Egészségügy | Sebészet » Ligetes Melinda Júlia - Computer asszisztált műtétek a maxillofaciális régióban

DEBRECENI EGYETEM ORVOS - ÉS EGÉSZSÉGTUDOMÁNYI CENTRUM FOGORVOSTUDOMÁNYI INTÉZET DIPLOMAMUNKA Computer-asszisztált műtétek a maxillofaciális régióban Készítette: Ligetes Melinda Júlia V. éves fogorvostanhallgató A bírálatra való beküldéshez hozzájárulok: Dr. Redl Pál Dr. Márton Ildikó egyetemi adjunktus témavezető egyetemi tanár intézetvezető DEBRECEN 2003. 1. Tartalomjegyzék 1. 2. 3. Tartalomjegyzék . 2 Bevezetés . 3 Computer-asszisztált orális és maxillofaciális sebészet . 5 3.1 A technológia leírása és értékelése 5 3.11 Diagnosztizálás képalkotó eljárások segítségével . 7 3.111 3D Computer Tomográfia (3D CT) . 7 3.112 3D Magnetic Resonance Imaging (3D MRI) . 10 3.113 3D Ultrahang (3D UH) . 11 3.12 Tervezés és szimuláció . 12 3.121 Computer-asszisztált tervezés a dentális implantológiában . 13 3.122 Computer-asszisztált tervezés malformációk korrekciójában . 14 3.13 Intraoperatív asszisztencia –

műszernavigáló rendszerek . 14 3.131 Történeti áttekintés . 15 3.1311 Mechanikus rendszerek 16 3.1312 Optikai rendszerek 16 3.1313 Elektromágneses rendszerek 17 3.1314 Ultrahang-alapú rendszerek 17 3.1315 Regisztrációs hibák, a navigációs rendszerek intraoperatív precizitása . 19 3.1316 A navigációs rendszerek felhasználása és hiányosságai 20 3.14 Postoperatív értékelés . 21 3.15 A holnap készülékei. 21 3.151 Intraoperatív képalkotás . 21 3.152 Ember-gép interface . 22 3.153 Sebészeti szimuláció . 22 3.154 A navigációs rendszerek fejlesztése . 23 3.155 Intraoperatív asszisztencia orvosi robotokkal . 23 3.156 CAD – CAM (Computer Aided Design – Computer Aided Manufacturing) rendszerek . 24 3.2 3D-s craniofaciális rekonstrukció . 25 3.21 Computer-támogatott 3D- képalkotás és –gyártás. 25 3.211 Sztereolitográfiás biomodellezés . 26 3.212 3D képalkotó eljárások kombinációja . 30 3.2121 Lézeres letapogatás + 3D CT 30

3.2122 Lézeres letapogatás + 3D cefalometrikus radiográfia 31 3.2123 3D CT + sztereolitográfiás biomodellezés 31 3.2124 3D CT + színes fotóportré 31 4. Összefoglalás 32 5. Köszönetnyílvánítás 34 6. Irodalomjegyzék 35 2 2. Bevezetés A számítástechnika térhódítása, a computerizáció hatása az orvostudomány talán „legkonzervatívabb” területén, az évszázadok óta kézzel, szikével dolgozó sebészetben, plasztikai sebészetben és maxillofaciális sebészetben is érezteti hatását. A modern képalkotó rendszerek (CT, MRI) korábban nem látott részletgazdagságú képeinek információtartalma számos szakterület diagnosztikai lehetőségeit kitágította, a sebészi beavatkozások határait kiterjesztette. [28] A diagnosztikus képalkotó rendszerek fejlődése révén a csontok, lágyszövetek és izületek ábrázolása anatómiai pontosságúvá vált, ezzel erőteljes hatást gyakorolt az idegsebészet, ortopédia,

traumatológia, maxillofaciális sebészet fejlődésére. A plasztikai sebészetben az emberi test alakjának, bonyolult felszínének pontos felvételezése, a képek számítógépes feldolgozása és térbeli megjelenítése jelentett előrelépést. [4, 12, 28] A computer- és robotizált technikák optimalizálhatják a műtéti tervezést, tökéletesíthetik az operáció precizitását és a várható műtéti eredményt [24]. A műtéti kockázatok alaposabban felmérhetők, illetve elkerülhetők. A computerasszisztált rendszereknek a következő követelményeknek kell megfelelniük: • A terápia minden fázisa (a diagnózis megállapítása, műtéti terv készítése, az operáció szimulálása, a várható műtéti eredmény) megjeleníthető legyen • A rendszer segítse a sebész munkáját mind a konvencionális műtéteknél (műtéti terv készítése), navigációval, illetve aktív robot-asszisztenciával Az intraoperatív műszer-navigációs berendezések

célja a különböző anatómiai struktúrák lokalizációjának, illetve sebészi műszerek vezérlésének megkönnyítése. Az orvosi műszer-navigálás megvalósulhat mechanikus, elektromágneses, ultrahangos, vagy optikai rendszerekkel. 3 Napjaink berendezései a páciens adatainak interaktív felhasználásával már alkalmasak a sebész munkájának precízebbé és megbízhatóbbá tételére. Lényeges javulás érhető el a rendszerek segítségével: • komplex anatómiai régiókban való tájékozódásban [10] • patológiás elváltozások, idegentestek lokalizálásában [9] • különböző malformációk (maxilla-malpozíciók, arc-aszimmetriák) sebészi korrekciójának precíz megtervezésében [4] • implantátumok helyzetének megtervezésében és behelyezésében [10] • tumor miatti rezekciók tervezésében és kivitelezésében A mai „prototípusok” még nem felelnek meg minden szempontból a kívánalmaknak (pl. még nem minden

esetben kielégítő a pontosság), de már a közeljövőben várható újabb eszközök kifejlesztése, melyekkel csökkenthető az operációk kockázata, időtartama, a betegre nehezedő stressz és a szükséges hospitalizációs idő is. Ma még a tervezéshez szükséges idő igen hosszú, de ennek csökkentésével hamarosan rutinszerűvé válhat a műszer-navigációs rendszerek alkalmazása. Bizonyos estekben, különösen olyan csontsebészeti beavatkozásoknál, ahol alapkövetelmény a nagy precizitás, az operációs robotok már bebizonyították létjogosultságukat a klinikai gyakorlatban [10]. A navigációs és robotizált rendszerek intraoperatív használatának legfőbb korlátja az, hogy a preoperatíve szerzett adatok a műtét előrehaladtával egyre inkább eltérnek a valós szituációtól. Emiatt integrálni kell a navigációs rendszerek adatait az intraoperatíve szerzett (UH, MRI, CT, hagyományos rtg.) adatokkal. A kezdeti lépések tehát már

megtörténtek, de még hosszú kutatás és fejlesztés szükséges ahhoz, hogy a computer-asszisztált orális és maxillofaciális sebészet a gyakorlatban is megvalósulhasson. 4 3. Computer-asszisztált orális és maxillofaciális sebészet 3.1 A technológia leírása és értékelése A computer-asszisztált sebészeti szimuláció egy nemrég kifejlesztett technológia a lágy- és keményszöveteken végzett beavatkozásokban és craniofacialis operációk tervezésében [9, 16]. A sebészi szimulációkat általában két módon végzik: - digitális, grafikus számítógépes környezetben - térbeli, életnagyságú koponyamodelleken. A számítógépi szimuláció grafikus adatokon, illetve matematikai modelleken alapulhat. Matematikai modellek alkalmazásakor komplexebb mozgatásokat lehet végrehajtani, de hátrányuk, hogy nehezen kezelhetők. Ezzel ellentétben a grafikus adatokon alapuló környezet lehetőséget teremt a szimuláció többszöri

lefuttatására, módosítására az adatbázis rongálódása, torzulása nélkül. A digitális adatformátum megkönnyíti a szimuláció és a várható eredmény kvantitatív elemzését. Ha a csontos koponyából egy részlet hiányzik (pl. atrophia, hypoplasia, aplasia miatt), a hiányzó terület megformázható a tükrözött normál oldal és a deformált oldal térfogati különbségének alapján. Bilateralis deformitás esetén a koponyarekonstrukciót a megfelelő korú, normál méretű koponyák alapján számított átlagértékekből készítik el. A számítógép képernyőjén a modell változtatható nézőpontból tekinthető meg. A computer-asszisztált orális és maxillofaciális sebészet területén történt nagymérvű tudományos fejlődés miatt időszerű bevezetni ezeket a technikákat a mindennapi klinikai gyakorlatba [3]. Komplex sebészeti szimulációk számítógépes kivitelezéséhez szükség van diagnosztikus képi adatokra, és

