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Einleitung: Korrekturosteotomien an unteren Extremitäten sind allgemein anerkannte orthopädische Eingriffe mit dem Ziel angeborene oder erworbene knöcherne Deformitäten zu korrigieren, um Gelenkbelastungen in den physiologischen Bereich zu überführen. Zur optimalen Bestimmung der geometrischen Korrekturparameter sind neben der Knochengeometrie, auch Informationen zum Weichteilapparat sowie zur Gelenkkinematik zu berücksichtigen.

Ziel des Projektes ist die Verknüpfung eines biomechanischen Simulationswerkzeuges mit einem bestehenden Computer unterstützten Planungs- und Navigationssystem für Schrägosteotomien. Hier wird dem Operateur intraoperativ die Möglichkeit gegeben die Auswirkung mehrdimensionaler Korrekturosteotomien auf das gesamte musculoskeletale System zu simulieren (Gelenkkräfte, Weichteiländerungen etc.) und die Planung entsprechend anzupassen.

Methode: Um eine biomechanische Simulation intraoperativ zu ermöglichen, wird unter Verwendung eines optischen Trackingsystems sowie kalibrierter fluoroskopischer Aufnahmen die individuelle knöcherne Deformität des Patienten bestimmt. Diese Daten ermöglichen zusammen mit der geometrischen Planung des Operateurs und a priori Wissen die Generierung zweier biomechanischer Modelle mit deren Hilfe die prä- und die postoperative Situation simuliert werden können.

Ergebnisse: Im Rahmen einer in-vitro Untersuchung wurden drei deformierte künstliche Femora einer Korrektur mittels Schrägosteotomie unterzogen. Qualitativ zeigte die Simulation, dass die anguläre Korrektur zu einer Streckung der muskulären Strukturen auf der konkaven und zu einer Lockerung auf der konvexen Seite der Deformität führen. Zudem führte das Realignment der Belastungsachse erwartungsgemäß zu einer Kraftverlagerung der Reaktionskräfte im Kniegelenk in Richtung der physiologischen Belastungsachse.

Im Rahmen einer ex-vivo Studie an sechs Formalin fixierten Ganzkörperpräparaten wurde überprüft, in wie weit sich biomechanische Modelle in einer dem klinischen Kontext nahen Umgebung generieren lassen. Dabei zeigte sich ein zeitlicher Aufwand von 16 ± 2 Minuten (N=12).

Diskussion: Der neuartige Ansatz zeigt im Rahmen erster Machbarkeitsuntersuchungen plausible Ergebnisse bei überschaubarem zeitlichem Aufwand. Die Informationen, die aus einem auf diese Art umgesetzten Eingriff generiert werden, können neben der besseren Planung auch wichtige Eckdaten für eine individuell abgestimmte Rehabilitation liefern. Gegenstand laufender Arbeiten ist die Evaluierung der Einflüsse der für diesen Ansatz notwendigen Vereinfachungen.

Danksagung: Die Arbeit wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Projektes OrthoMIT (BMBF 01EQ0402 und BMBF 01IBE02C) gefördert.