gms | German Medical Science

67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
89. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
44. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie

11. bis 16.11.2003, Messe/ICC Berlin

Navigation Hüftendoprothetik: PRO

Kurzbeitrag (DGU - DGOOC 2003)

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  • corresponding author Hartmuth Kiefer - Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Lukas-Krankenhaus, 32257 Bünde
  • corresponding author Rene Radtke - Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Lukas-Krankenhaus, 32257 Bünde

Deutsche Gesellschaft für Unfallchirurgie. Deutsche Gesellschaft für Orthopädie und orthopädische Chirurgie. Berufsverband der Fachärzte für Orthopädie. 67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 89. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 44. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 11.-16.11.2003. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2003. Doc03dguI11-5

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgu2003/03dgu0568.shtml

Veröffentlicht: 11. November 2003

© 2003 Kiefer et al.
Dieser Artikel ist ein Open Access-Artikel und steht unter den Creative Commons Lizenzbedingungen (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.de). Er darf vervielf&aauml;ltigt, verbreitet und &oauml;ffentlich zug&aauml;nglich gemacht werden, vorausgesetzt dass Autor und Quelle genannt werden.


Gliederung

Text

Trotz vielerlei Verbesserungen in der Totalendoprothetik des Hüftgelenks sind noch immer eine Reihe von Problemfeldern vorhanden. So werden 20-78% der Hüftpfannen außerhalb der so genannten „sicheren Zone" platziert, innerhalb derer die Gefahr einer Hüftluxation gering ist. Als „safe zone" hatte 1978 Lewinnek die Winkelbereiche für die Inklination der Kunstpfanne mit 45° ± 10° und für die Anteversion mit 15° ± 10° angegeben. Im amerikanischen Sprachraum fanden 1998 Hassan und Mitarb. selbst bei erfahrenen Operateuren 42% Pfannenpositionen, 2001 DiGioia u. Mitarbeiter sogar 78%, außerhalb der sicheren Zone. Auch in Deutschland wurden 2000 von Lahmer bis zu 40%, 2001 von Stockheim aus einer Universitätsklinik 40% und 2003 von Rudert 20% Pfannenfehllagen beobachtet.

Neben der Luxationsgefahr kann eine fehlplazierte Pfanne eine Bewegungseinschränkung im Hüftgelenk mit der Gefahr eines Impingements bewirken. Mögliche Folgen sind erhöhter Polyäthylenabrieb der Pfanne oder Randüberlastungen von Keramikinlays, was die Überlebensrate einer Hüftprothese erheblich verkürzen kann.

Ein Lösungsansatz für diese Probleme könnte in der navigierten Pfannenimplantationstechnik liegen. Mit der Verwendung eines kinematischen Systems (z.B. Orthopilot, Fa. Aesculap Tuttlingen) sollte sich das Auftreten von „Ausreißern", also Fehllagen der Pfannen außerhalb der sicheren Zone deutlich vermindern lassen. Mittelfristig besteht der Anspruch auf vollständige Vermeidung von Ausreißern bei gleichzeitig einfacher Anwendungstechnik.

Als Navigationswerkzeuge dienen die Komponenten des seit 5 Jahren in der Knieendoprothetik verwendeten Orthopilot-Systems. Dieses besteht aus einem Computerwagen mit der speziellen Software Orthopilot Cup 1.1, einem Stereokamerasystem, sowie an Knochen und Instrumenten fixierbaren Infrarotsendern.

Das Prinzip der kinematischen Pfannennavigation besteht in der CT-freien Bestimmung der dreidimensionalen Beckenposition im Raum durch Palpation der die vorderen Beckenebene (Referenzebene) definierenden Spinae iliacae superiores und der ventralen Symphyse mit einem Tastinstrument. Nach der Definition des bisherigen Pfannenzentrums mit einem Probeinstrument werden die weiteren Operationsschritte computergesteuert gemäß Bildschirmanzeige ausgeführt. Mit dieser chirurgischen Navigationstechnik lassen sich die notwendigen Fräs- und Setzinstrumente steuern, um so die (zementfreie) Pressfit-Pfanne in der gewünschten Planneninklination und -anteversion innerhalb der „safe zone" platzieren.

Zur Evaluierung des Systems und zur Beurteilung bisheriger Ergebnisse wurden von uns bisher Daten aus drei Studien gewonnen, die hier skizziert werden:

1. Studie:

Ziel dieser Studie war die Beurteilung der Zuverlässigkeit der Hard- und Software sowie die Optimierung der Operationstechnik hinsichtlich Einfachheit und Zeitgewinn.