különböző képalkotó eljárásokra, mint a CT, MRI, és UH. A technikák kombinációja szükséges a lágy- és keményszövetek 3D-ábrázolásának 5 rekonstrukciójához. A fejlesztés során figyelembe kell venni az ergonómiai szempontokat, hogy felhasználóbarát interaktív módszerek készüljenek a sebészeknek, ezáltal gyors hozzáférést biztosítva a tervezett sebészi eljárásokhoz a tervező- és szimulációs fázisban. Az operáció alatt számítógép vezérli a műszerek mozgását, így lecsökken a hibalehetőségek száma, és jelentősen könnyebbé válik a sebész munkája. A jövő intraoperatív asszisztenciájában valószínűleg olyan passzív eszközök (szemi-aktív rendszerek) segítik majd az intraoperatív orientációt, melyeket „kísérő-rendszernek” neveznek, és a sebész munkáját követik és támogatják. A végső formát azok a robotok jelentik, melyek specifikus lépéseket teljesen automatikusan hajtanak végre. A

virtuális valóság és a computer-asszisztált sebészet technikájának orvosi alkalmazása egyre inkább az érdeklődés középpontjába kerül. Egyre több alkalmazási lehetőség van fejlesztés alatt, illetve még prototípus formájában. Az már most is világos, hogy ezen a területen történő fejlesztések jelentős hatást fognak gyakorolni a sebészek mindennapi tevékenységére. A számítógépeket egyre elterjedtebben használják segítségként a diagnózis felállításában, műtéti tervek készítésében, illetve a kezelés során a fogászatban és az orvostudomány más területein is. Általában a modern digitális képalkotó eljárásokkal kapcsolatban alkalmazzák őket, mint a CT, MRI, és az UH, melyek segítségével anatómiai pontosságú kép nyerhető a vizsgált területről.[28] Az orvostudomány csaknem minden területén, így a maxillofaciális sebészetben is, megfigyelhető a törekvés a kevésbé invazív eljárások alkalmazására.

Ezzel egyidejűleg igyekszünk legyőzni a hagyományos sebészi módszerek szabta korlátokat a különböző beavatkozásokban, a dentális implantológiától kezdve a craniofaciáli malformációk és előrehaladott tumorok kezeléséig. A 3D-s adatmegjelenítés interaktív és intraoperatív alkalmazása már megvalósult néhány műszernavigáló rendszerben. A navigációs rendszerekkel a sebész meg tudja határozni a műszer aktuális pozícióját a műtéti területen a beteg 3D-s rekonstruált képén, és viszont: a műtéti terület egy anatómiai képletére, vagy pathológiás elváltozására is fókuszálhat az orvos. 6 A computer és a robotrendszerek széles körben felhasználhatók az orális és maxillofacialis operációk megkönnyítésére, úgymint: • Képalkotók segítségével történő diagnosztizálás • Műtéttervezés és szimuláció • Intraoperatív asszisztencia • Postoperatív értékelés 3.11 Diagnosztizálás képalkotó

eljárások segítségével A 3D képalkotó berendezésekkel, mint a CT, MRI, UH csaknem minden anatómikus és pathológiás képlet megjeleníthető nagy felbontásban, jó minőségben. A mai fejlesztések a minőség javítására törekednek, csökkenteni próbálják az artefactum-képződést, mint pl. az egymásra vetülő képletek automatikus fúzióját. Ennek elkerülése végett olyan rendszer kifejlesztésére törekszenek, mely automatikusan szétválasztja egymástól az egyes anatómiai képletek képét. A preoperatív tervezés és intraoperatív vezérlés sikerességének elengedhetetlen feltételei a pontos 2D-s és 3D-s képadatok. Sok esetben többféle, egymást kiegészítő képalkotó eljárást is alkalmazunk ugyanabban az anatómiai régióban, így részletes és értékes adalékokat nyerhetünk. 3.111 3D Computer Tomográfia (3D CT) A betegségek megfelelő diagnózisának felállításához és a korszerű gyógyítás feltételeinek

megteremtéséhez szükséges az újabb és újabb vizsgáló eljárások, diagnosztikus eszközök megismerése és használata [18,19]. Egyre inkább terjednek hazánkban az olyan CT-készülékek, melyek segítségével 3D CT vizsgálatot kérhetünk. A 3D-képeket létrehozhatjuk bármilyen hagyományosan elterjedt II. generációs vagy spirál CT-vel. A továbblépés csak a szoftver feladata, mely a CT szeleteinek egymásutánjából nyert 3D-s adathalmazból az orvos kívánságára számítja ki a már ismert síkbeli frontális, axiális és a 3D-s felületrekonstrukciót. 7 A képalkotás 4 fázisra oszlik: a szegmentáció során a program kiválasztja azokat a képpontokat, melyek intenzitása a környezetükhöz viszonyítva jelentősen eltér, pl.: csont–lágyrész, bőr-levegő stb. Ezen pontok síkjainak térbeli újraegyesítéséből kapott 3D-s adathalmazra projektált, vetületi képet hoz létre. A látvány realisztikusságának fokozására új

értéket, színt ad a nézőponttól számított távolság alapján: a közeli képpontok világosabbak, a távolabbiak sötétebbek. Ezután hipotetikus fényforrásból a felületre árnyékolást, reflexiót szimulál. Az elkészült felvétel még szinte a laikusok számára is érthető, látványos, demonstratív. (1 kép) A koponya lágyrészektől megfosztott csontszerkezete az adatok újraszámolásával a beteg további sugárterhelése nélkül különböző irányokból vizsgálható: tetszőleges tengely körül rotálható, metszhető. Ez esetben nem kell a 2D-s képeket gondolatban egyesíteni, így az adott szituáció megértése nem függ a vizsgáló orvos fantáziájától, asszociációs képességétől. 1. kép A 2D CT-felvétellel ellentétben a 3D-képen a lágyrészek nem ábrázolódnak, így ezek híján kevesebb valós információt hordoz a felvétel. Azonban a bonyolult csontos struktúrák 3D képi megjelenítése újszerű információhoz juttatja a

vizsgáló orvost. A megfelelő részletgazdagság eléréséhez több adatra, azaz vékonyabb, adott térfogatra jutó több rétegfelvételre van szükség. Ezáltal megnövekszik a vizsgálati idő és fokozódik a beteg sugárterhelése, de ez még így is kevesebb, mint a több irányból készített rtg.-felvételek összterhelése A felületrekonstrukció kiszámítása és fényképezése másik két beteg vizsgálati idejét is magába foglalhatja, ezért diagnosztikus rutin eljárásként nem alkalmazhatjuk. A 3D CT nagy segítséget jelent a pontosabb diagnózis 8 felállításában, a műtét korrektebb tervezésében, mely az operációs idő lerövidülését és a reoperációk csökkentését eredményezheti. Ezáltal számottevő anyagi, gazdasági megtakarításhoz is vezethet. Nem elhanyagolható a szerepe az oktatás területén sem. Általában bonyolult csontos struktúrák, mint a gerinc, craniospinális átmenet, a lábtőcsontok, a medence vizsgálatakor is

indokolt a készítése. A szájsebészet területén az arckoponya finom lamelláris csontjainak elváltozásaikor, a TMI malformációinál, a fejlődési rendellenességek és a csontot destruáló tumorok esetén kapunk lényegesen több hasznos információt a 3D CT-től. A 3D CT vizsgálatot a bonyolult maxillatörések, TMI-rendellenességek, ankylosis (2. kép), fejlődési rendellenességek és csontot destruáló tumorok diagnosztizálásához ajánlott, ahol a fizikális vizsgálat, a klasszikus röntgen, és a 2D CT-vizsgálatok ideális kiegészítője lehet, megkönnyíti az operatőrnek a műtét tervezését és kivitelezését. 2. kép Felhasználható a kezelés szinte minden fázisában – a prognózis megítélésében, műtéti terv készítésekor, műtét eredményességének megítélésében, kontrollban [15]. A szájsebészetben használható craniofaciális malformációk, szerzett defektusok, koponyaalapi eltérések műtétjének tervezésére, fej-nyak

táji és szájüregi tumorok kiterjedésének megítélésére, csecsemők ajak- és szájpadhasadékának elemzésére, naso-orbitoethmoidális törések vizsgálatára, légúti eltérések értékelésére, TMI-abnormalitások megítélésére, orthodontiai 9 anomáliák diagnózisára (pl. impactált fogak), a parodontológiában pedig az alveoláris csont morfológiájának elemzésére és az esetleges csontveszteség felmérésére. Különböző tanulmányokban a 3D CT segítségével ismertették a különböző gyökércsatornák lefutását, geometriáját. A rtg. sugár nem lép kölcsönhatásba a fémekkel, így a berendezéssel vizsgálhatók azok is, akiknek valamilyen fémimplantátum van a szervezetében. Bár az ilyen betegeknél gyakoribb az artefactum-képződés, de ez fejlettebb szoftverekkel már elkerülhető. Az eljárás fő hátránya a sugárterhelés 3.112 3D Magnetic Resonance Imaging (3D MRI) Sokféle alkalmazása lehet az orthodontiában,

