Cyber Navi Hand™

Unter minimal-invasiver Chirurgie versteht man Operationseingriffe mit minimalen Gewebeverletzungen.

Ein Vorteil der minimal-invasiven Chirurgie ist die geringere Belastung und das geringere Risiko von Komplikationen und Nebenwirkungen für den Patienten während und nach der Operation sowie ein sehr geringes Schmerzempfinden und eine schnelle, nachhaltige Genesung.

Die sichere und erfolgreiche Durchführung einer minimal-invasiven Operation ist allerdings verbunden mit einer hohen Komplexität  und muss sich konkreten technischen Herausforderungen stellen:

Denn durch den minimalen Zugang ergibt sich eine nur minimale direkte Sicht auf den OP-Bereich und schränkt die optische Kontrolle des OP-Bereichs extrem ein.

Die Abwesenheit oder starke Einschränkung des direkten Sichtfeldes erfordert anspruchsvolle Geräte mit bildgebenden Verfahren wie beispielsweise Röntgen, Ultraschall und Endoskopie, die den Operationsbereich wie auch den gesamten Operationsverlauf visuell kontrollierbar machen.

Auch bei bestmöglichem Einsatz der gängigen Technik zur Visualisierung des OP-Bereichs können sich technische Schwierigkeiten während eines minimal-invasiven Eingriffs ergeben, vor allem wenn die optische Kontrolle mehrfach korrigiert werden muss.

Gewisse Abläufe zur optischen Kontrolle und Instrumentierung während der OP müssen dann wiederholt werden und sind dadurch mit einem erhöhten Zeitaufwand wie auch erhöhter Belastung oder Risiken für den Patienten verbunden. Bei möglichen Verletzungen von lebenswichtigen Organen oder starken Blutungen muss dann eine schnelle Lösung gefunden werden, was eine Erweiterung der Operation oder neue Öffnung des Körpers zur Folge haben kann.

Die Vorgehensweise der minimal-invasiven Operation nach heutigem technischem Stand sieht folgende Schritte vor:

• Vorausgehendes Visualisieren des zu operierenden Bereiches mit den oben genannten intra-operativen Kontroll-Methoden, so dass eine zuverlässige Planung des Zugangs möglich ist.
• Während des operativen Eingriffs ist eine permanente visuelle Kontrolle notwendig, die in der Regel zahlreiche Bild(Röntgen)aufnahmen des OP-Bereiches während des OP-Verlaufs erforderlich macht.
• Diese Aufnahmen werden üblicher Weise mit einem mono-, oder bipolaren C-Bogen oder mit Hilfe von CT-Geräten durchgeführt, was eine enorme Strahlenbelastung für den Patienten mit sich bringt.
• Bekanntermaßen können die Röntgenaufnahmen vor allem die knöchernen Strukturen sichtbar machen.
• Gleichfalls ist festzustellen, dass Röntgenaufnahmen grundsätzlich nicht in der Lage sind, die lebenswichtigen weichen Gewebe, wie zum Beispiel Rückenmark, magistrale Gefäße oder Strukturen wie Sehnen, Muskel, Knorpel und Weiteres darzustellen.
• Unsicherheiten oder fehlerhafte Ansätze beim Zugang oder Einsatz von Instrumenten im OP-Bereich sind mit wiederholten Prozeduren verbunden, die vermeidbare massive Gewebeverletzungen mit sich führen können und einen unnötig langen Heilungsprozess dieser möglichen Verletzungen mit sich zieht und durch die wiederholten notwendigen Röntgenaufnahmen zur Sichtkontrolle eine erhöhte Strahlenbelastung für den Patienten entsteht.

Als Lösung für die genannten kritischen Punkte bei minimal-invasiven Operationen hat Prof. Babayan in den letzten Jahren eine spezielle Vorrichtung zur gezielten Navigation – u.a. die Cyber-Navi-Hand™ – wie auch mehrere spezielle Instrumente entwickelt, die die minimal-invasiven Eingriffe erleichtern und optimieren.