Material und Methodik: Von März 2001 bis Mai 2002 wurden 138 konsekutive Patienten navigiert operiert und ihre Daten prospektiv ausgewertet. Die 62 Frauen und 86 Männer waren durchschnittlich 68 Jahre alt (48-88 Jahre), im Mittel 80 kg (52-115 kg) schwer, 168cm (150-189 cm) groß und wiesen einen Body Mass-Index von 26,3 kg/cm² (21,5-39,1 kg/cm²) auf. Ausgewertet wurden prä- und postoperativ gefertigte standardisierte (Rückenlage, hängende Unterschenkel) Röntgenaufnahmen des Beckens. An diesen wurde der Inklinationswinkel der Pfanne mit einem Winkelmesser in Bezug auf die Beckenbasislinie direkt gemessen, der Anteversionswinkel mit Hilfe einer von Pradhan angegebenen Formel berechnet. Diese ermöglicht eine näherungsweise Bestimmung der Anteversion aus einer zweidimensionalen Aufnahme. Diese prä- und postoperativen radiologischen Winkel wurden mit den intraoperativ vom Orthopiloten gemessenen Winkeln verglichen, die direkt aus den Pfannendaten der bei der Implantation rekrutiert wurden.

Ergebnisse : Die Operationszeit war inklusive intraoperativer Fluoroskopiekontrolle einschließlich der Lernkurve um durchschnittlich 9 Minuten im Vergleich zu einem nicht navigiert operierten Kollektiv verlängert (90 bzw. 81 Min.). Navigationsbedingte Komplikationen traten nicht auf. 2 postoperative Luxationen waren durch eindeutiges Patientenfehlverhalten bedingt. Radiologisch waren diese Pfannen perfekt platziert. In der Anfangszeit musste die Navigation in 8 Fällen abgebrochen werden, die Eingriffe wurden jeweils problemlos zu Ende geführt. Die verglichenen intra- und postoperativen Winkel unterschieden sich hinsichtlich ihrer Mittelwerte unwesentlich, wohl aber in der Streuung der Einzeldaten.

Diskussion: 1. Die kinematische Pfannennavigationstechnik ist ein sicheres, komplikationsfreies Verfahren. 2. Die 2 aufgetretenen Luxationen waren nicht durch Fehlplatzierungen bedingt. 3. Trotz Navigation lagen 12 von 138 Pfannen (9%) knapp außerhalb der „sicheren Zone", bezogen auf die postoperative röntgenologische Bewertung.

Aus der Analyse dieser Ergebnisse lassen sich die folgenden beiden Fragenkomplexe ableiten:

1. Wie hoch ist die Genauigkeit der radiologischen Ausmessung? Welche Rolle spielt eine mögliche Becken(ver)kippung in Bezug zur frontalen Referenzebene (Lendenkyphose, -lordose, Flexionskontraktur im Hüftgelenk)? Läßt sich eine größere Genauigkeit durch CT-Analyse erreichen? Ist unser radiologisches Messwerkzeug zur Qualitätsbewertung unserer operativen (Navigations-)Technik überhaupt empfindlich genug?

2. Welchen Einfluß auf die Ergebnisse besitzt die Palpationsgenauigkeit der knöchernen Landmarken? Kann die palpationsbedingte Fehlergröße quantitativ abgeschätzt werden?

Aus CT-Schnitten einzelner Patienten ließ sich die Erkenntnis gewinnen, dass das Becken auch hier eine zufällige Lage auf dem CT-Tisch einnimmt. Beispielsweise wurden für einen Patienten auf 2 unterschiedlichen Aufnahmen Anteversionswerte von 0° bzw. 15°, auf dem CT in „horizontaler Beckenlagerung" hingegen 30° ermittelt! Ohne besondere Referenzierungstechnik ist jedenfalls von CT-Analysen nicht automatisch eine „genaue" Beurteilbarkeit der Pfannenposition zu erwarten! Außerdem ist es nicht sinnvoll, ein CT nur zur Evaluation der Ergebnisse eines bildgebungsfreien, ausschließlich auf kinematischen und anatomischen Daten beruhenden Systems zu anzufertigen. Wir suchten daher einen Lösungsansatz, um aus einer 2-dimensionalen Beckenübersicht Informationen zu gewinnen, die eine Korrektur zur Eliminierung lagebedingter Ungenauigkeiten ermöglicht. Aus einem in vitro Experiment mit einem Kunststoffbecken und konsekutiv gefertigten Röntgenaufnahmen wurde ein Korrekturfaktor aus Höhe und Breite beider Foramina Obturatoria abgeleitet. Dieser „Foramen-Obturatum-Index (FOI)" ist zu Beckenkippungen von ± 15° nahezu linear und damit als Korrekturparameter geeignet, da in unserer Serie keine größeren Kippungen vorkamen. Er wurde daher bei den weiteren Studien angewendet. Auf den oben formulierten 2. Fragenkomplex wird im Zusammenhang mit der 3. Studie weiter unten eingegangen.