szájsebészetben. Vizsgálhatók a lágyszövetek TMI, nyelv, a magzat idegrendszeri elváltozásai (myelomeningokele), mivel noninvazív és az idegrendszer pontosabban vizsgálható vele, mint az ultrahanggal. Nem alkalmazható fémimplantátummal rendelkező betegeknél (minilemezek és csavarok, fémprotézisek, fix fogszabályozó készülékek, pacemaker, artériás clip), mert ezek interferálnak a mágneses mezővel, így a képen artefactumok keletkeznek, illetve a mágneses mező hatására a fémek elmozdulhatnak, ami miatt terápiás hatásukat nem tudják kifejteni. Az MRI előnyei a lágyszövetek kiváló megjelenítése, a képsíkok szabadonválaszthatósága, illetve hogy működés közben is vizsgálhatók a szervek ( T1-, T2-súlyozott képek, MR-angiographia. A T1-súlyozott képeken a vízben gazdag szövetek, így pl. a tumorok láthatók jól, míg a T2-súlyozott képeken a rendezett szerkezettel bíró szövetek, így pl. a máj, izmok

vizsgálhatók) Ezen kívül a beteg nincs kitéve rtg-sugárzásnak. Az MRI hátrányai közé sorolható pl a distorsio, a különböző műtermékek – mindkét jelenséget a páciens idézi elő, elmozdulások, fém-artefactumok. 10 3.113 3D Ultrahang (3D UH) A szonográfia előnyei a gyors hozzáférhetőség, nagy felbontás, szabadonválasztható képsíkok, az anatómiai képletek nyomonkövethetősége, meg lehet határozni funkcionális paramétereket ( pl.vérkeringés ) Hátrányai a distorsio, és az, hogy a háttérzajok nagyban függnek a vizsgáló gyakorlottságától. A 3D UH megjelenésével méginkább elterjedt az UH használata mert a CT-hez és MRI-hez hasonlóan lehetővé vált vele a képek rekonstrukciója, így segítve a sebész eligazodását, tájékozódását a vizsgált területen. A szájsebészetben a lágyszövetek és a maxillofaciális komplexummal szomszédos szervek (nyálmirigyek, orr, nyelv) abnormalitásainak 3D-s

megjelenítésére használják. Használatával megkönnyíthető a magzat minor defektusainak azonnali diagnózisa (ajak- és szájpadhasadék), vagy major craniofaciális malformációk felismerése. A technika hátránya, hogy a képeken gyakoriak a torzulások, sokszor képződik artefactum. Az intraoperatív alkalmazás egy újabb előnye lehet az ultrahangnak, illetve korlátozottabb mértékben a CT-nek és az MRI-nek. A megjelenítést nem csak a diagnózis felállításakor, de az ugyanezen adatokon alapuló műtéti tervezéskor és más eljárásokkor is tekintetbe kell venni. Különösen fontosak a sebész által kiválasztott megjelenítési-paraméterek pl. a metszési sík adatai, a sík helyzete és a szeletvastagság. Egyre nő az igény arra, hogy a terápia tervezésekor többféle képalkotó eljárással szerzett adatot felhasználjanak, ezért kívánatos a különböző forrásokból származó információkat kombinálva adat-csomagokat készíteni. Ezt

elérendő egy rendszert kellene létrehozni, mely automatikusan összegzi a többféle megjelenítést, illetve önállóan végzi az anatómiai és pathológiás képletek szegmentációját. Napjainkban ez még nem megvalósítható, csak a csontok és bőrfelszín automatikus szeletelése megoldott CT-adatok alapján. Fontos megtudni azon képletek (pl. erek, idegek) pontos helyzetét a műtéti lépések tervezésekor, melyeket el kell kerülnie az operációt végző robotnak. A műtéti 11 terv készítése akkor hatékony, ha a 3D-s felszín- és volumen-megjelenítéseken felül további modelleket is készítünk. 3.12 Tervezés és szimuláció A műtét folyamatának és várható eredményének szimulációja, azaz a különböző terápiás lehetőségek 3D-s grafikus szimulációja egy szoftver segítségével történhet. Ezzel tervezhetők, illetve szimulálhatók különböző metszések, változtatható a nézőpont. Az operáció-tervezés célja az

orális és maxillofaciális sebészetben a műtéti eredmény optimalizálása, tekintetbe véve a funkcionális és esztétikai szempontokat. A sikeres műtéti tervezés előfeltétele a betegről preoperatív képadatok szerzése. Az eredeti képadatok szegmentálásához a beteg felvételeiből készült pixeleket vagy voxeleket bizonyos osztályokba sorolva (pl. bőr, csontok, tumorok, „elkerülendő képletek”) megjelölik. Részletgazdag képek készítéséhez és az interaktív manipulációhoz nagy teljesítményű grafikus rendszer szükséges. Az eredeti adatok alapján készített modell segítségével a műtéti terv és a várható eredmény is megtekinthető. Egy dolgot azonban szem előtt kell tartanunk: a modell nem a beteg, csak megközelítőleg azonos vele. Bizonyos információk hiányoznak a modellről, pl. két szelet közti területről származó adatok, így a precizitást a szeletvastagság limitálja. Napjainkban még elég nagy a discrepantia a

gyakran igen komplex szoftvereket igénylő eszközök fejlesztése és a sebészek egyszerű kezelhetőségre irányuló igénye közt. Ez a probléma gátat vet az elképzelés gyakorlati alkalmazása elé, mert pillanatnyilag egy komplex csont-műtét interaktív megtervezése 1 órát vesz igénybe. A preoperatív tervezés és szimuláció klinikai fontosságát két területen lehet bemutatni: • Computer-asszisztált tervezés a dentális implantológiában • Computer-asszisztált tervezés malformációk korrekciójában 12 3.121 Computer-asszisztált tervezés a dentális implantológiában A hagyományos pre-implantációs tervezés általában 2D-s panoráma-rtg.felvétel alapján történik. Az ilyen felvétel alapján nem becsülhető fel az aktuális csonttömeg buccolingualis dimenzióban. Gyakran csak a műtét alatt derül ki, hogy a csont túl keskeny, vagy konkáv határfelületei miatt alkalmatlan implantációra [11]. Biztonsági okok miatt nagyobb

távolságot kell hagyni az implantátum és a környező struktúrák közt, ha az említett 3. dimenziós (buccolingualis) adat ismeretlen. Így nem optimalizálható a felhasználható csontméret. Az utóbbi néhány évben már a CT-re támaszkodó tervező rendszerek a dentális implantológiában felvillantották annak lehetőségét, hogy túllépjünk ezeken a határokon. Az implantátum legkedvezőbb behelyezési helyének kiválasztásához lehetőségünk van „keresztülmozgatni” csaknem akármilyen mértékben, finom mozgásokkal a különböző síkok mentén. Így a kezelőorvos a beteg újravizsgálata nélkül is bármikor a megfelelő információkat rekonstruálni tudja a műtéti terv szerint. A szoftver által a CT-adatok alapján generált szekunder állkapocs-metszetek már takarásmentes megjelenítésűek, lehetséges a processus alveolaris méretének értékelése a vestibulo-orális dimenzióban, illetve a méretek számszerű regisztrációja direkte a

képernyőn. Manapság többféle szoftver-rendszer áll rendelkezésünkre, de mindegyiknek az a hátránya, hogy valódi 3D-s megjelenítést nem tesz lehetővé. Csak metszetek jeleníthetők meg különféle térbeli rétegek egy síkra való levetítésével. Ezen hiányosság miatt nagyon nehéz egy implantátum pontos térbeli helyzetét megállapítani. Pillanatnyilag a hibát kiküszöbölendő a megjelenítés alatt sablonokat ragasztanak fel, melyeken metrikus beosztás van. A CT-adatok értékelése után ezek a sablonok felhasználhatók az intraoperatív tervezésben. A jelenlegi szoftverekkel lehetőségünk van az implantátum intraoperatív, 3D-s pozícionálására, a jövő fejlesztései pedig magukba fogják foglalni a protézis-felépítmények 3D-s szimulációjának lehetőségét is. Így a virtuális implantáció mind a sebészi , mind a protetikai oldalt tekintve egyszerre véghezvihető lesz. 13 3.122 Computer-asszisztált tervezés malformációk

korrekciójában A csontdarabok virtuális vágásában és eltolásában használt szoftverek alkalmasak a komplex csont-elmozdító beavatkozások páciens-specifikus szimulációjára. A kritikus helyek felderítésével nyilvánvalóvá válik, hogy melyik csontrészletnek kell majd remodellálódnia. A jobb grafikus megjelenítés érdekében a különböző csont-szegmentumokhoz eltérő színeket használunk. Az optimális csont-eltolási távolság képernyőn történő meghatározása után a kalkulált adatok a navigációs rendszer segítségével pontosan a műtéti területre applikálhatók, optimális precizitást biztosítva a sebészeti beavatkozás során. A műtét végeredményének szimulálása, illetve a különböző osteotomiák 3D-s bemutatása a computeren segíti a sebészt a tervezésben és a legkedvezőbb operáció-forma kiválasztásában. A 3D-vizualizáció megkönnyíti a tervezett műtét értékelését, és lehetővé teszi a kollégákkal való

