik stellt sich daher die Aufgabe,
eine Positionierungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung
einer solchen Positionierungsvorrichtung zur Verfügung zu
stellen, mit dessen Hilfe sich die zielgenaue Einwirkung von medizinischen
Instrumenten am Behandlungsort im Gehirn des Patienten deutlich vereinfachen
läßt.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur Herstellung einer individuell an einen Patienten
angepassten Positionierungsvorrichtung zum Aufsetzen auf eine dafür vorgesehene am
Schädel
des Patienten fixierte Lokalisatorplatte, die mindestens eine Aussparung
im Inneren aufweist, wobei die Positionierungsvorrichtung über einen
länglichen
Einführkanal
verfügt,
durch den Instrumente den Behandlungsort am Schädel und/oder innerhalb des
Schädels
bringbar sind, mit folgenden Schritten:
- – Aufnahme
von Bildern des Schädelinneren
mit Hilfe eines dreidimensionalen bildgebenden Verfahrens,
- – Festlegung
der Form der Positionierungsvorrichtung und der Anordnung des Einführkanals
mit Hilfe einer dafür
geeigneten Software und
- – Anfertigen
der Positionierungsvorrichtung über ein
automatisiertes Verfahren.
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Der
erfindungswesentliche Gedanke besteht darin, die Lokalisatorplatte
für einen
längeren
Zeitraum am Schädel
des Patienten zu fixieren und auf diese Weise einen Fixpunkt zu
schaffen, wobei die Festlegung des genauen Behandlungsortes nicht
nur absolut, sondern insbesondere auch relativ zum durch die Lokalisatorplatte
geschaffenen Fixpunkt erfolgt. Die mit Hilfe des Verfahrens hergestellte,
individuell auf den Patienten abgestimmte Positionierungsvorrichtung
wird nach ihrer Herstellung bei der eigentlichen Behandlung, die
nicht mehr Gegenstand dieser Erfindung ist, auf die Lokalisatorplatte
aufgesetzt, wobei der als Teil der Positionierungsvorrichtung ausgebildete
Einführkanal
exakt so ausgerichtet ist, dass durch ihn eingeführte Instrumente zum Behandlungsort
gelangen. Die mehrfache, exakte Fixierung des Kopfes des Patienten
während
der Untersuchungen und der Behandlung wird somit überflüssig, so
dass zum einen dem Patienten wiederholte schmerzhafte Therapieschritte
erspart bleiben und zum anderen die Positionierung der Instrumente
bei der Behandlung zusätzlich
verbessert wird.
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Dadurch,
dass man einen Fixpunkt am Schädel
des Patienten geschaffen hat, ist es letztlich nur noch erforderlich,
die genaue Lage des Behandlungsortes relativ zur als Fixpunkt dienenden
Lokalisatorplatte zu bestimmen. Im Stand der Technik hingegen war
es notwendig, die Position des Behandlungsortes in Bezug auf die
genaue Lage des Schädels
im Raum zu bestimmen. Dies ist bei Verwendung der erfindungsgemäßen Positionierungsvorrichtung
nicht mehr notwendig, so dass auf eine Fixierung des Kopfes bei
Diagnose und Behandlung verzichtet werden kann bzw. diese weit weniger
exakt sein muß.
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Die
Lokalisatorplatte ist so beschaffen, dass sie eine Aussparung im
Inneren aufweist, so dass nach Aufsetzen der Positionierungsvorrichtung
der Einführkanal
der Positionierungsvorrichtung in dieser Aussparung mündet. Entsprechend
kann nach Bohren eines kleinen Loches im Schädel ein Instrument durch den
Einführkanal
der Positionierungsvorrichtung, die Ausnehmung innerhalb der Lokalisatorplatte
und das Bohrloch bis hin zum Behandlungsort geführt werden. An der Positionierungsvorrichtung
wird insbesondere die genaue Position des Einführkanals sowie der Winkel,
in dem der Einführkanal
in Bezug auf die Schädeloberfläche verläuft, anhand
der vom Schädelinneren
aufgenommenen Bilder genau festgelegt. Die Basis der Positionierungsvorrichtung
ist so beschaffen, dass sie auf die Lokalisatorplatte aufsetzbar
ist. Die Positionierungsvorrichtung setzt sich somit aus einer hinsichtlich
ihrer Form relativ festgelegten Basis sowie einem von Patient zu
Patient deutlich variierenden Einführkanal zusammen. Die zunächst am
Schädel
fixierte Lokalisatorplatte muß lediglich
ungefähr
im Bereich des Behandlungsortes angebracht werden, eine exakte Ausrichtung
erübrigt sich
jedoch, da diese letztlich über
die Positionierungsvorrichtung erfolgt.