2. Studie:

In der 2. Studie wurde der Unterschied zwischen navigiert und nicht navigiert implantierten Hüftpfannen evaluiert. Weiterhin wurde untersucht, ob die unterschiedlichen Beckenkippungen durch Korrekturberechnung mit dem FOI ausgeglichen werden können.

Aus der konsekutiven Serie eines Operateurs wurden 2 Gruppen von je 50 Patienten gebildet, die entweder konventionell unter BV-Kontrolle oder mittels Navigationstechnik operiert waren. Die retrospektive Röntgenbildanalyse wurde durch eine FOI-Korrektur ergänzt und die ermittelten Winkel statistisch verglichen (X²-Test). Beide Gruppen wiesen eine gleiche Verteilung von Alter, Geschlecht, Größe und Gewicht auf.

Ergebnisse : Ohne FOI-Korrektur der Beckenkippung waren in der navigierten Gruppe die 7 bis zu 5° außerhalb der Zielzone liegenden Pfannen tendenziell eher steiler implantiert. Mit FOI-Korrektur war das Verteilungsmuster der 6 außerhalb liegenden Pfannen verändert, sie waren flacher und lagen teilweise nur 1° außerhalb. Statistisch war der Unterschied signifikant (p< 0,5). Die nicht navigiert implantierten Pfannen lagen zu einem höheren Anteil außerhalb des Zielbereichs, der Unterschied war ebenfalls statistisch signifikant (p< 0,5).

Diskussion und Zusammenfassung: 1. In der konventionellen Gruppe sind nur wenige Ausreißer vorhanden, was an der Anwendung intraoperativer BV-Kontrolle und der Erfahrung des Operateurs liegen kann. Dennoch ist die Pfannenlage in der navigierten Gruppe signifikant präziser, knappe Fehllagen sind seltener, kommen aber noch vor. 2. Die lineare Korrektur der Beckenkippung ist ein möglicher Ansatz, um unterschiedliche Beckenprojektionen vergleichen zu können: In dieser Serie betrugen die Abweichungen für die Inklination bis 5°, für die Anteversion bis 10°. 3. Der Foramen Obturatum-Index („FOI") zeigt die unterschiedliche Inklination und Anteversion an. 4. Weitere Untersuchungen zur Korrekturberechnung einer Beckenverkippung sind jedoch noch notwendig.

Warum treten trotz computergesteuerter Pfannenimplantation und Projektionsfehlerminimierung der Röntgenbilder noch immer einzelne Pfannenfehllagen auf? Ergebnisse sonografischer Untersuchungen von Richolt 2002 zur Dickenbestimmung des Weichteilmantels und der Palpationsgenauigkeit der knöchernen Landmarken lassen folgende Schlüsse zu: 1. Die Spinae iliacae lassen sich genauer palpieren als die Symphyse. 2. Die Haut-/Fettgewebsschicht an der Symphyse ist interindividuell 5 bis 40 mm dick. 3. Die Genauigkeit der Bestimmung der Beckenebene ist abhängig von der Differenz der Haut-/Fett-Schichtdicken. Die Fehlergrößenabschätzung lässt bei unterschiedlicher Palpationshöhe der Spinae von 10 mm eine Abweichung von ± 1,2°, bei 20 mm von ± 2,3° für die Inklination erwarten. Für die Anteversion beträgt eine Palpationsungenaugkeit an der Symphyse bei 10 mm + 3,8 ° und bei 30 mm + 11,4 °. Bei fettleibigen Patienten müssen diese Anteversionswerte des Navigationssystems intraoperativ berücksichtigt werden.

Aus diesen Ergebnissen und der in mehr als 500 navigiert operierten Fällen gewonnenen Erkenntnis, dass die Spinae iliacae manchmal aufgrund runder Formgebung schwierig seitengleich exakt zu definieren und die Symphyse schlechter palpabel sind, wurde eine weitere Pilotstudie begonnen, in der die der Einfluss fehlerhafter Aquisition knöcherner Landmarken weitgehend eliminiert wurde.

3. Studie:

Material und Methodik: Zur Verbesserung der Palpationsgenauigkeit wurden prospektiv 10 schlanke Patienten ausgewählt. Auswahlkriterien waren präoperativ gut definierbare Spinae iliacae und eine gut palpable Symphysenvorderfläche. Die radiologische Auswertung wurde ergänzt durch eine intraoperative standardisierte Fluoroskopie einschließlich Printer-Dokumentation.

Ergebnisse und Zusammenfassung: 1. Alle implantierten Pfannen lagen innerhalb des sicheren Zielbereichs. 2. Die intraoperativ mit dem Orthopilot gemessenen Winkelwerte für die Inklination und Anteversion waren intraoperativ fluoroskopisch und postoperativ auf den tiefen Beckenröntgenaufnahmen nach Korrekturberechnung der Beckenverkippung mit dem Foramen Obturatum-Index vergleichbar. Nennenswerte Abweichungen traten nicht auf. 3. Wenn die Aquisition der knöchernen Landmarken gelingt, wird die gewünschte Pfannenposition sicher erreicht.