megbeszélést. Ezzel a módszerrel a hagyományos eljárások korlátjai ledőltek, és a beteg is előre megtekintheti az operáció várható eredményét. A 3D-szimulációk még távolabbi célja, hogy a tervezett műtét okozta lágyrész-változásokat is be lehessen mutatni. Ekkor a beteg és kezelőorvosa együtt tudna dönteni a sebészi kezelés formájáról, ezzel is erősítve az orvos és betege közti kapcsolatot. 3.13 Intraoperatív asszisztencia – műszernavigáló rendszerek A computer-asszisztált sebészet modern technikáinak használatával a műtéti kockázat és a postoperatív morbiditás valószínűsége még tovább csökkenthető. A sebészetben a következő formákban jelentkezhetnek a jövőben az interaktív alkalmazások: • Passzív eszközök az intraoperatív orientálás támogatására – A jövőben rutinszerűen történik majd az átvitel a preoperatív műtéti tervről a betegre. Ilyen eszközök pl. a projekciós technikák,

képernyők, vagy műszer-navigáló rendszerek. • Vezérlő rendszerek ( szemiaktív manipulációs rendszerek ) – A sebészt segítik a legkevésbé kockázatos helyek, metszések, műszer-lokalizációk 14 kiválasztásában a műtéti terv alapján. Így a műtéti stratégiák precízen és biztonságosan vihetők át az operációs területre. • Sebészeti robotok – speciális lépéseket teljesen önállóan fognak végrehajtani. Erre már ma is van egy jól ismert példa: csípőizület-endoprothesis készítésekor a femur igen precíz becsiszolását végző robot, ami már klinikai használatban van. Sok kórházban és klinikán már rutinszerűen alkalmazzák az intraoperatív műszer-navigációt az idegsebészet, ortopédia, és a szájsebészet területein. A navigációs rendszer rögzíti a szonda vagy a sebészeti műszerek pontos térbeli helyzetét és irányát. Miután a regisztráció elkészült, a betegről preoperatíve szerzett adatokat és a

műszer aktuális helyzetét 2D- és 3D-megjelenítéssel egységesítik. 3.131 Történeti áttekintés A rtg-felvételek alapján készült műtéti tervek intraoperatív felhasználása először 1908-ban, Horsley és Clarke által történt az idegsebészet területén. Sztereotaktikus szerkezetet erősítettek a koponyához, így vizsgálhatóvá téve a mélyebb intracraniális struktúrákat. Ilyen műszereket még ma is alkalmaznak idegsebészeti műtétekben precizitásuk és könnyű kezelhetőségük miatt. A computer-asszisztáltan készített tervről az operációs fázisba történő átmenetet a navigációs- és lokalizációs technikák biztosítják, melyek segítségével a sebész könnyen követheti a műszerek aktuális pozícióját a beteg adathalmazából készült 3D-s rekonstruált képen. Másrészt, a képen látható pathológiás, vagy anatómiai képlet pontos helyzete is meghatározható a műtéti területen. Az ilyen navigációs rendszerek

általában 2-5 mm precizitással dolgoznak. Természetesen a pontosság lényegesen magasabb a keményszövetekben (pl. csontokban és osseosus területeken), mint a lágyrészekben. Műszaki szempontból, a készülékes navigáció orvosi környezetben az alábbiak szerint lehetséges: • mechanikusan, vagyis pozíció-kiszámítással • elektromágnesesen, a mezőváltozások tekerccsel történő kimérésével, 15 • ultrahang alapján, a hangjelek valós idejének mérésével és • videooptikusan, infravörös diódákkal való pozíció-számítással, illetve az emittált fényimpulzusok CCD-kamerákkal (Charge Coupled Device) történő felismerésével. 3.1311 Mechanikus rendszerek Elsőként a mechanikus navigációs rendszerek jelentek meg. Az első kereskedelmi forgalomba került mechanikus navigációs rendszer, a Viewing Wand-System ( ISG Technologies, Kanada) használata 1993 óta széles körben elterjedt. Ennek pontossága 2-4 mm-re tehető A mechanikai

rendszerek a jó műszaki pontosságot (kb. l mm), alacsony hibalehetőséget és a könnyű steril beburkolás lehetőségét kínálják. A hátrányok a nehézkes kezelés, a korlátozott mobilitás, valamint a nagy helyszükséglet a kezelőasztalnál. Bár a mechanikus rendszerek már elég magas fejlettséget értek el, mégis korlátozottak maradnak behatárolt irányíthatóságuk miatt. Olyan területeken, mint a fej, ahol nehéz bizonyos képletekhez hozzáférni, mert mélyen fekszenek, a karos rendszerek előnytelenek. Emiatt fejlesztettek ki karnélküli, „szabad” rendszereket, melyek nem mechanikusan kapcsolódnak, hanem műhold, UH vagy fény által vezéreltek. 3.1312 Optikai rendszerek Az optikai rendszerek infravörös fényt emittáló diódákból, és a fényimpulzusokat regisztráló CCD-kamerákból áll. Az ilyen berendezések igen precízek, és nem okoznak interferenciát. Pontosságuk 2-3 mm közé tehető [7] Colchester és társai fejlesztették ki a

Vislan nevű optikai navigációs rendszert [26], ahol a markerek helyzetét és elmozdulását egy kamera érzékeli, majd egy analizáló szoftver automatikusan regisztrálja. Ezzel a rendszerrel is 2-3 mm-es pontosságot tudtak elérni. Már több optikai navigációs rendszer is kereskedelmi forgalomba került, melyekkel computer-asszisztált intraoperatív navigáció végezhető a betegeken: • FlashPoint-3D-Localizer (Image Guided Technologies – Boulder, USA) • Optotrac (Northern Digital – Waterloo, Kanada) • SPOCS (Aesculap - Németország) 16 • Stealth (Sofamor-Danek, USA) Hassfeld és csoportja összehasonlító vizsgálatot végzett egy mechanikus (Viewing Wand) és egy optikai navigációs rendszer (SPOCS – Surgical Planning and Orientation Computer System) közt [7]. A műtéti tervek és a szimuláció CTilletve MRI-adatok alapján készültek, a precizitást műanyag fantombábukon vizsgálták (Ti-csavarok voltak a referenciapontok). A mechanikai

rendszerrel 2,9-3,5 mm-es pontosságot értek el, míg az optikai berendezés precizitását 0,51,6 mm-ben állapították meg. 3.1313 Elektromágneses rendszerek Az elektromágneses rendszerek azt az előnyt nyújtják, hogy nagyon kicsi detektortekercseket lehet használni, nem szükséges vizuális kapcsolat az eszköz és a szenzorrendszer között, valamint gyorsan feldolgozhatók a jelek és könnyű a sterilizáció. Hátrányai az interferenciára való hajlamosság a mágneses mezők és fémtárgyak által, és az ebből következő lehetséges korlátozott pontosság. Akár 4 mm-es pontatlan pozícióérzékelés is bekövetkezhet. 3.1314 Ultrahang-alapú rendszerek Az UH-vezérelt műszer-navigációs rendszerek intraoperatív precizitása 2-5 mm közé tehető. A rendszertől függően a precizitási problémák a műtőben hőmérsékletváltozást, de akár légmozgást is előidézhetnek. Amíg a várható eltéréseket, mellékhatásokat alaposan fel nem derítik, nem

várható ezen rendszerek forgalomba kerülése. Az ultrahang-alapú rendszerek az alábbi előnyöket nyújtják: technikailag kielégítő precízió l-5 mm-es tartományban, kényelmes kezelés és könnyű sterilizáció. Hátrányai a visszaverődés, Doppler-effektus, légmozgás, háttérzaj és a hang útjának eltolódása miatt. Ezért ezek a rendszerek ritkák manapság Az optikai rendszerek egyre inkább elterjedtek az intraoperatív navigációban. Az optikai navigációs rendszerek a magas műszaki precízió előnyét kínálják l-4 mmes tartományban, illetve a kényelmes kezelést és könnyű sterilizálást. Hátrányai, hogy állandó „vizuális kontaktus” szükséges a kamerák és készülékek közt, gyakori az interferencia, mert könnyen visszaverődnek a hullámok a fémes 17 felületekről. A műszaki költség jelentős, így a rendszerek még mindig nagyon drágák. Sok további tényező van még, mely pontatlanságot idéz elő a navigációs

rendszerekben azokon túl, ami a rendszerek pontosságából adódik. A képi adatfeldolgozás, a navigációs rendszer technikai precizitása, a computer algoritmusának pontatlansága fontos elemei a klinikailag legfontosabb pontosságnak. Elvileg a CT-adatok feldolgozása nagyon magas szintű. Kutatók kísérletileg meghatározták a 0,3 és 0,5 mm közti pontosságot, mely adat oly alacsony, hogy biztonsággal feltételezhetjük, hogy a képi adatok interaktív használatára vonatkozóan, a korlátozó faktor az intraoperatív megvalósítás precizitása, nem pedig a képalkotás. Az MRI-adatok feldolgozása hasonló eredményeket produkál, mindazonáltal problémák akadhatnak bizonyos esetekben a vizsgált területen előforduló geometriai eltérések következtében. A CT- és az MRI-adatok mértani alapon történő kombinációja járható útnak tűnik. Hibák előfordulhatnak az adatok szegmentációjában és a háromdimenziós rekonstrukcióban. A számítási