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Die
Software zur Festlegung der Form der Positionierungsvorrichtung
und der Anordnung des Einführkanals
sollte eine Software sein, die Bilder vom Schädelinneren zur Verfügung stellt,
wobei in diesen Bildern auch die Lokalisatorplatte zu erkennen ist.
Mit Hilfe der aufgenommenen Bilder, die den Schädelinhalt aus verschiedenen
Perspektiven zeigen, kann ein behandelnder Arzt den Behandlungsort,
etwa den Ort, an dem sich der Tumor befindet, erkennen, woraufhin
mit Hilfe der Software errechnet werden kann, auf welchem Weg ein
medizinisches Instrument von der Lokalisatorplatte zum Behandlungsort
führbar
ist. Die Verlängerung
dieses Weges nach außerhalb
des Kopfes stellt letztlich die Anordnung des Einführkanals
dar. Das Erkennen des Behandlungsortes kann auch bereits im Vorfeld
des hier beschriebenen Verfahrens erfolgen. Da der Einführkanal
länglich,
beispielsweise zylindrisch oder kegelig mit einem inneren Hohlraum
ausgebildet ist, wird durch Festlegung des Einführkanals relativ zur Lokalisatorplatte
letztlich auch die Linie festgelegt, entlang derer ein durch den
Einführkanal
in den Schädel
eingeführtes
Instrument an den Behandlungsort gelangt. Wichtig ist hierbei selbstverständlich noch, dass
der Innendurchmesser des Einführkanals
der Positionierungsvorrichtung in etwa gleich groß oder nur
unwesentlich größer ist
als der Durchmesser der zur Einführung
in den Schädel
bestimmten medizinischen Instrumente, da anderenfalls der genaue
Winkel, entlang dessen das Instrument eingeführt wird, nicht mehr genau
festgelegt wäre.
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Nachdem
die Form der Positionierungsvorrichtung und die Anordnung des Einführkanals über die
verwendete Software festgelegt wurde, erfolgt die Anfertigung der
Positionierungsvorrichtung über
ein automatisiertes Verfahren, wobei es sich üblicherweise um ein Rapid-Prototyping-Verfahren
oder ein vergleichbares Verfahren handelt. Derartige Verfahren dienen
dazu, computergesteuert Werkstücke
aus einem Rohmaterial entsprechend einer festgelegten Form herauszuarbeiten.
Solche Verfahren sind hinlänglich
bekannt und dem Fachmann geläufig.
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Üblicherweise
wird die Lokalisatorplatte mit Hilfe von Schrauben, normalerweise
sogenannten Osteosyntheseschrauben, am Schädel des Patienten fixiert.
Auf diese Weise wird gewährleistet,
dass die Lokalisatorplatte praktisch unverrückbar an der gleichen Position
des Schädels
verbleibt, bis sie schließlich
nach erfolgreicher Behandlung wieder entfernt werden kann. Zur Fixierung
sollten mindestens drei, vorzugsweise vier Osteosyntheseschrauben
verwendet werden. Mit Hilfe solcher im Bereich der Medizintechnik
hinlänglich
bekannten Osteosyntheseschrauben läßt sich die Lokalisatorplatte
so am Schädel
des Patienten befestigen, dass er nach dem Eingriff von der angebrachten
Lokalisatorplatte praktisch nichts mehr verspürt. Vor dem Anbringen der Lokalisatorplatte
wird der Schädel
in diesem Bereich üblicherweise
rasiert.
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Die
Lokalisatorplatte kann grundsätzlich
unterschiedliche Formen aufweisen, beispielsweise quadratisch sein.
Wichtig ist dabei selbstverständlich,
dass innerhalb der Lokalisatorplatte noch eine Ausnehmung vorhanden
ist, durch die letztlich Instrumente geleitet werden können. Zumeist
ist die Lokalisatorplatte leicht gewölbt, um sich der ebenfalls
gewölbten
Form des Schädels
anzupassen. Die Schrauben zur Fixierung am Schädel können sich insbesondere im Bereich
der Ecken der Lokalisatorplatte befinden.
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Die
Lokalisatorplatte ist üblicherweise
aus Metall gefertigt, vorzugsweise aus Titan oder einer Titanlegierung.
