Fraunhofer-GesellschaftCochleaimplantate
Die Herausforderung
Ein Cochleaimplantat (CI) ist eine elektronische Hörprothese, die ins menschliche Innenohr (die Cochlea) chirurgisch implantiert wird, um das Hörvermögen des Patienten wiederherzustellen. Da das chirurgische Feld Risikostrukturen wie den Gesichtsnerv und die Paukensaite enthält und auch durch eine beschränkte intraoperative Sicht geprägt ist, werden routinemäßig vor jedem Eingriff CT-Aufnahmen (Computertomographie) von allen anatomischen Strukturen gemacht. Diese Aufnahmen liefern detaillierte Überblicksinformationen über das Mittel- und das Innenohr und werden von Chirurgen eingesetzt, um ihren Zugang zur Anatomie des einzelnen Patienten zu planen.
Die Lösung
Um Chirurgen dabei zu unterstützen, den individuellen Eingriff auf Basis der gelieferten CT-Daten zu planen, wurde der CI-Wizard implementiert. Der CI-Wizard ist ein neuartiges Softwarewerkzeug für die interaktive Auswertung von CT-Aufnahmen des menschlichen Ohrs. Mit einer schrittweisen Benutzeranleitung und klaren Hinweisen im CI-Wizard kann ein Arzt mehrere Strukturen des Ohrs innerhalb von circa 15 Minuten segmentieren. Während des Prozesses wird der Nutzer durch die Anatomie des Patienten geführt und erlangt hiervon ein tieferes Verständnis. Die orthogonalen Querschnitte der CT-Datensätze, die für die Planung benutzt werden, sind durch einen intuitiven Segmentierungsprozess sowie mehrere 3D-Ansichten der anatomischen Strukturen ergänzt worden. Der CI-Wizard führt medizinische Experten ohne technische Vorkenntnisse leicht durch die Segmentierung verschiedener Ohrstrukturen für die Eingriffsplanung eines Cochleaimplantats. Die Segmentierung ist in einer benutzerfreundlichen Software gebündelt, was zu einem effizienten Arbeitsablauf bei der Eingriffsplanung eines Cochleaimplantats führt.
Der Prozess
Der CI-Wizard bündelt komplexe Bildverarbeitungsmethoden in effizienten Segmentierungskorrekturen, die in medizinischer Fachsprache wiedergegeben werden. Die meisten anatomischen Strukturen im Innen- und Mittelohr sind im Knochengewebe eingebettet. Aus diesem Grund gibt es von Patient zu Patient nur geringfügige Abweichungen der Form, der relativen Positionen und des Volumens der Strukturen.. Diese Erkenntnis wird im CI-Wizard angewendet, um das Suchgebiet für Segmentierungsparameter einzuschränken, und um den Segmentierungsprozess zu beschleunigen. Der CI-Wizard arbeitet die anatomischen Strukturen schrittweise ab und segmentiert folgende Strukturen:
- Gehörgang: Übersichtstruktur mit Abgrenzung zum vorderen Bereich. Risikostruktur, da die knöcherne Abgrenzung zum Gehörgang bewahrt werden muss.
- Gehörknöchelchen: Amboss und Hammer werden zusammen als Gehörknöchelchen segmentiert. In den meisten Fällen wird der Steigbügel nicht in den Daten dargestellt. Der kurze Schenkel des Hammers führt zum Gesichtsnerv.
- Paukenhöhle: Übersichtsstruktur
- Gesichtsnerv: Hauptrisikostruktur, da Beschädigung zur Gesichtslähmung führt.
- Paukenseite (des Gesichtsnervs): Risikostruktur, da Beschädigung zum Verlust des Geschmackssinns führt. Bildet zusammen mit dem Gesichtsnerv den Chorda-Fazialis-Winkel, der den Zugang und den Einschubwinkel des Cochleaimplantats einschränkt.
- Rundes Fenster (Fenestra cochleae): Zielstruktur. Durch einen kleinen Einschnitt wird das CI in die Cochlea eingeschoben. Der Sinus tympani (Bucht der Paukenhöhle) führt von der Paukenhöhle zum runden Fenster. Er ist von Knochengewebe umgeben, welches während des Eingriffs entfernt wird.
- Cochlea: Zielstruktur, welche den Einschubwinkel des CI bestimmt (Winkel der ersten Spirale in der Cochlea).
- Bogengänge: Übersichtsstrukturen, die wegen ihrer markanten Form der Orientierung dienen.
Die Vorteile
- Der CI-Wizard standardisiert die Eingriffsplanung für Cochleaimplantate.
- Der CI-Wizard bereitet Chirurgen auf die patientenspezifische Anatomie und die patientenspezifischen Risiken vor, um die Zeit im OP-Saal zu verkürzen und die Risiken des CI-Eingriffs zu mindern.
- Der CI-Wizard schult mit CT-Aufnahmen medizinisches Personal über die Ohranatomie.