Ein messtechnischer Beurteilungsansatz für das Verletzungsrisiko anatomischer Strukturen bei bildgestützten minimalinvasiven Eingriffen

Nau-Hermes, Maria; Schmitt, Robert

doi:5223

Ein messtechnischer Beurteilungsansatz für das Verletzungsrisiko anatomischer Strukturen bei bildgestützten minimalinvasiven Eingriffen = A metrological approach for assessing the risk of damaging anatomical structures during minimally invasive image-guided surgery

Nau-Hermes, Maria (Author)

2014

VerantwortlichkeitsangabeMaria Nau-Hermes

Ausgabe1. Aufl.

ImpressumAachen : Apprimus-Verl. 2014

UmfangIX, 121 S. : Ill., graph. Darst.

ReiheErgebnisse aus der Produktionstechnik Fertigungsmesstechnik & Qulitätsmanagement Edition Wissenschaft Apprimus ; 2014,39

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Druckausg.: Nau-Hermes, Maria: Ein messtechnischer Beurteilungsansatz für das Verletzungsrisiko anatomischer Strukturen bei bildgestützten minimalinvasiven Eingriffen

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Schmitt, Robert (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-08-21

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-52234
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/459454/files/5223.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Schläfenbein / Minimal-invasive Chirurgie / Computerassistierte Chirurgie / Bildgebendes Verfahren / Koordinatenmesstechnik / Messunsicherheit / Chirurgisches Instrument / Positioniergenauigkeit / Fehlerverhütung / Prozessmodell (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die vorliegende Arbeit stellt mit dem Kennwert Therapeutisches Sicherheitsmaß (TSM) einen Beurteilungsansatz für das Verletzungsrisiko anatomischer Strukturen eines Patienten bei bildgestützten minimalinvasiven Eingriffen vor. Eine solche Beurteilung des Patientenrisikos ist unabdingbar, wenn minimalinvasive Eingriffe auch auf Disziplinen wie z. B. die Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde ausgeweitet werden sollen und dafür eine neue hochinnovative Operationstechnik benötigt wird. Diese beinhaltet, dass bis zu drei Bohrungen in der Schädelbasis angelegt werden, um Strukturen des Innenohres minimalinvasiv zu erreichen. Eine Herausforderung stellen dabei die in dem Gebiet nahe beieinander liegenden Kollisionsstrukturen (z. B. der Gesichtsnerv oder die Halsschlagader) dar. Schon kleine Abweichungen von der präoperativen bildbasierten Planung der Bohrkanäle können somit zur Schädigung relevanter Kollisionsstrukturen führen. Eine solch innovative Technik kann nur dann etabliert werden, wenn das Verletzungsrisiko für den Patienten präoperativ beurteilt und als Entscheidungsgrundlage für oder gegen einen solchen Eingriff herangezogen werden kann. Der hier entwickelte Beurteilungsansatz basiert auf mess- und produktionstechnischen Grundsätzen. Dies hat mehrere Vorteile: Zum einen existiert in der Messtechnik auf internationaler Ebene ein einheitliches Verständnis von relevanten Begriffen wie z. B. Genauigkeit und Unsicherheit. Zum anderen gibt es im Bereich der Messtechnik viele normierte bzw. standardisierte Ansätze zur Bestimmung von Unsicherheiten und zum Nachweis der Eignung von Prüfprozessen. Diese Ansätze werden auf die medizinische Situation übertragen und bilden die Grundlage für die Definition des Kennwerts TSM. Dabei werden zunächst die relevanten Einflüsse auf die chirurgische Prozesskette identifiziert: die Bildgebung mit der Bildverarbeitung sowie die Instrumentennavigation. Beide Faktoren sind mit einer Unsicherheit behaftet, die dazu führen können, dass sensitive Strukturen des Patienten ungewollt verletzt werden. Diese Unsicherheitsbeiträge werden für eine beispielhafte Anwendung quantifiziert. Die Validierung des Kennwerts TSM erfolgt durch die Gegenüberstellung des berechneten Kennwerts basierend auf 10 realen Patientendaten mit dem auf Basis eines mathematischen Modells berechneten Verletzungsrisiko sensitiver Strukturen.

In this thesis the Therapeutical Risk Index (TRI) is proposed as an approach to the risk assessment of image-guided minimally invasive surgery. The risk is defined as the probability of damaging sensitive structures. Such an assessment of the patient’s risk is inevitable if minimally invasive surgery is expanded to the medical fields e.g. otolaryngology, in which it causes a need for new highly innovative surgical techniques. These innovative techniques imply that several manipulation canals must be drilled into the otobasis in order to reach structures at the inner ear (Figure 1). One challenge connected with this are closely spaced collision structures (e.g. the facial nerve and carotid artery) in this area. Even small deviations of the manipulation canals from the image-based presurgical planning can damage relevant collision structures. It is only ethically justifiable if this knowledge can be used in the decision making process for or against such a surgical intervention. The proposed approach to risk assessment is based on principles from metrology and production engineering which has several advantages: One aspect is that there is a common understanding in metrology regarding terms like accuracy, uncertainty and precision as they are defined in the international vocabulary of metrology. Another aspect is the existence of several standardized approaches to the estimation of uncertainty and to the proof of capability in the field of metrology. The approaches to the estimation of uncertainties and process capabilities are transferred to the medical domain and form the basis for the definition of the TRI. First relevant factors that influence the process chain are identified: imaging with image processing and the navigation of the surgical instrument. Both factors are uncertain (uimag and unav) to some degree which can cause the unintentional damage of sensitive structures. These uncertainties are quantified for one example. To estimate the individual patient’s risk and to validate the proposed risk index TRI the CT data from 10 real patients are used and the index TRI is calculated individually for each patient. It is evident that the TRI is a suitable index for the risk assessment of image-guided minimally invasive surgery through the comparison of this index with the calculated risk of damaging sensitive structures with a mathematical model.

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