Grundsätzlich
ist es vorteilhaft, wenn die Lokalisatorplatte aus einem Material
gefertigt ist, das mit Hilfe des verwendeten bildgebenden Verfahrens
gut erkennbar ist. So ist etwa Titan ausreichend opak, um bei Aufnahme
der Bilder mit Hilfe von Computertomographie (CT) gut sichtbar zu
sein. Grundsätzlich
können
selbstverständlich
auch andere Materialien, insbesondere Metalle, für die Fertigung der Lokalisatorplatte
eingesetzt werden, die ähnliche
Eigenschaften aufweisen.
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Bei
dem bildgebenden Verfahren handelt es sich zumeist um Computertomographie
(CT), welches sich als Standardverfahren für die Vorbereitung stereotaktischer
Operationen herausgestellt hat. Ebenso denkbar ist jedoch als bildgebendes
Verfahren die Magnetresonanz (MR) oder auch die Anwendung anderer
Verfahren wie der Ventrikulographie.
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Die
Positionierungsvorrichtung wird zweckmäßigerweise aus biokompatiblem
Kunststoff hergestellt. Der Kunststoff sollte zum einen zur Verwendung
im medizinischen Bereich zugelassen sein und sich zum anderen möglichst
gut mit Hilfe automatisierter Verfahren wie dem Rapid-Prototyping
bearbeiten lassen. Schließlich
muß der
Kunststoff ausreichend formstabil sein, um den Einführkanal
dauerhaft festzulegen.
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Damit
bei der Behandlung die Lage der Positionierungsvorrichtung an der
Lokalisatorplatte genau festgelegt ist, ist es sinnvoll, sie an
der Lokalisatorplatte fixierbar auszubilden. Beispielsweise kann die
Positionierungsvorrichtung an ihrer bei der Benutzung der Lokalisatorplatte
zugewandten Seite über Fixierungsstifte
verfügen,
die in dafür
vorgesehene Ausnehmungen innerhalb der Lokalisatorplatte einsteckbar
sind. Die Positionierungsvorrichtung kann auch an der Lokalisatorplatte
anschraubbar sein, wodurch ebenfalls die relativen Positionen zueinander festgelegt
werden. Grundsätzlich
sind verschiedenste Arten von Fixierungsmöglichkeiten zwischen Positionierungsvorrichtung
und Lokalisatorplatte denkbar, die dem Fachmann hinlänglich geläufig sind.
So kann etwa, anstatt die Positionierungsvorrichtung mit Fixierungsstiften
zu versehen, auch die Lokalisatorplatte Fixierungsstifte aufweisen
und die Positionierungsvorrichtung über entsprechende Aufnahmen verfügen.
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Die
Lokalisatorplatte kann auch so ausgebildet sein, dass sie über Abstandshalter
am Schädel des
Patienten fixierbar ist. Entsprechend weist die Lokalisatorplatte
nach Fixierung, beispielsweise Anschraubung, einen kleinen Abstand
zur Schädeldecke
auf, was insofern sinnvoll sein kann, als auf diese Weise etwas
Raum geschaffen wird, um die Kopfhaut an der zu behandelnden Stelle
aufklappen zu können.
Nach der Behandlung kann die Kopfhaut dann wieder zurückgeklappt
und vernäht
werden. Ggf. kann hierfür
auch die Lokalisatorplatte selbst über eine Art Klappe verfügen, an
der die Kopfhaut vorübergehend
fixiert wird und die zusammen mit der Kopfhaut bei der Behandlung
zur Seite klappbar ist.
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Des
Weiteren kann die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte
Positionierungsvorrichtung insbesondere im Bereich des Einführkanals
so ausgestaltet sein, dass sie über
Anschlussmöglichkeiten
für weitere
Aufsätze
verfügt. Dies
kann dazu dienen, verschiedene Instrumente durch den Einführkanal
zum Behandlungsort zu bringen. Darüber hinaus ist es auch möglich, vor
Einführen
des eigentlichen medizinischen Instruments zunächst kleinere Hülsen in
den Einführkanal
einzubringen, um den Innendurchmesser des Einführkanals so weit zu verkleinern,
dass anschließend
Innendurchmesser und Außendurchmesser
des medizinischen Instruments so weitgehend übereinstimmen, dass eine zielgerichtete
Einbringung des Instruments möglich
ist. Auf diese Weise kann der Einführkanal auf medizinische Instrumente
unterschiedlichen Durchmessers abgestimmt werden.
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Neben
dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren
betrifft die Erfindung auch die Positionierungsvorrichtung selbst,
die nach einem solchen Verfahren hergestellt ist, wobei die Positionierungsvorrichtung
individuell an einen Patienten angepaßt ist, über einen länglichen Einführkanal
verfügt
und an einer am Schädel
des Patienten fixierten Lokalisatorplatte festlegbar ist. Schließlich betrifft
die Erfindung auch ein Set aus Positionierungsvorrichtung und Lokalisatorplatte.