algoritmusban fellelhető hibák a 3-dimenziós kép pontatlanságaihoz vezethetnek (nagyítás, kicsinyítés, torzítás). Egy másik hibalehetőség olyan képrészek belefoglalása a rekonstrukcióba, amelyek nem lettek volna részei a rekonstruálandó szerkezetnek, és viszont, eredetileg szükséges részek kimaradhatnak. Bármilyen navigációs eljárás alapvető kívánalma a páciens pozíciójának rögzítése a képi adatállományhoz képest. A képmező nélküli navigációs eljárás esetén anatómiai iránypontokat vagy mesterséges jelölőket használnak általában. Ezt követően az egérrel bejelölik ezeket a pontokat a képi adatbázison az operációs szobában, és rámásolják a páciensre a navigációs rendszerrel. A számítógép ezután kiszámolja a korrelációt az aktuális pácienspozíció és a képi adatállomány között. Ez az eljárás megkívánja a páciens abszolút mozdulatlanságát, vagy a páciens mozgásának folyamatos,

nagy pontosságú követését, mivel minden relatív helyzetváltoztatás hatására a korreláció is változik. A regisztrációs folyamat kiválasztása is döntő hatással van a navigációs 18 pontosságra. Az anatómiai iránypontokkal történő regisztrálás nem elég precíz, a leírtak szerint 2-5 mm-es eltérése van. 3.1315 Regisztrációs hibák, a navigációs rendszerek intraoperatív precizitása Regisztrálási hibák bekövetkezhetnek a jelölők eltolódásából, előnytelen jelölőpont-eloszlásból, vagy a számításban a navigációs rendszer hibájából bekövetkező eltérésből. Egyéb hibaforrások: a jelölőpont és a monitor kurzorának egymáshoz viszonyított helyzetének megállapítása, a marker hegyének nem megfelelő beállítása a páciens testén (túl nagy nyomást gyakorolva a bőrre), valamint a fejtámla mechanikai instabilitása. Egyéb komolyabb problémák adódhatnak a regisztráció során a CT-scan és a MRI-scan közti

lágyszövet-eltérés miatt és a navigációs rendszerből adódóan. Referenciapontként szolgálhatnak a csontba előzőleg beépített minicsavarok, melyek sokkal precízebbek, mint a fent leírt eljárások. Újabban gyakoribb a páciens helyzetének automatikus regisztrálása. Ezen rendszerekkel, a páciens felületét lézer-scannerekkel tapogatják le. További eszközök (infravörös diódákkal való mozgás-regisztrálás) biztosítják a műtőasztal mozgását, anélkül, hogy a páciensnek mozdulnia kéne, illetve, hogy a regisztrálást meg kellene állítani. Az ilyen rendszerek stabil mechanikai rögzítést adnak, de mozdíthatónak is kell lenniük, illetve legyenek kompatibilisek a különböző képalkotó eljárásokkal. Hauser és társai leírtak egy eljárást, melyben videokamerával és automata képelemzéssel követik a páciens fejének helyzetét. [22].(Egy 3-dimenziós lézer-scannerrel és egy kamerával határozzák meg a páciens fejének

pozícióját, a videofelvétel és a 3D-s lézer-scanadatok összehasonlításával követhető a beteg elmozdulása.) Speciális markerek segítségével a műtőasztal pozícióját is követni lehet. Az intraosseus rögzített csavarok használata kiküszöböl egy csomó problémát, mely a bőrre ragasztott jelölőpontok és a felületscannelő regisztrálással függ össze. A regisztrálás minősége a szonda nyomásától független, a szonda hegyének pozicionálása nehezebben eltéveszthető, és a valódi és a monitori markerek eltolódásának veszélye megszűnik. Ezekben az estekben a megfelelően 19 kialakított markerek rögzítése savbemarásos módszerrel történik a megmaradt fogakhoz, vagy teljes foghiány estén egy műanyag fogsínhez. Ez a módszer is teljesen biztonságos, a sínt később könnyű eltávolítani. A navigációs rendszerek intraoperatív pontossága a csontokban és a lágyszövetekben kevesebb, mint 2 mm. A lehető legvékonyabb

CTrétegvastagság, az optimális regisztrálási eljárások rögzített markerekkel műszakilag nagyon pontosak, de a nagy pontosságú navigációs rendszerek a legfontosabb előfeltételei a kielégítő intraoperatív precizitásnak. A precizitás határozza meg a rendszer használatának kockázatát. Fontos, hogy a műveletek alatt a rendszer pontossága intraoperatíve ellenőrizendő bizonyos időközönként, úgy, hogy a szonda aktuális pozícióját össze kell hasonlítani a monitoron látható kurzoréval. Ezek a rendszerek nem helyettesíthetik a kísérletes sebészetet, alapos sebészeti felkészültség és tapasztalat az alapfeltétele a számítógépes navigációs rendszer használatának. 3.1316 A navigációs rendszerek felhasználása és hiányosságai A készülékes navigációs eljárások alkalmasak: • anatómiai és patológiai struktúrák lokalizálására (pl. idegentestek, tumorok) • sebészeti beavatkozás tervezésére •

állkapocs-aszimmetriák és koponya-malformációk kezelésének 3D-s tervezése • tumor műtéteknél a rezekciós határok megszabására • implantációk tervezésére és beépítésére • oktatási célokra és posztgraduális orvosi képzésre Ezen eljárások használatával a komplex anatómiai környezetben dolgozó sebész tájékozódása javulhat. A rezekciós határok ellenőrzése új perspektívát nyit a tumorsebészetben, az osteotómiák és daganatrezekciók gyorsabban és pontosabban hajthatók végre, de a páciens helyzetének regisztrációja annyi időt emészt föl, hogy a teljes műtéti idő összességében nem csökken ezáltal. A klinikai tapasztalatok alapján a navigációs rendszerek hiányosságai: • egyes rendszereknél az intraoperatív pontosság nem éri el a 2mm-t 20 • nincsenek megbízható adatok a sebészeti beavatkozás alatti pontosságot illetően • a tervezés időigényes • a szoftver--működés nincs jól

integrálva az operációs folyamatba, és a monitor nincs adaptálva ahhoz, amit a sebész lát műtét közben. • A motoros készülékek (fúrók, csiszolók, fűrészek) bekötése még nem lehetséges 3.14 Postoperatív értékelés Az eredeti és a kontroll értékek összehasonlításával és értékelésével a beteget követve az adatok tudományos munkára is felhasználhatók. Az egymásnak megfelelő postoperatív és szimulált szeleteket egymásra vetítik, és ez alapján állapítják meg, hogy az operáció a tervezetthez képest mennyire volt pontos. A kapott eredmények figyelembe vételével optimalizálhatók a sebészeti stratégiák, illetve szoftverek segítségével megjósolható a várható műtéti kimenetel. 3.15 A holnap készülékei 3.151 Intraoperatív képalkotás Ezen navigációs technikák alapvető problémája a preoperatív képi adat eltérése a tényleges operációs szituációtól. Ezeket okozhatja daganat és torzulás, ami lehet a

csontrészek eltávolításának eredménye. Az adatszerzés, adatelőkészítés és regisztráció alatti pontatlanságok és maga a navigációs eljárás is okozhat problémát. A struktúrák stabilitásának köszönhetően, a csontszövetbeli eltérés sokkal kevesebb, mint a lágyszövetek esetében. Ezen eltérések megszüntetését várják az ultrahang, CT és MRI alkalmazásától. A képalkotókkal szerzett adatok felfrissíthetők annak érdekében, hogy minimalizáljuk a valós szituációhoz viszonyított eltérést. A cél az, hogy a sebésznek valamilyen módon magasabb fokú vizualizációt nyújtsunk, mint amit az intraoperációs mérési módszerekkel meg lehet szerezni. Ez már technikailag megvalósítható. Végezetül szóba jönnek az intraoperatív 4D-eljárások, vagyis 21 mozgóképek, hogy a műtéti terv készítésekor, szimulációnál, illetve az operálás során funkcionális szempontokat is figyelembe tudjanak venni a sebészek. 3.152

