Messung von Strukturverschiebungen bei Kopf-Hals-Rotation

Zusammenfassung

Hintergrund:

Die Bewegung anatomischer Strukturen im Kopf-Halsbereich rechnerisch vorhersagen zu können und für die medizinische Navigation nutzbar zu machen ist das langfristige Ziel dieser Untersuchung. Bei chirurgischen Eingriffen am Hals wird der Kopf des Patienten so gelagert, dass sich das Halsgewebe im Vergleich zu der normalen Kopfstellung verformt und deshalb präoperative Bilddaten für die medizinische Navigation unbrauchbar werden. Die Berücksichtigung der Verschieblichkeiten des Halsgewebes bei der Rotation des Kopfes ist ein erster Schritt um dieses Problem zu lösen.

Material und Methoden:

Auf Basis von MRT-Bilddaten, die von 5 Probanden akquiriert wurden, wurde die Verschiebung bestimmter Halsstrukturen bei Kopfbewegungen im 2-dimensionalen gemessen und analysiert.

Ergebnisse:

Die großen Gefäße, die contralateral zur Rotation liegen, verschoben sich deutlich mehr, als die, die ipsilateral lagen. Dabei verhielt sich die Verschiebung nicht linear zum Ausmaß der Kopfrotation. Zudem verschoben sich die V. jugualris interna und die A. carotis communis nicht im gleichen Maße, obwohl sie gemeinsam in einer Bindegewebshülle im Hals verlaufen. Des Weiteren waren die Strukturverschiebungen im cranialen Halsabschnitt größer als im caudalen Abschnitt.

Schlussfolgerung:

Eine Möglichkeit, Lageveränderungen von Strukturen im Hals bei verschiedenen Kopfpositionen zu generieren, wurde gezeigt. Die Kenntnis über diese Strukturverschiebungen soll intraoperatives minimal invasives Vorgehen fördern. Schlussendlich steht die Erwartung, dass durch Untersuchungen dieser Art zukünftig eine Möglichkeit der Navigation im Hals mit der Online-Berechnung der Gewebeverschiebung entsteht.

Abstract

Measurement of Tissue-shift for Head Neck Rotation

Background:

During neck surgery the head of the patient is located in such a position that the neck-tissue is deformed compared to the normal head-position. The consideration of this tissue deformation of the neck during head rotation is the first step to using preoperative image data for medical navigation.

Material and Methods:

The tissue shift was measured and analyzed based on MRT-image data of a subject group of 5 patients.

Results:

The big vessels, lying contralateral to the rotation, demonstrated a larger shift than those vessels, lying ipsilateral. The shift was nonlinear to the head rotation and the shift of the V. jugularis interna was less pronounced thanthe shift of the A. carotis communis even though they both run in the same adventitia. In the cranial neck section, the movement of the tissue was larger than in the caudal neck section.

Conclusion:

The knowledge about tissue shifts in different head positions should promote intraoperative, minimally invasive procedures. The expectation is that such examinations facilitate the navigation in neck surgery with online calculation of tissue shifts.

Schlüsselwörter

minimal-traumatische Halschirurgie - Gewebe-Shift - Kopfrotation - MRT-Studie - Segmentation

Key words

minimal-traumatic neck surgery - tissue-shift - head rotation - MRI study - segmentation

• Literatur

• 1 Krüger A, Hintze J, Tietjen C, Preim B, Hertel I, Strauß G. Interactive Visualization for Neck-Dissection Planning. In: EUROGRAPHICS – IEEE VGTC Symposium on Visualization, 295-302
• 2 Strauß G, Hertel I, Dornheim J, Cordes J, Burgert O, Schulz T, Meixensberger J, Winkler D, Preim U, Dietz A, Preim B. Dreidimensionale Darstellung von CT-Datensätzen des Halses für die chirurgische Planung: Eine Machbarkeitsstudie. In: Laryngo-Rhino-Otol 2006; 85: 746-75
• 3 Dornheim J, Seim H, Preim B, Hertel I, Strauss G. Segmentation of Neck Lymph Nodes in CT Datasets with Stable 3D Mass-Spring Models. In: Acad Radiol 2007; 14: 1389-1399
• 4 Stapleford LJ, Lawson JD, Perkins C, Edelman S, Davis L, McDonald MW, Waller A, Schreibmann E, Fox T. Evaluation of automatic atlas-based lymph node segmentation for head-and-neck cancer. In: Int J Radiat Oncol Biol Phys 2010; 77: 959-966
• 5 Sulek CA, Gravenstein N, Blackshear RH, Weiss L. Head rotation during internal jugular vein cannulation and the risk of carotid artery puncture. In: Anesth Analg 1996; 82: 125-128
• 6 Wang R, Snoey ER, Clements RC, Hern HG, Price D. Effect of head rotation on vascular anatomy of the neck: an ultrasound study. In: The Journal of emergency medicine 2006; 31: 283-286
• 7 Conrardy PA, Goodman LR, Laine FM, Singer MM. Alteration of endotracheal tube position Flexion and extension of the neck. In: Crit Care Med 1976; 4: 7-12
• 8 Hartrey R, Kestin IG. Movement of oral and nasal tracheal tubes as a result of changes in head and neck position. Anaesthesia – Wiley InterScience. In: Anaesthesia. 1995. 50. 682-687
• 9 Ivancic PC, Ito S, Tominaga Y, Carlson EJ, Rubin W, Panjabi MM. Effect of rotated head posture on dynamic vertebral artery elongation during simulated rear impact. In: Clin Biomech (Bristol, Avon) 2006; 21: 213-220
• 10 Pérez del Palomara A, Doblaréa M. Dynamic 3D FE modelling of the human temporomandibular joint during whiplash. In: Med Eng Phys 2008; 30: 700-709
• 11 Schneider K, Zernicke RF, Clark G. Modeling of jaw-head-neck dynamics during whiplash. In: J Dent Res 1989; 86: 1360-1365
• 12 Helbig M, Krysztoforski K, Kucharski J, Popek M, Kroll T, Helbig S, May A, Gstoettner W, Kozak J. Navigationsunterstützte Weichteilsonographie für den Kopf-Hals-Bereich. In: HNO 2009; 57: 1010-1015
• 13 Jansen N, Brennecke T, Hirschfeld J, Colter L, Raczkowsky J, Wörn H, Schipper J. Reproduzierbar rotationsfähiges Halsphantom zur Evaluation minimalinvasiver operativer Techniken mittels eines Ultraschall-gestützten Navigationssystems. In: Proc. 11. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer- und Roboterassistierte Chirurgie, Düsseldorf, 15.11.-16.11-2012, online 2012
• 14 Lieberman JA, Williams KA, Rosenberg AL. Optimal head rotation for internal jugular vein cannulation when relying on external landmarks. In: Anesth Analg 2004; 99: 982-988