GPS und Co.: Navigation in der orthopädischen Tumorchirurgie

Bis in die 1980er-Jahre hatte die erfolgreiche Behandlung bösartiger Tumoren der Bewegungsorgane, also solcher in Muskulatur, Knochen oder Bindegewebe, nahezu immer eine Amputation zur Folge. Heute gelingt es dank der verbesserten Bildgebung mit Computer- und Magnetresonanztomographie, die meisten dieser Tumoren durch lokale Entfernung zu behandeln, sodass die Extremitäten erhalten werden können. Nach wie vor gilt aber, dass bösartige Tumoren vollständig mit einer gesunden Gewebeschicht und damit ohne Berührung des Tumors operativ entfernt werden müssen. Es darf kein Tumorrest – auch kein mikroskopischer – verbleiben, da auch mit einer ergänzenden Chemotherapie und/oder Strahlentherapie nur ausnahmsweise Heilungen erzielt werden können.

Das Ziel erreichen

Navigation ist die Voraussetzung, um ein Ziel zu erreichen. Dazu dienen alle Hilfsmittel der Orientierung – vom einfachen Kompass bis zu den heute alltäglichen elektronisch computerisierten Navigationshilfen, die zumeist auf GPS-basierten Systemen beruhen. Allen voran das «Navi» im Auto. Doch auch bei jeder Operation gilt es, zu navigieren. Nach wie vor liegt das Hauptgewicht dabei auf der visuellen Kontrolle durch den Operateur, doch oftmals sind in der Orthopädie nicht alle Strukturen direkt sichtbar. Das älteste und immer noch wichtigste zusätzliche «Navigationsinstrument» ist daher das Röntgen, das dem Auge nicht zugängliche Strukturen sichtbar machen kann. Mit Hilfe von Röntgenkontrolle oder Durchleuchtung konnten immer weniger invasive Operationsverfahren entwickelt werden; die wohl älteste Anwendung weniger invasiver Osteosyntheseverfahren ist die sogenannte Marknagelung unter Röntgenkontrolle.

Seit Jahren werden etliche orthopädische Eingriffe im Computertomographen (CT) durchgeführt, insbesondere, um kleine Läsionen exakt zu treffen, die mit Röntgenverfahren nicht oder nicht genau genug lokalisiert werden können. Grosse Eingriffe lassen sich allerdings in einem normalen Standard-CT aus Platzgründen nicht vornehmen. Es ist jedoch möglich, die im CT oder MRI aufgenommenen Daten auf ein Computersystem zu übertragen und diese anschliessend durch optische Punkteübertragung so abzugleichen, dass Punkte der Bilder exakt den Punkten des Patienten zugeordnet werden können.

Von der Hirnchirurgie zur Tumororthopädie

Gemeinsam mit der Herstellerfirma ist es dem Autor in Pionierarbeit gelungen, ein für die Neurochirurgie entwickeltes Navigationssystem für die Tumororthopädie nutzbar zu machen. Bei diesem System werden die mit einem CT oder MRI aufgenommenen Bilddaten aufgrund der Gesichtskonturen exakt mit jenen des Patienten abgeglichen. Die Gesichtskonturen dienen damit quasi als Satelliten, mit Hilfe derer ein Punkt des Gehirns – wie beim GPS der Ort des Empfängers – exakt zugeordnet bzw. gefunden werden kann.

Da die Oberfläche am Rumpf oder an der Extremität wegen der Verschiebbarkeit der Weichgewebe nicht konstant und genügend präzise zugeordnet werden kann, verankern wir an den Knochen des zu behandelnden Organs unter Anästhesie vier stabile Markierungen, um unmittelbar daran anschliessend ein CT zu fertigen. Diese Markierungen dienen als Referenzpunkte. Im Operationssaal wird dann durch Abtasten der vier Referenzpunkte am Patienten und das Übereinanderlegen der Bilddaten ein eigentliches Navigationssystem errichtet, das der exakten Orientierung auch ohne direkte Röntgenkontrolle dient. Mit entsprechenden Markern versehene Instrumente, welche die Distanz und die Richtung genau angeben, lassen sich nun auch nicht direkt einsehbare Strukturen millimetergenau zuordnen. Dank diesem Vorgehen können einerseits kleinste Tumoren lokalisiert werden, anderseits lassen sich die Sicherheitsabstände zu einem Tumor verkleinern, mehr Knochen kann erhalten und Implantate (Schrauben, Prothesen usw.) können genauer platziert werden. Die Komplexität des Eingriffs wird nachfolgend an zwei Beispielen dargestellt.

Schmerzender Tumor in der Hüfte

Eine 19-jährige Frau litt an einem Osteoid-Osteom in der Hüftpfanne. Diese kleinen, gutartigen, nicht wachsenden Tumoren sind problematisch aufgrund der mit ihnen einhergehenden chronischen Schmerzen. In Gelenknähe verursachen sie zudem Probleme wie eine rheumatoide Arthritis mit einer Gelenkzerstörung. Diese Tumoren sind aufgrund ihrer Grösse auf einem Bildverstärker oft nicht sichtbar, weshalb sie seit vielen Jahren minimalinvasiv im CT durch Ausbohren oder Hitzeanwendung (Radiofrequenz) entfernt werden. Bei dieser Patientin konnte das Vorgehen aufgrund der Lage des Tumors aber nicht angewandt werden, da die Schnittebene das Gelenk getroffen hätte und dessen Verletzung mit Blick auf das jugendliche Alter unbedingt zu vermeiden war. Dank dem Einsatz des abgewandelten Navigationssystems ist es gelungen, durch direkte visuelle Kontrolle arthroskopisch vom Gelenk aus (Dr. Pascal Schai, leitender Arzt Orthopädie KS Wolhusen) und unter navigierter Kontrolle von der Beckeninnenseite aus minimalinvasiv ohne Verletzung des Gelenkknorpels das Osteoid-Osteom zu treffen und erfolgreich zu entfernen.

Metastase im Becken

Bei einem 65-jährigen Mann wurde ein Nierenzellkarzinom operativ entfernt, doch acht Monate später zeigte sich eine einzelne Metastase im Beckenbereich. Diese Tumoren sprechen kaum auf Chemo- und Strahlentherapie an, sodass für eine erfolgreiche Behandlung die vollständige Entfernung des Tumors und der Metastase notwendig ist.

Aufgrund der Ausdehnung der Metastase war eine Rekonstruktion mit einer Spezialprothese nur möglich, wenn der Sicherheitsabstand ganz eng gezogen und nur wenige Millimeter gesunder Knochen um den Tumor mit entfernt wurde. Überdies lässt eine korrekte Verankerung solch einer Prothese im Beckenbereich praktisch keinen Spielraum zu. Für grösstmögliche Präzision und den Erhalt des Beckenknochens wurde daher auch bei diesem grossen Eingriff wiederum das abgewandelte Navigationssystem eingesetzt. Der Tumor konnte dank der übertragenen Markierungen mit einer gesunden Gewebsschicht als Sicherheitsabstand entfernt und die Prothese stabil im verbleibenden Knochen verankert werden.