Ember-gép interface Anatómiailag és pathológiailag fontos struktúrák vagy tervezési adatok megjeleníthetők úgy, hogy direkt rávetítjük a képet a páciensre. 3D-s szemüvegek is léteznek, ilyenekből léteznek fejre szerelhető kijelzők is. Ezeket ma még katonai célokra használják, az orvosi alkalmazáshoz még adaptálni kell őket. Alternatíva lehetne még az elérni kívánt műtéti eredmény közvetlen rávetítése a páciensre, ami szintén pontos tervezést igényel, illetve a páciens fejének, a megfigyelő szemének és a projektornak a koordinálását. 3.153 Sebészeti szimuláció Automatizált operációs tervezés és azok hatásának bemutatása már a közeljövőben elérhető lesz. Ebben a vonatkozásban a kockázatok és következmények mérlegelése fontos. A kockázati tényezők ismertében a kockázatok csökkenthetők. Az operáció eredményének szimulálása, a 3D-s grafika, támogatja a sebészt a tervezésben és segít kiválasztani

az optimális operálási módot Már léteznek erre alkalmas szoftverek, de a programok kezelésének egyszerűsítése és rugalmasabbá tétele még nem megoldott. A megjelenítés sebessége gyakran elégtelen, és csak az interaktív 3D-vizualizáció használható a mindennapos klinikai életben. A virtuális endoszkópia pl alkalmanként helyettesítheti a valódi endoszkópiát [14]. További szoftver-fejlesztések várhatók az automatikus metrikus elemzésre, az operáló eszközök működésének szimulálására (pl. szikék, fúrók, fűrészek, vésők, lézerek) a lágy- és keményszövetekben, valamint a páciens operáció utáni külsejének szimulálására vonatkozóan. 22 3.154 A navigációs rendszerek fejlesztése A maxillofaciális sebészetben az intraoperatív rendszerekkel szemben támasztott követelmények a következők lesznek: • Könnyű kezelhetőség, univerzális alkalmazhatóság, könnyű sterilizáció és nagy megbízhatóság •

Intraoperatív navigáció l-2 mm-es pontossággal • Automatikus kalibráció és beállítás, pontosságkijelzés. A tűréshatár átlépését jelezze. Bizonyos új navigációs rendszerek most már közvetlenül aktiválják a fontos szoftver funkciókat a sebészeti eszköz által. A sebész közvetlenül érintkezhet a páciens adataival. „Offset”-funkciók mint pl az eszköz hegyének virtuális meghosszabbítása, lehetővé teszik , hogy további információkat nyerjünk az operált területtel kapcsolatban, és jobban meg tudjuk becsülni a következő lépés lehetséges kockázatait. Ergonómiai szempontokat szem előtt tartva, a kézi billentyűzést a minimumra kell csökkenteni. A sebészeti beavatkozás alatti alkalmazást illetően, az egérrel való kezelés elég kell legyen. Az egérnek az asztalon kell lennie, vagy még jobb, ha magával a navigációs készülékkel helyettesítjük. Ez esetben a készülék mozdulatait 3D-s egér-mozgatásként

használjuk, ennek eredményeképp a manuális begépelés már nem szükséges. 3.155 Intraoperatív asszisztencia orvosi robotokkal Már tesztelnek, illetve használnak orvosi robotokat (sztereotaktikus idegsebészeti beavatkozásoknál, csípő- és térdsebészetnél és aktív endoszkópiai rendszerekben, minimális behatolással járó sebészet esetén). A robotok átfogó sebészeti támogatást nyújtanak az orvosnak. Lehetővé teszik precíz bemetszések végrehajtását pl. implantáció és replantáció esetén Így a robot egy olyan eszköznek tekinthető, mely levesz a sebész válláról bizonyos feladatokat, de az ilyen rendszerek fejlesztése nagy feladat, mivel a precizitás és a biztonságos kezelés rendkívül fontos a sebészeti beavatkozásoknál. Ígéretesnek tűnik a „félaktív” rendszerek kifejlesztése, ahol a műtéti terv alapján a számítógép kontrollálja a sebészi műszerek mozgását (pl. egy computer-kontrollált kar 23 mozgatja a

tervezett osteotomiás vonalon a fűrészt). A rendszer minden, a tervezettől eltérő mozdulatot jelez a sebésznek, illetve léteznek berendezések, melyekben aktív feedback van, és azonnal megáll ilyen helyzetekben. Így elkerülhető a nagy-rizikójú területek (pl. erek, idegek) sérülése A maxillofaciális sebészetben alkalmazott robotizált technikákkal szemben támasztott követelmények: • Kell lennie egy automata blokkoló berendezésnek, mely amint a fúró a csontot penetrálja, azonnal leállítja azt, megakadályozva ezzel a mélyebben fekvő területek sérülését • A 3D-s műtéti terv alapján a csont felszínének kialakítása (csiszolás, fúrás) • pontos osteotomiás vágások készítése, ezzel megteremtve a precíz csontszegmentum transzpozíció lehetőségét • Az implantátumok helyének kialakítása (dentális és sebészeti implantátumok behelyezéséhez) A következő feladat olyan fél-automata eszközök kifejlesztése lenne,

melyek műtéti tervet tudnának készíteni egy virtuális sebészi környezetben (pl. a számítógép javasol egy egyénre szabott, optimalizált tervet osteotomiákra, a csontszegmentumok repozíciójára; a tervet megtekintve a sebész azt módosíthatja, vagy akár teljes egészében akceptálhatja). 3.156 CAD – CAM (Computer Aided Design – Computer Aided Manufacturing) rendszerek Napjainkban a koponyacsont pótlása, a kívánt méretű implantátum elkészítése gyakorta a klasszikus mintavételi eljárásokkal (viasz, gipsz) történik. A negatív minta alapján készített végleges implantátum egyszerű felszínek esetén jó közelítéssel pótolja a hiányzó csontot. Bonyolult felületeket, változó vastagságú és a csont széli egyenetlenségeit követő implantátum készítése azonban csak számítógép-vezérelt eljárással lehetséges.[28] A sebészetben is alkalmazzák a CAD-CAM rendszereket, különösképpen egyéni, 3D-s implantátumok

elkészítésére (pl. mandibula-condylus, orbita-alap implantátumok; ezek felületére gyakran sejteket, növekedési faktorokat visznek 24 fel, így befolyásolva a csontnövekedést, biztosítják a megfelelő mechanikai stabilitást és kedvező esztétika érhető el velük) [1]. A berendezéssel koponyacsont-defektusok kezelésére alkalmas titán-implantátumok is tervezhetők (Kísérleti célokra készítenek biológiailag felszívódó PDLLA, vagyis poli-D-,L-laktid modelleket is).[8] Alkalmazhatók koponyacsont-pótlásra számítógép vezérelt NCT-marógéppel készített műanyag-implantátumok is.[28] 3.2 3D-s craniofaciális rekonstrukció A 3D-s képalkotás újdonság az orvostudományban, de már rövid idő után igen széles körben alkalmazzák a medicina minden területén, így a fogászatban, fogszabályozásban valamint a szájsebészetben is [15]. A craniofaciális komplexum vizsgálatakor csakúgy, mint egyéb klinikai alkalmazásokban

is, a 3D képalkotás kivitelezhető: • egyszerű és könnyen alkalmazható technikákkal (3D cefalometrikus radiográfia, 3D occlusogram, lézerletapogatás, automatizált infravörös fotogrammetria). • bonyolult, fejlett technikákkal, melyekhez speciális felszerelés szükséges (3D UH, 3D MRI, 3D CT) • CAM (Computer Aided Manufacturing) komputerrel támogatott gyártás – eljárások (sztereolitográfiás biomodellezés). • Kettő vagy több fent említett módszer kombinációja. A fejlett 3D képalkotó eljárásokhoz bonyolult, modern felszerelés kell. Az így készült 3D-s képek nagyon jó minőségűek és alkalmasak mind klinikai, mind kutatási célokra. Ezen eljárások sajátságairól, előnyeiről és hátrányairól már az előzőekben volt szó. 3.21 Computer-támogatott 3D- képalkotás és –gyártás Az ide tartozó technikák közül csak a sztereolitográfiás biomodellezés nyert teret az orvostudományban. 25 3.211 Sztereolitográfiás

biomodellezés A technikát elsőként az autó-tervezőmérnökök alkalmazták gépkocsi- prototípusok bemutatására. Azóta már használják az antropológusok és a szájsebészek is emberi koponyamodellek készítésére. A modellezés során először CT vagy MRI kép készül, majd egy speciális gyártószoftver vezérlésével a készülék megformázza a tanulmányi mintát. Az egyszerűbb estben a formázó készülék egy alumínium, vagy műanyag tömbből faragja ki a modellt a bevitt radiológiai adatok szerint. Így a koponyának csak kevés része mintázható meg, illetve a mintázóanyag természete miatt a modell kevéssé precíz. Fuhrmann és munkacsoportja által kikísérletezett módszer szerint a viscerocranium precíz és részletes reprodukciója készíthető el poliuretán habból [23]. Kiegészítésül foglenyomatok és gnatológiai adatok alapján fogöntvények is készíthetők, melyek azután a poliuretán koponyához

