Image Guided Surgery - Technische Universität Dresden
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1.4.1 Elektromechanische Verfahren Die elektromechanischen Systeme, die einen beweglichen Gelenkarm zur Orientierung im Raum nutzen, wie z.B. die Viewing Wand, sind nur noch gelegentlich im klini- schen Einsatz. Die Viewing Wand arbeitet auf Grundlage eines in allen räumlichen Ebenen frei zu bewegenden, ausbalancierten mechanischen Armes. Diese Viel- gelenkarme verfolgen die Lage der Instrumente durch einen direkten mechanischen Kontakt zu denselben [85]. Die Lageermittlung erfolgt durch den Einsatz von Win- kelmessgebern (Potentiometern), die die Verdrehung zweier benachbarter Arme zu- einander bestimmen. Die Veränderungen dieser Gelenke werden entsprechend regist- riert und im Computer in Raumkoordinaten umgerechnet. Der gelenkige Messarm trägt an seiner Spitze eine starre Sonde. Die Referenzierung des Patienten kann hier nur statisch über eine starre verwindungs- freie Verbindung zum Patienten realisiert werden. Die Handhabung der chirurgischen Instrumente durch einen Vielgelenkarm ist allerdings erheblich eingeschränkt, so dass diesen Navigationssystemen heute kaum noch praktische Bedeutung zukommt. Abb. 2: Schema der mechanischen Navigation Eine weitere Form des mechanischen Trackings stellt auch der stereotaktische Rahmen dar. Durch die Verschraubung des Rahmens am Kopf des Patienten kann eine rigide Verbindung hergestellt werden. Der Rahmen dient dann als Referenzbasis und zur Instrumentenführung. Die grundsätzlichen Vorteile eines rein mechanischen Navi- gationssystems liegen in der Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen wie 12
Temperatur, Beleuchtung, Luftfeuchtigkeit und Magnetfelder. Als limitierender Fak- tor muss die massive Bewegungseinschränkung des Chirurgen und die in jedem Fall erforderliche Fixierung des Patienten gesehen werden. Unter den berührungslos arbeitenden Navigatoren unterscheidet man solche, welche die Instrumentenlage akustisch, elektromagnetisch oder optisch messen. 1.4.2 Akustische Systeme Akustische Navigatoren arbeiten im Ultraschallbereich oberhalb 20 kHz und basieren auf der Laufzeitmessung von Schallwellen. Schallsender, spezielle Lautsprecher, die auf den Instrumenten montiert sind, emittieren Schallwellen unterschiedlicher Fre- quenz, die von einer Reihe im Operationssaal angeordneter Mikrophone empfangen werden. Durch die Laufzeitunterschiede, der von den verschiedenen Mikrophonen empfangenen Signale, lässt sich im Triangulationsverfahren die genaue Position des Schallsenders bestimmen. Um daraus die Orientierung eines Instrumentes ableiten zu können, ist ein Satz von drei Sendern pro Instrument erforderlich. Obwohl dieses Sys- tem eine Reihe von Vorteilen im Labor aufweist (Schnelligkeit, Genauigkeit), ist die praktische Anwendbarkeit beschränkt. Schallwellen lassen sich leicht ablenken und sind in ihrer Laufzeit von der Lufttemperatur abhängig. Da es aus den genannten Gründen häufig zu Fehlmessungen kommen kann, wird diese Technologie kaum noch eingesetzt. In Bezug auf den Einsatz in der dentalen Implantologie würde sich ein zusätzliches Problem, das die Betriebssicherheit der Sensoren betrifft, ergeben. So könnten beim Betrieb von Bohrwerkzeugen Oberwellen auftreten, die bis in den Bereich der Sende- frequenz von Ultraschallgebern hinaufreichen [103]. 1.4.3 Elektromagnetische Positionssensoren Bei der auf Magnetfeldern beruhenden Messung der Sensorenlage werden mit Hilfe von mehreren Sendeantennen (Spulen) magnetische Felder mit definierten Ausrich- tungen aufgebaut. Elektromagnetische Systeme bestehen aus einem Generator, der ein homogenes Mag- 13
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Temperatur, Beleuchtung, Luftfeuchtigkeit und Magnetfelder. Als limitierender Fak-<br />
tor muss die massive Bewegungseinschränkung des Chirurgen und die in jedem Fall<br />
erforderliche Fixierung des Patienten gesehen werden.<br />
Unter den berührungslos arbeitenden Navigatoren unterscheidet man solche, welche<br />
die Instrumentenlage akustisch, elektromagnetisch oder optisch messen.<br />
1.4.2 Akustische Systeme<br />
Akustische Navigatoren arbeiten im Ultraschallbereich oberhalb 20 kHz und basieren<br />
auf der Laufzeitmessung von Schallwellen. Schallsender, spezielle Lautsprecher, die<br />
auf den Instrumenten montiert sind, emittieren Schallwellen unterschiedlicher Fre-<br />
quenz, die von einer Reihe im Operationssaal angeordneter Mikrophone empfangen<br />
werden. Durch die Laufzeitunterschiede, der von den verschiedenen Mikrophonen<br />
empfangenen Signale, lässt sich im Triangulationsverfahren die genaue Position des<br />
Schallsenders bestimmen. Um daraus die Orientierung eines Instrumentes ableiten zu<br />
können, ist ein Satz von drei Sendern pro Instrument erforderlich. Obwohl dieses Sys-<br />
tem eine Reihe von Vorteilen im Labor aufweist (Schnelligkeit, Genauigkeit), ist die<br />
praktische Anwendbarkeit beschränkt. Schallwellen lassen sich leicht ablenken und<br />
sind in ihrer Laufzeit von der Lufttemperatur abhängig. Da es aus den genannten<br />
Gründen häufig zu Fehlmessungen kommen kann, wird diese Technologie kaum noch<br />
eingesetzt.<br />
In Bezug auf den Einsatz in der dentalen Implantologie würde sich ein zusätzliches<br />
Problem, das die Betriebssicherheit der Sensoren betrifft, ergeben. So könnten beim<br />
Betrieb von Bohrwerkzeugen Oberwellen auftreten, die bis in den Bereich der Sende-<br />
frequenz von Ultraschallgebern hinaufreichen [103].<br />
1.4.3 Elektromagnetische Positionssensoren<br />
Bei der auf Magnetfeldern beruhenden Messung der Sensorenlage werden mit Hilfe<br />
von mehreren Sendeantennen (Spulen) magnetische Felder mit definierten Ausrich-<br />
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