Die KNK™ Vorrichtung (Kartierung-Navigations-Koordinationsvorrichtung) wurde entwickelt, um die optische Kontrolle zu vervollständigen und eine möglichst präzisen Durchführung der neurochirurgischen, orthopädische wie generell aller anderen chirurgischen Eingriffe zu ermöglichen.

Dank dieser Vorrichtung können Operationen nicht nur minimal-, sondern mikro-invasiv durchgeführt werden. Die Dimensionen der Zugänge und Arbeitskanäle können weiter minimiert werden und schließen durch die Anwendung der speziell entwickelten Instrumente sogar die minimalsten Schnitte vollkommen aus:

Denn durch den Mikrostich der speziellen Sonden mit einem Durchmesser von 0,3 mm bis 1,5 mm kann ein Operationszugang schonend ermöglicht werden. Bei Anwendung dieser feinen Sonden kommt es grundsätzlich nicht zu einer Schnitt-Verletzung des Gewebes, sondern das Gewebe wird durch Schieben und Dehnen vorsichtig und minimal geöffnet und ist ausreichend zur Einführung der gleichfalls mikro-dimensionierten Operationsinstrumente.

Nach Abschluss des minimal-invasiven Eingriffs nach der Methodik von Prof. Babayan schließt sich die minimale Wunde der Haut so, wie nach dem Einstich einer gewöhnlichen Spritze.

Die heutige diagnostische, radiologische Technik wie MRT, CT, PET-CT, PET-MRT und andere bildgebende Verfahren bieten ein großes Spektrum der bildlichen Darstellung nahezu aller Gewebe des menschlichen Körpers.

Dennoch gelingt es nicht, diese wertvollen und umfangreichen Informationen direkt in ein präzises, intraoperatives, laufendes Operationskontrollinstrument umzusetzen.

Prof. Babayan hat in den letzten Jahren gerade zu dieser Fragestellung eine sehr präzise Verfahrensweise entwickelt, nämlich die Nutzung dieser vielfältigen Informationen der bildgebenden Darstellung zur direkten intraoperativen Kontrolle vor und während eines minimalen oder mikro-invasiven Eingriffs.

Durch die von Herrn Dipl.-Ing. Armen Mkrtchyan in enger Zusammenarbeit mit Prof. Babayan – hoch entwickelte Software ist es möglich, die bestehenden diagnostisch-radiologischen DICOM Bilder und das im OP in Echtzeit entstandene Bildmaterial zu fusionieren.

Dabei werden gezielt nur zwei Röntgen-C-Bogen Bilder in Echtzeit in zwei verschiedenen Dimensionen von dem Patienten zeitlich unmittelbar vor dem Eingriff erstellt, um die im OP befindliche Lage des Patienten zu bestimmen.

Die heraus gewonnenen Informationen fließen in das spezielle Softwareprogramm ein und sind Grundlage für das neu entwickelte Verfahren nach Prof. Babayan.

Die Anwendung dieses Verfahrens nach Prof. Babayan für die minimal-, oder mikro-invasiven Operationen wird in drei Phasen durchgeführt:

1. Planung
2. Fusionierung
3. Mechanisierung

Die Planung des OP Zugangs und die entsprechend vollständige Operation erfolgt durch eine speziell entwickelte, hoch leistungsfähige Software.

Dabei wird zunächst das diagnostisch-radiologische, Patienten-individuelle 3-D-DICOM Bildmaterial, das alle Gewebe und individuelle anatomische Besonderheiten des Patienten visualisiert, in der Software aufgenommen.

Gleichfalls enthält das Programm alle Instrumente, die während einer OP eingesetzt werden können.

Der Chirurg kann die für die OP passenden Instrumente virtuell auswählen und virtuell an den DIOCOM Bilden in 3-Dimensionen bewegen (Ort, Winkel, Tiefe), exakt positionieren und somit die gesamte Operation unter Berücksichtigung aller visualisierten Gewebe, Organe und Strukturen, im Detail virtuell durchführen.

