Optimierte Therapie für komplexe Knochentumoren des Beckens

GPS für Orthopäden und Pathologen: Ein Forscherteam vom Klinikum rechts der Isar der Technischen Universität München hat mittels neuer computergestützter Verfahren sowohl die Operation komplexer Knochentumoren selbst als auch die postoperative Analyse verbessert.

Aufgrund der anfänglich geringen Beschwerden sind bösartige Knochentumoren des Beckens zum Zeitpunkt der ersten Diagnosestellung häufig kindskopfgroß. Entsprechend stellt die möglichst komplette Tumorentfernung und die biomechanisch stabile Rekonstruktion der meist ausgedehnten Knochendefekte mit Hilfe von Maß-angefertigten Spezialimplantaten bis heute eine der größten Herausforderungen an einen orthopädischen Chirurgen dar.

Nur in enger Kooperation mit spezialisierten Radiologen können auf Basis hochaufgelöster moderner Bildgebungsverfahren wie Computer (CT)- und Magnetresonanztomographie (MRT) die Tumorgrenzen genau erfasst werden und die Operation präzise geplant werden.

Um eine verstümmelnde Amputation – wie sie früher üblich war – zu verhindern, wird heutzutage der zu entfernende Beckenknochen durch eine für den Patienten maßangefertigte Tumorspezialprothese ersetzt. Seit einigen Jahren kommen dabei bei spezialisierten Medizintechnikfirmen moderne 3-D Druckverfahren zum Einsatz, die diese Spezialimplantate präzise aus medizinisch zugelassenem Titan additiv fertigen.

Wo bestehen aber nach wie vor ungelöste Probleme trotz all dieser hochmodernen Technologien? Drei wesentliche Herausforderungen sind für komplexe Knochentumoren des Beckens bisher nicht ausreichend gelöst: 

  1. Um diese Spezialimplantate exakt im Patienten positionieren zu können, werden bisher spezielle Sägeschablonen verwendet, deren erheblicher Nachteil darin besteht, dass großflächig gesunde Muskulatur vom Beckenkamm abgelöst werden muss.
  2. Andererseits lassen sich aber moderne PC-basierte Navigationssysteme bisher am Becken nicht einsetzen, da eine zeiteffiziente Erfassung der Patientenposition gegenüber den präoperativen Bilddaten i.S. einer Referenzierung nicht realisiert ist. 
  3. Schließlich ist – trotz gründlicher Analyse des entfernten Tumors durch den Pathologen – eine genaue anatomische Ortsangabe, wo potenziell bösartige Tumorzellen im Körper des Patienten verblieben sind, derzeit in der Regel nicht möglich. Diese fehlende Zuordnung erschwert jedoch erheblich die weiteren Behandlungsschritte wie z.B. eine gezielte Nachbestrahlung oder die Vermeidung von unnötig weiträumigen Sicherheitszonen.

Um diese Problembereiche systematisch anzugehen und Lösungsansätze anwendungsnah zu entwickeln, hat ein interdisziplinäres Forscherteam aus Medizinern, Ingenieuren sowie Informatikern vom Klinikum r.d. Isar der Technischen Universität München in enger Kooperation mit dem Implantathersteller AQ-Implants/Ahrensburg, der Röntgengerätefirma Ziehm/Nürnberg und der Navigationsfirma BrainLab/Feldkirchen einen optimierten Workflow für diese klinische Anwendung durch die Integration bestehender Systeme beziehungsweise deren gezielter Ergänzung sowie Neuentwicklung realisiert.

Dabei konnten die früher verwendeten Sägeschablonen mit Hilfe einer Navigationsfunktion unter Verwendung einer speziellen Sägeblattführung ersetzt werden. Eine zeiteffiziente Erfassung der Patientenposition gegenüber den Bilddaten, die vor der Operation erstellt wurden und an denen die detaillierte präoperative Planung vorgenommen wurde, konnte mittels einer dreidimensionalen Röntgenbildgebung während der Operation und dem „Zusammenführen“ der verschiedenen Bilddaten für die Beckenregion in dieser Form erstmalig realisiert werden (Abb. 1). Dies stellte eine Grundvoraussetzung für den praktikablen Einsatz des Navigationssystems für diesen Anwendungsbereich dar.

Um schließlich den dritten Problembereich zu adressieren, wurde ein neuartiges patientenspezifisches Halterungssystem entwickelt mit dessen Hilfe der entnommene Tumorbereich exakt den jeweiligen präoperativen Bilddaten zugeordnet werden kann und damit gleichzeitig anatomisch präzise Gewebeschnitte für die weitere histologische Analyse durch den Pathologen durchgeführt werden können (Abb. 2).

Abb. 2: Vergleichende Visualisierung des axialen Schnittes mit der kritischen Tumorausdehnung ins kleine Becken im a) präoperativen CT, b) im hochaufgelösten „postoperativen CT des Tumorpräparates (daher ohne Oberschenkelkopf), c) der unfixierte axiale Knochenschnitt mittels Gewebesäge und schließlich d) dieser Knochenschnitt nach Fixation in Formalin mit Fotodokumentation in der Pathologie (Ltd. OÄ PD Dr. med. K. Specht, Institut für Allg. Pathologie und Pathologische Anatomie der TUM) und anschließender flächendeckender histologischer Aufarbeitung des Präparates nach Entkalkung mit genauer räumlicher Zuordnung. Foto: © Prof. Burgkart, Klinikum r. d. Isar, München.

Damit gibt es die Möglichkeit,  die Gewebebeurteilung im Mikroskop auf die präoperativen CT bzw. MRT Bilder “zurück zu projizieren” und somit „in den Patienten zurück zu übertragen“. Dadurch ist nun die Grundlage geschaffen, um – sofern nötig – Nachresektionen oder auch Nachbestrahlungen hochgenau im jeweils anatomisch kritischen und relevanten Bereich exakt durchzuführen und damit potenziell das Risiko einer erneuten Tumorentwicklung zu minimieren bzw. unnötig weiträumige Nach-Resektionen/-Bestrahlungsfelder zu vermeiden.

Quelle
Wilhelm Sander Stiftung
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