adaptálhatók. Eleinte a fogakat is poliuretánból formázták meg, de később ezen változtatni kellett, mert a fogmodellek nem voltak elég tartósak, hamar tönkrementek, így nem tükrözték hűen az occlusios viszonyokat. Zeilhofer [24], D’Urso [25] és munkatársai egy kifinomultabb módszert fejlesztettek ki, ahol a beolvasott adatok alapján a számítógép egy lézersugarat vezérel, ami egy speciális kompozitot (ez egy UV-szenzitív folyékony gyanta) világít meg. A kompozit polimerizációjával készül el a teljes vagy részleges koponyamodell. (3 kép) Színkód segítségével az egyes szövetrészletek (pl a fogak, idegek) szembetűnően megjeleníthetők, ami megkönnyíti a részletes, pontos műtéti tervezést a modellen. (4 kép) A módszer másik elnevezése a rapid prototyping (RP). 26 3. kép A biomodellek által hatékonyabbá válhat a szakorvosok közti kommunikáció (pl. az esetmegbeszélések során), illetve sebészeti műtétek

szimulálhatók rajtuk. Napjainkban a sztereolitográfiás biomodellezést a szájsebészetben főként a craniofaciális defektusok anomáliák értékelésére, rekonstrukciójára, sebészi craniofaciális tervezésre, koponyacsont- traumatológiában primer rekonstrukcióra és osteosynthesis lemezek pontos preoperatív adaptációjára alkalmazzák. 27 4. kép Az RP-modellek fontos felhasználási területe még a valamilyen okból (általában tumor miatt) rezekált mandibula pótlásának szimulációja. A rekonstruált darabok a modellre illeszthetők, szükség esetén módosíthatók, így csökkenthető a postoperatív komplikációk (pl. TMI-bántalmak) veszélye Az RP-technológia a fogászati implantológiában is alkalmazható. A modellek alapján információt nyerhetünk a szükséges implantátum méretéről, megfelelő helyzetéről, az optimális behelyezési irányról, illetve az anatómiai struktúrák (pl. canalis mandibularis, sinus maxillaris)

helyzetéről. 28 A módszer ezen kívül fül- és orbita-rekonstrukcióra, valamint antropológiai tanulmányokban is felhasználható. A modellek könnyebbé teszik az érintett beteggel való kommunikációt is, egyszerűbb elmagyarázni nekik illetve hozzátartozóiknak betegségük mibenlétét. A technológia hátrányait a CT, illetve az MRI előnytelen tulajdonságai adják. Ezen kívül a szükséges felszerelés és a kompozit koponyamodell elkészítése még nagyon drága. Bár a sztereolitográfia rutinalkalmazása még igen ritka, különböző egyetemeken és kutatóintézetekben jó eredményeket értek el vele, főleg a maxillofaciális deformitások kezelése terén. Egy tanulmányban (Choi, Kim, Lee) a modellek pontosságát, valósághűségét vizsgálták [17]. A modell és a minta közti eltérés több forrásból származhat A vizsgálat során macerált koponyákon 16, az orthodontiából jól ismert extrailletve intracraniális mérőpontot vettek fel,

a pontok által meghatározott távolságokat mérték az eredeti koponyákon és a nekik megfelelő műanyag modelleken. A mérések szerint 0,62±0,35 mm (0,56±0,39%) eltérés volt az átlag A pontatlanság mértéke a kutatók észrevételei szerint attól is függött, hogy a koponyán kívül, vagy belül felvett mérőpontok közti távolságról volt szó. Extracraniális mérőpontok között negatív, míg az intracraniálisak között pozitív eltéréseket tapasztaltak az eredeti, macerált koponyákhoz viszonyítva. Az összehasonlító elemzés során az eredeti és a műanyag koponyákról 3D-s felvételeket készítettek, az adatokat computerre vitték, a mérőpontok közti távolságok mérését a Magicsview programmal végezték. Az eredményeket matematikai statisztikai számítások segítségével átlagolták. Az elemzés során a modellkészítés minden fázisában felmérték a hibaforrásokat. (5 kép) Fontosnak tartották a minél keskenyebb (jelen esetben

1 mm-es) CT-szeletvastagság alkalmazását (korábbi tanulmányokban Kragskov 2-4 mm-es [21], Barker [20] 1,5 mm-es szeletvastagságot használt, ami pontatlanabb biomodelleket eredményezett). 29 3.212 3D képalkotó eljárások kombinációja A számtalan kombinációs lehetőség közül csak néhányat alkalmaznak a gyakorlatban, egyrészt az időigényesség, másrészt a nehézkes kezelhetőség miatt. Ezért a figyelem a könnyen és gyorsan használható eljárásokra terelődik, illetve hogy minél kevesebb plusz speciális képzés legyen szükséges az operátoroknak. 5. kép 3.2121 Lézeres letapogatás + 3D CT Moss és társai írták le ezt a módszert olyan estekben, amikor a betegen orthognathologiai műtétet végeztek [27]. A két technikát egymás után alkalmazták, az adatokat computer kombinálta és értékelte. Egy program segítségével szimulálható az orthodontiai és orthognathologiai eljárás. A metódus segítségével számos szájsebészeti

beavatkozás modellezhető, a szimuláció rövid idő alatt elkészül (mindössze 6 másodperc kell a teljes 3D-s megjelenítéshez), a tárolt adatok könnyen kezelhetők, leegyszerűsíti az orvosok közti konzultációt. Az eljárás hátrányai a CT-felvételből adódó sugárterhelés és a magas költségek. 30 3.2122 Lézeres letapogatás + 3D cefalometrikus radiográfia A cefalometrikus radiográfiás kép alapján a számítógép megjeleníti a fej-nyak régió csontos vázát, a lézer-scan adatai szerint pedig a felszíni textúrát [2, 12, 13]. A két adathalmazt kombinálva a páciens fejéről egy 3D-s ábrát kapunk, melyen egyidejűleg látszik a csontos szerkezet és az azt borító lágyszövet is. A szimuláció során kalkulálható a kívánt lágyrész-vastagság, és az elérendő postoperatív állapot. Sajnos még csak kevés ilyen modern berendezés van a világon, így ez az eljárás nagyon nehezen hozzáférhető. 3.2123 3D CT + sztereolitográfiás

biomodellezés Ez a technológia nagyon ígéretes, nagy eséllyel rutineljárássá válhat a maxillofaciális sebészetben. A két eljárást egymás után alkalmazzák, így az elkészült műanyag koponyamodell tulajdonképp a 3D-s CT kép „térbeli nyomtatványának” tekinthető. Messze ez a módszer a leghasznosabb a műtéti tervezésben és komoly craniofaciális malformációk értékelésében. Itt is a modellkészítés magas költsége és a beteg sugárterhelése a széleskörű elterjedés fő korlátozó tényezője. 3.2124 3D CT + színes fotóportré Xia és munkatársai a közelmúltban prezentálták ezt a technikát [3, 4, 5, 6]. A sebészeti tervezés és szimuláció CT-adatok rekonstrukcióján alapszik (ezen adatok alapján rajzolódik ki a csontos váz), míg a lágyszövet megjelenítése a több oldalról készített pontos fényképek alapján történek. Az adatok kombinációjával a computer a fotók alapján kialakított lágyszövet-textúrát a

csontszerkezetre húzza, így egyidejűleg láthatóak a lágy- és keményszövetek. 31 4. Összefoglalás A jövőben várható fejlesztések: Mindmáig a telemedicina az orvosok közti konzultációra, eszmecserére korlátozott. Az Internet és valamely 3D-s grafikus számítógépes platform segítségével különböző eljárásokat tudnak szimulálni, és konzultálhatnak egy távoli kórházban fekvő beteg műtétjének várható eredményéről, mindezt úgy, hogy nem kell elhagyniuk irodájukat. Az adatátviteli rendszerek és metódusok optimalizálásával, illetve a kiegészítő sebészi műszerek fejlődésével a sebészek számára a következő lépés a robotizált sebészet lesz, amikor is a beteget egy vagy több sebész operálja, anélkül, hogy a műtét helyszínére utazna. Ezen túl ígéretes lehet a 3D UH-holográfia és MRI továbbfejlesztése az intrauterin diagnosztizálás és intrauterin sebészet terén. Velük lehetővé válhat a

maxillofaciális rendellenességek intrauterin műtétje, amitől kedvezőbb műtéti eredmény várható, illetve kisebb az esélye a későbbi műtétek szükségességének. A komplex craniofaciális műtétek végkimenetelében kritikus pont a gondos és pontos preoperatív tervezés [9,16]. A műtéti tervezés klinikai és radiológiai vizsgálatokon alapul, részben virtuális 3D sebészi szimulációt alkalmazva. Szájsebészeti műtétek preoperatív tervezésekor egyaránt figyelembe kell venni az anatómiai és funkcionális szempontokat is. Mivel nagyon sok craniofaciális műtétet csecsemő- illetve gyermekkorban végeznek, a csontok további növekedését is figyelembe kell venni. A műtét célja a szerkezeti rendellenesség kijavítása és a normális növekedés lehetőségének megteremtése. Régebben a craniofaciális torzulások sebészeti műtétjének tervezése a páciens arckontúrja és cefalometrikus radiográfia alapján történt. Ma már a deformitások