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Die
Erfindung wird beispielhaft anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Lokalisatorplatte in der Draufsicht;
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2 eine
Positionierungsvorrichtung mit Einführkanal in perspektivischer
Darstellung und
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3 die
schematische Darstellung einer stereotaktischen Operation mit Hilfe
einer erfindungsgemäß hergestellten
Positionierungsvorrichtung.
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In 1 ist
die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
verwendete Lokalisatorplatte 1 in der Draufsicht dargestellt.
Die Lokalisatorplatte 1 verfügt in der Mitte über eine
Ausnehmung 2, die hier, ebenso wie die Lokalisatorplatte 1 selbst,
quadratisch ist. Im Bereich der Ecken verfügt die Lokalisatorplatte 1 über Löcher 3,
durch die Osteosyntheseschrauben hindurchführbar sind, um die Lokalisatorplatte 1 schließlich am
Schädel
anzuschrauben. Darüber
hinaus verfügt
die Lokalisatorplatte 1 über insgesamt vier Aufnahmen 4,
in die entsprechende Fixierungsstifte 7 der Positionierungsvorrichtung 5 einsteckbar sind,
um die Position der Positionierungsvorrichtung 5 gegenüber der
Position der Lokalisatorplatte 1 genau festzulegen.
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In 2 ist
die erfindungsgemäße Positionierungsvorrichtung 5 dargestellt,
die über
einen länglichen
Einführkanal 6 verfügt. Dieser
ist hier leicht kegelig dargestellt, kann jedoch grundsätzlich genauso
gut beispielsweise zylindrisch sein. Durch das Innere des Einführkanals 6 kann
ein dafür
vorgesehenes medizinisches Instrument hindurchgeführt werden,
das bei der eigentlichen Behandlung, bei der die Positionierungsvorrichtung 5 auf
der Lokalisatorplatte 1 fixiert ist, durch die Positionierungsvorrichtung 5,
die Ausnehmung 2 in der Lokalisatorplatte 1 und
durch das in den Schädel
gebohrte Loch bis an den Behandlungsort im Gehirn geführt werden
kann. Schließlich
verfügt
die Positionierungsvorrichtung 5 über insgesamt vier Fixierungsstifte 7,
von denen hier lediglich die beiden vorderen dargestellt sind, die
in die dafür
vorgesehenen Aufnahmen 4 innerhalb der Lokalisatorplatte 1 eingreifen
können,
um die Positionierungsvorrichtung 5 sicher an der Lokalisatorplatte 1 festzulegen.
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In 3 ist
eine stereotaktische Operation mit Hilfe der erfindungsgemäß hergestellten
Positionierungsvorrichtung 5 schematisch dargestellt, wobei die
Operation nicht mehr Teil der Erfindung ist und nur die Verwendbarkeit
der Positionierungsvorrichtung 5 verdeutlichen soll. Auf
der Schädeldecke 8 ist die
Lokalisatorplatte 1 mit Hilfe von Schrauben fixiert, auf
der sich wiederum die individuell an die Behandlung des Patienten
angepasste Positionierungsvorrichtung 5 befindet. Die Fixierung
der Positionierungsvorrichtung 5 gegenüber der Lokalisatorplatte 1 erfolgt
wiederum über
kleine Fixierungsstifte. Die Positionierungsvorrichtung 5 verfügt des Weiteren über einen
Einführkanal 6,
durch den ein medizinisches Instrument 9 in das Schädelinnere
eingeführt
werden kann, bis die Spitze des Instrumentes 9 den Behandlungsort
(auch als „Region
of Interest", ROI
bezeichnet) erreicht. Bei dem medizinischen Instrument 9 kann
es sich beispielsweise um eine Biopsienadel, eine Sonde zur Thermokoagulation
oder ein Instrument zum Einbringen einer Schrittmachersonde handeln.
Durch die individuelle Fertigung der Positionierungsvorrichtung 5 einschließlich des
Einführkanals 6 wird
die Linie, entlang der das medizinische Instrument 9 eingeführt wird,
exakt festgelegt, so dass der Behandlungsort 10 genau erreicht
wird. Typischerweise wird mit Hilfe der Software zur Festlegung
der Form der Positionierungsvorrichtung 5 auch die Strecke
festgelegt, die das medizinische Instrument 9 bis zum Behandlungsort 10 hineingeführt werden
muß.