Der virtuelle Operationsplan kann zeit- und ortsunabhängig vor dem tatsächlichen Eingriff erstellt und gespeichert werden.

Diese Software bietet weitere wichtige Optionen:

Das Programm erlaubt  nicht nur die Zugangstiefen weniger als 1 mm genau und die Zugangswinkel bis zu 1 Grad genauer Präzision darzustellen, sondern ermöglicht auf genauso präzise Weise, detailliert die gesamte Operation virtuell durchzuführen.

Falls ausgewählte Instrumente oder eine virtuelle Manipulation nicht der gewünschten Präzision entsprechen oder einen Widerspruch zu der anatomischen Situation darstellen, gibt das Softwareprogramm automatisch eine Korrekturmeldung und Lösungsvorschläge.

Das Programm bietet weitere wichtige Optionen:

So können chirurgische Manipulationen wie Schneiden, Stechen, Dilatieren, Erweitern und weitere chirurgische Manipulationen wie etwa die Applikation von Flüssigkeiten individuell  simuliert werden.

Beim virtuellen Einsatz von Flüssigkeiten, wird der räumliche Verlauf mit entsprechenden Volumina-Bemessungen durch die Software dargestellt – und gegebenenfalls optimiert.

Das Programm beinhaltet auch ein virtuelles, flexibles Epiduroskop und ermöglicht die vollständige Simulation eines realen Epiduroskops, das sich wie eine Schlange virtuell im Spinalkanal oder in den Epiduralräumen sich bewegen kann.

Die Fusion des Bildmaterials ist ein Zusammenfluss des zugrundelegenden präoperativ erhaltenen Bildmaterials (mit DICOM Standard) und dem virtuell hergestellten und digital vorliegendem Bildmaterials des OP-Verlaufs mit den intraoperativ bei OP-Beginn und ggf. intraoperativ zur Röntgenkontrolle erstellten Echtzeitbildern mittels C-Bogen oder anderer röntgen-technischer Apparate, die jedoch keine detailgetreuen Gewebestrukturen, sondern nur die knöchernen Strukturen visualisieren.

Das intraoperative Fusionieren der Bilder dient der unmittelbaren und sekundenschnellen, optimalen Anpassung der virtuellen OP-Planung an die reale  Lage und Position des Patienten in Echtzeit.

Als Voraussetzung für die Fusionierung müssen in der Regel zu OP-Beginn genau zwei Röntgenbilder mittels mono- und bipolarem C-Bogen von der realen Lage des zu operierenden Patienten aus verschiedenen Perspektiven erstellt werden.

Bei der Fusionierung des Bildmaterials definiert das Programm die Lage des zu operierenden Patienten in dreidimensionaler detailgetreuer Perspektive, so dass man sehr gut die einzelnen knöchernen Konturen erkennen kann. Die Software errechnet durch den Abgleich der präoperativ erstellten Informationen bei Planung mit den Informationen der Echtzeitbilder die optimale Positionierung und Manipulationen der Instrumente.

Das qualifizierte und präzise Ergebnis des fusionierten Bildmaterials ergibt eine aktualisierte, detailgetreue OP-Planung und macht grundsätzlich die Erstellung weiterer, zahlreicherer Röntgenbilder während des OP-Verlaufs hinfällig.

In der dritten Phase dieses neuen OP-Verfahrens nach Prof. Babayan wird nach der Fusion des Bildmaterials und der durch die Spezial-Software verarbeiteten Informationen die Cyber Navi Hand™ nun computergesteuert aktiviert und der Einführungstubus exakt an dem zu operierenden Patienten platziert.

Die Cyber Navi Hand™ ist ein maximal flexibel beweglicher computergesteuerter Roboter-Arm, an dessen Ende sich der befestigte Einführungstubus befindet, der mit äußerster Präzision, aus 3-dimensionaler Perspektive mit 1-Grad genau optimiertem Winkel sich positioniert und ermöglicht die Einführungssonde mm-genau in den Operationsbereich einzuführen unter Berücksichtigung der exakten Eindringungstiefe.