szimulációját CT-adatok alapján végzik, így a tervezés pontosabbá vált. A computer-technológia rohamos fejlődésével időtakarékos virtuális tervezés vált lehetővé. A computer-vezérelt műtéti tervezést általában sebészekből, mérnökökből, computer-szakértőkből álló csoport végzi. A bonyolult szimuláció nagy teljesítményű, fejlett hardver és szoftver környezetben végezhető el. A 32 matematikai computer-vezérelt tervezésnél, a ellentétben komplexebb mozgások jeleníthetők voxel-alapú modellekkel meg. Ezen szimulációs rendszerek fő hátránya, hogy magas költségük és a képzett technikai személyzet hiánya miatt alkalmazásuk limitált a klinikumban. A műtéti terv átlagos antropológiai adatok alapján is készülhet. A szimuláció során a sebész többféle lehetőséget kipróbálhat, míg kiválasztja az optimális műtéti stratégiát, amely mellett a legjobb eredmény várható. Az egyre fejlődő,

növekvő sebészi tapasztalat ellenére még mindig nehézséget okoz a műtéti terv pontos átvitele az életbe. Ennek oka a számítógépes programokban rejlik, mivel a képernyőn korlátlanul lehet a kemény- és lágyszöveteket elmozdítani, ami a valóságban sokszor lehetetlen. Ezen limitációk felismerése a sebész tapasztalatán múlik. Digitális képalkotó rendszerek, diagnosztikus berendezések nélkül ma már nem képzelhető el a gyógyítás.[28] A szövethiányról készített képek matematikai pontossággal történő leírása, 3 dimenzióban való ábrázolása is mindinkább rutinná válik. A modern plasztikai és maxillofaciális sebészet klinikai gyakorlatában a medicina és a számítástechnika kapcsolata nélkülözhetetlen segítséget nyújt a koponya bonyolult alakú csonthiányának pótlásához, fejlődési rendellenességek helyreállító műtéteinek megtervezéséhez. 33 5. Köszönetnyílvánítás Ezúton szeretnék köszönetet

mondani Dr. Márton Ildikó egyetemi tanárnak, hogy lehetővé tette számomra diplomamunkám elkészítését a Fogorvostudományi Intézetben. Köszönöm továbbá témavezetőm, Dr. Redl Pál egyetemi adjunktus Úrnak a diplomamunka írása során nyújtott elméleti és gyakorlati segítségét. 34 6. Irodalomjegyzék 1. S J Hollister, R A Levy, T M Chu, J W Halloran, S E Feinberg: An image-based approach for designing and manufacturing craniofacial scaffolds Int. J Oral Maxillofac Surg, vol 29,67-71old, 2000 2. M Soncul, M A Bamber: The reproducibility of the head position for a laser scan using a novel morphometric analysis for orthognathic surgery Int. J Oral Maxillofac Surg, vol 29, 86-90old, 2000 3. S Hassfeld, J Mühling: Computer-assisted oral and maxillofacial surgery – a review and an assessment of technology Int. J Oral Maxillofac Surg, vol30, 2-13old, 2001 4. J Xia, N Samman, R W K Yeung, D Wang, S G F Shen, H H S Ip, H Tideman: Computer-assisted

three-dimensional surgical planning and simulation: 3D soft tissue planning and prediction Int. J Oral Maxillofac Surg, vol 29, 250-258old, 2000 5. J Xia, N Samman, R W K Yeung, D Wang, S G F Shen, H H S Ip, H Tideman: Computer-assisted three-dimensional surgical planning and simulation: 3D colour facial model generation Int. J Oral Maxillofac Surg, vol 29, 2-10old, 2000 6. J Xia, N Samman, R W K Yeung, D Wang, C S B Kot, S G F Shen, H H. S Ip, H Tideman: Computer-assisted three-dimensional surgical planning and simulation: 3D virtual osteotomy Int. J Oral Maxillofac Surg, vol 29, 11-17old,2000 7. S Hassfeld, J Mühling: Comparative examination of the accurancy of a mechanical and an optical system in CT and MRT based instrument navigation Int. J Oral Maxillofac Surg, vol 29, 400-407old, 2000 8. S Weihe, M Wehmöller, H Schliephake, S Hassfeld, A Tschakaloff, J Raczkowsky, H. Eufiger: Synthesis of CAD/CAM, robotics and biomaterial implant fabrication: single-step reconstruction in

computer aided 35 frontotemporal bone resection Int. J Oral Maxillofac Surg, vol 29, 384-388old, 2000 9. M J Troulis, P Everett, E B Seldin, R Kikinis, L B Kaban: Development of a three-dimensional treatment planning system based on computed tomographic data Int. J Oral Maxillofac Surg, vol 31, 349-357old, 2002 10.M Siessegger, R A Mischkowski, B T Schneider, B Krug, B Klesper, J E. Zöller: Image-guided surgical navigation for removal of foreign bodies in the head and neck Cranio-Maxillofac. Surg, vol29, 321-325old, 2001 11. M Siessegger, R A Mischkowski, B T Schneider, B Krug, B Klesper, J E. Zöller, F Lazar: Use of an image-guided navigation system in dental implant surgery in anatomically complex operation sites Cranio-Maxillofac. Surg, vol29,276-281old, 2001 12. T J Coward, B J J Scott, R M Watson, R Richards: Laser scanning of the ear identifying the shape and position in subjects with normal facial symmetry Int. J Oral Maxillofac Surg, vol29, 18-23old, 2000 13. T J Coward,

B J J Scott, R M Watson, R Richards: Identifying the position of an ear from a laser scan: The significance for planning rehabilitation Int. J Oral Maxillofac Surg, vol31, 244-251old, 2002 14. A Wagner, G Undt, F Watzinger, F Wanschitz, K Scicho, K Yerit, C Kermer, W. Birkfellner, R Ewers: Principles of computer-assisted arthroscopy of the temporomandibular joint with optoelectronic tracking technology Or. Surg Or Med Or Path, vol 92, 30-37old, 2001 15. M A Papadopulos, C K Panayiotis, A E Athanasiou, P Boettcher, H F Zeilhofer, R. Sader, N A Papadopulos: Three-dimensional craniofacial reconstruction imaging Or. Surg Or Med Or Path, vol93, 382-393-old, 2002 16. U Meyer, T Stamm, N Meier, U Joos: First experience with a public domain computer-aided surgical system Brit. J Oral and Maxillofac Surg, vol40, 96-104old, 2002 36 17. J Y Choi, J H Choi, N K Kim, Y Kim, J K Lee, M K Kim, J H Lee, M. J Kim: Analysis of errors in medical rapid prototyping models Int. J Oral Maxillofac Surg,

vol31, 23-32old, 2002 18.Klenk G, Újpál M, Papp E: A 3D CT-vizsgálatok jelentősége a szájsebészet területén Fogorvosi Szemle, vol.89, 256-270old, 1996 19. Szabó Gy, Hrabák K, Gyulai-Gaál Sz: Sinuselevatio tervezése és kontrollja a 3D CT segítségével Fogorvosi Szemle, vol.92, 41-44old, 1999 20. T M Barker, W J S Earwaker, D A Lisle: Accurancy of stereolithographic models of human anatomy Australas. Radiol, vol38, 106-111old, 1994 21. J Kragskov, S Sindet-Pedersen, C Gyldensted, K L Jensen: A comparsion of three-dimensional computed tomography scans and stereolithographic models for evaluation of craniofacial anomalies J. Oral Maxillofac Surg, vol54, 402-411old, 1996 22. R Hauser, B Westermann, R Probst: Noninvasive tracking of patient’ s head movements during computer-assisted intranasal microscopic surgery Laryngoscope, vol.107, 491-499old, 1997 23. R A W Fuhrmann, U Frohberg, P R Diedrich: Treatment prediction with three-dimensional computer tomographic skull models

Am. J Orthod Dentofac Orthop, vol106, 156-160old, 1994 24. H F Zeilhofer: Innovative dreidimensionale Techniken – Medizinische Rapid Prototyping-Modelle für die Operationsplannung und daraus resultierende neue Entwincklungen in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie Habilitation Thesis, Munich: Technical University of Munich, 1998. 25. P S D’Urso, R L Atkinson, H W Lanigan, W J Earwaker, I J Bruce, A Holmes: Stereolithographic (SL) biomodelling in craniofacial surgery Br. J Plast Surg, vol51, 522-530old, 1998 37 26. A C Colchester, J Zaho, K S Holton-Tainter: Development and preliminary evaluation of Vislan, a surgical planning and guidance system using intraoperative video imaging Med. Image Anal, vol1, 73-90old, 1996 27. JP Moss, R S Grindord, A D Linney, S R Arridge, D James: A computer system for the interactive planning and prediction of maxillofacial surgery Am. J Orthod Dentofac Orthop, vol94, 469-475old, 1988 28. Gulyás G, Pulay Gy, Volant M, Bárdosi T-né, Farkas

G, Juharosi Z: Koponyacsontpótlás számítógép segítségével készített implantátummal Orvosi Hetilap, vol.136, 2393-2397old, 1995 38