Diskussion:

In Ermangelung des Wissens um die individuelle bestmögliche Pfannenposition werden statistische Durchschnittswinkel als Zielwerte für die Pfannenposition verwendet, wie sie von Lewinnek mit 45 ± 10° bzw.15 ± 10° angegeben wurden. Für die nicht navigierte Operationstechnik kann dies trotz aller mechanischen Hilfsinstrumente intraoperativ nur sehr näherungsweise abgeschätzt werden, was durch die Vielzahl von Pfannenfehlplatzierungen in der Literatur belegt ist. Ein wesentlicher Grund hierfür ist die fehlende Kenntnis über die räumliche Beckenlage, die lordotisch oder kyphotisch verkippt sein kann und sich auch während der Operation durch Manipulationen häufig ändert. Das Navigationssystem ist ein exzellentes System, welches unseren Blick für manche bisherige vermeintliche Oberflächlichkeit sensibilisiert hat, so z. B. für die projektionsbedingten Pfannenwinkeldifferenzen, abhängig von der Beckenkippung bei der Erstellung von „Standardröntgen-„ und CT-Aufnahmen. Deren quantitative Interpretation kann jedoch näherungsweise durch Korrektur der Beckenkippung, etwa wie mit dem von uns vorgeschlagenen Foramen Obturatum-Index verbessert werden. Die zur Beurteilung der kinematisch navigiert implantierten Pfannen dienenden Röntgenbilder ohne Kippungskorrektur sind weit weniger präzise als das [Orthopilot] Navigationssystem selbst, sofern die knöchernen Landmarken sicher definiert werden können.

Aus den dargestellten Studien und der klinischen Erfahrung aus über 500 navigiert implantierten Hüftpfannen lässt sich klar feststellen, dass die Navigationstechnik ein sehr nützliches Instrument für den Chirurgen darstellt. Sie liefert in erster Linie eine Reihe von Zusatzinformationen, die dem Operateur helfen, die angestrebte Pfannenwinkelstellung tatsächlich zu erreichen - und dies unabhängig von Beckenkippung und eventuellen intraoperativen Lageänderungen. Sollte die Pfanne in der gewünschten Position aufgrund anatomischer Gegebenheiten nicht sicher zu verankern sein, kann die Abweichung von den Zielwerten genau beziffert werden. Diese Informationen zu bewerten und chirurgische Konsequenzen daraus zu ziehen, bleibt die Aufgabe des Operateurs.

Keinesfalls dürfen die angezeigten Daten aber unkritisch übernommen werden, vor allem nicht, wenn Zweifel an der Genauigkeit der betasteten knöchernen Landmarken bestehen. Deren penible präoperative Evaluation bezüglich ihrer Tastsicherheit und das Geschick des Operateurs sind für eine hohe Anzeigegenauigkeit verantwortlich. Die Verbesserung der Aquisitionsmöglichkeiten der Landmarken (z. B. durch Ultraschall) muß aber Ziel weiterer Forschung sein.

Die kinematische Pfannennavigationstechnik ist ein einfaches, schnelles Verfahren, welches nach kurzer Übung nurmehr 5-10 Minuten zusätzliche Operationszeit benötigt. Mit der höheren Platzierungssicherheit innerhalb der sicheren Zone werden die postoperative Luxationsgefahr und die Belastung der Pfannenartikulationsflächen voraussichtlich signifikant niedriger sein. Kinematische Navigationsysteme werden wegen ihrer Einfachheit gegenüber bildbasierten Systemen den Vorzug erhalten. Sie lassen sich in nahezu allen Fällen anwenden und erfüllen damit eine „Sicherheitsgurtfunktion" zur Vermeidung von „Ausreißern", wie sie immer wieder -und auch gelegentlich bei geübten Operateuren- vorkommen.

Eine weitere Verbesserung ist von der kurz bevorstehenden Implementierung der Schaftnavigation zu erwarten. Da das Navigationssystem die relative Position von Becken und Femur kennt, können Beinlänge und Offset kann genau bestimmt werden, und das exakte Alignment des Schaftes im Femur wird möglich sein. Schließlich können Schaftantetorsion und Pfannenanteversion besser aufeinander abgestimmt werden, um die maximale Beweglichkeit bei gleichzeitiger Luxationssicherheit zu erreichen.

Die Navigationstechnik wird ein integraler Bestandteil in der Hüftprothesen-Implantationstechnik werden. Wir halten sie bereits heute für unverzichtbar.


Notes

Literatur beim Verfasser