Eine kurze sensomotorische Rückmeldung der Cyber Navi Hand™ in Form eines Signaltons/Signallichts bestätigt, dass die computergesteuerte optimale Positionierung des Einführungstubus abgeschlossen ist.

Mit Hilfe dieser Technik ist der Chirurg in der Lage, den optimal errechneten Operationszugang sicher zu nutzen und den intraoperativen aktualisierten Operationsplan Schritt für Schritt entsprechend umzusetzen.

Die eindeutigen Vorteile des Einsatzes der Cyber Navi Hand™ bei minimal- oder mikro-invasiven Operation sind:

• Präzision
• Vermeidung von unnötigen oder gefährlichen Gewebe-, Organ-, und Strukturverletzungen
• Vermeidung massiver Strahlenbelastung
• Verkürzung der OP Zeit

Die vielfältige Einsatzmöglichkeiten der Cyber Navi Hand™ eröffnen ein großes Spektrum an neuen Operationsmethoden und revolutionieren die Chirurgie.

Mit diesem speziellen Software-Programm, kann man nicht nur einen Operationsablauf optimal planen, sondern diese Software kann sehr hilfreich in der Diagnose eingesetzt werden wie zum Beispiel zur Darstellung verschiedener Pathologien der Wirbelsäule. Die Software ermöglicht bewegliche, 3-dimensionale Gesamtdarstellungen wie auch die genaue Visualisierung einzelner Segmente.

Dies können Trauma oder degenerative Deformierungen einzelner Wirbel wie auch  Bandscheiben-Verschiebungen / Veränderungen der sagittalen Balance oder auch Kyphotic-Veränderungen sein.

Das Programm erlaubt mit hoher Präzision die genauen Dimensionen der Pathologie aufzuzeigen, berechnet jedes Segment der Wirbelsäule und erstellt eine entsprechende, detaillierte Planung zur vollständigen Wirbelsäulen-Rekonstruktion.

Das Programm kann nicht nur sehr effizient für mikro-invasive Operationen angewendet werden, sondern auch für große Operationen / Rekonstruktionen unter Einsatz – und entsprechend virtueller Planung –  von verschiedenen künstlichen Stoffen und Konstruktionen wie Prothesen, Schrauben, Zement und anderes.

Die Software definiert für die Cyber Navi Hand™ beispielsweise die  fehlerfreie Einführung der Schrauben gemäß optimaler Berechnung der jeweiligen Winkel, Tiefen und Durchmesser.

Ebenso können Form und Größe der einzusetzenden Prothesen von der Software errechnet werden unter Berücksichtigung der sagittalen Balance und der vertikalen regelrechten Positionen aus der koronaren Perspektive für eine optimale Skoliose-Begradigung.

Dieses System kann  nicht nur sehr effektiv für die Wirbelsäulen-OP genutzt werden, sondern auch für den Einsatz in anderen Bereichen des Bewegungsapparates in der gesamten Orthopädie und Unfallchirurgie.

Dieses innovative System erhöht deutlich die sichere und effiziente Arbeitsweise des Chirurgen und ermöglicht ihm grundsätzlich auf einem höheren Niveau der Planung, Visualisierung und Präzision, seine Operationen erfolgreich durchzuführen.

Ein zusätzlicher Nutzen des wertvollen Software Programms und seiner umfassenden Möglichkeiten der Visualisierung und OP-Simulation ist der professionelle Einsatz:

• bei der individuellen Aufklärung des Patienten im direkten Gespräch;
• bei der individuellen Aufklärung für entfernte Patienten per Video Konferenz;
• bei wissenschaftlichen Kongressen und Workshops.

Das von Prof. Babayan entwickelte zukunftsweisende Verfahren zur diagnostischen und therapeutischen Anwendung eröffnet durch die leistungsfähige Software und dem damit verbundenen Einsatz der präzisen Cyber Navi Hand™ neue Horizonte in der Neurochirurgie,  Orthopädie, Unfallchirurgie  und in zahlreichen weiteren Bereichen der Chirurgie.