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68. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
90. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
45. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Verband für Physiotherapie – Zentralverband der Physiotherapeuten/Krankengymnasten

19. bis 23.10.2004, Berlin

Automatisierte Frakturreposition basierend auf Kraftmomentensensorik am Beispiel des Femurschaftes

Meeting Abstract (DGU 2004)

  • presenting/speaker R. Westphal - Institut für Robotik und Prozessinformatik, TU Braunschweig, Braunschweig
  • T. Gösling - Medizinische Hochschule Hannover, Unfallchirurgische Klinik, Hannover
  • M. Citak - Medizinische Hochschule Hannover, Unfallchirurgische Klinik, Hannover
  • T. Hüfner - Medizinische Hochschule Hannover, Unfallchirurgische Klinik, Hannover
  • F. Wahl - Institut für Robotik und Prozessinformatik, TU Braunschweig, Braunschweig
  • C. Krettek - Medizinische Hochschule Hannover, Unfallchirurgische Klinik, Hannover

Deutsche Gesellschaft für Unfallchirurgie. Deutsche Gesellschaft für Orthopädie und orthopädische Chirurgie. Berufsverband der Fachärzte für Orthopädie. 68. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 90. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 45. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 19.-23.10.2004. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2004. Doc04dguJ5-172

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgu2004/04dgu0518.shtml

Veröffentlicht: 19. Oktober 2004

© 2004 Westphal et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung

Ein Ziel des Einsatzes von Robotern bei der Reposition von Femurschaftfrakturen ist die Reduzierung der intraoperativen Strahlenbelastung. Hierzu werden Methoden untersucht, röntgenfrei basierend auf Kraftmomentensensorik, eine anatomische Reposition solcher Frakturen zu erreichen.

Methoden

In einem Modellversuch werden Frakturen an Kunststofffemora erzeugt. Bei fixiertem proximalen Fragment wird das distale Fragment durch einen Industrieroboter automatisch reponiert. Am Handflansch des Roboters ist ein Kraftmomentensensor installiert, mit dem alle Kräfte und Drehmomente gemessen werden können, die durch Kontakt der Knochenfragmente erzeugt werden. Diese Daten werden an einen PC übermittelt, dort ausgewertet und dienen so der Bewegungsplanung und -Kontrolle des Roboters. Sowohl die Achsausrichtung als auch die Längsrotation bzw. Beinlänge lässt sich auf diese Weise bei Frakturen mit 2 Fraktursegmenten wiederherstellen. Zunächst wird dazu bei sich überlappenden Fraktursegmenten ein lateraler Kontakt der Segmenten hergestellt. Durch Rotation um den Kontaktpunkt kann die Ab-/Adduktion hergestellt werden. Das Erreichen der Achsausrichtung in dieser Ebene wird durch einen deutlichen Anstieg des Drehmoments um die Hochachse signalisiert. Die gleiche Prozedur wird für einen AP-Kontakt mit Ante-/Recurvatum-Rotation ausgeführt. Mit leichter Kontaktkraft werden anschließend die Segmente solange distrahiert, bis die Frakturzone erreicht ist. Im Frakturspalt wird schließlich ebenfalls mit leichter Kontaktkraft solange um die Längsachse rotiert, bis eine Position erreicht ist, in der die Fraktursegmente die geringste Distraktion aufweisen.

Die erreichten Repositionsparameter werden über ein 3D-Tracking-System bestimmt, welches bereits vor Frakturierung befestigt und initialisiert wird, sodass das intakte Femur als Referenz dient.

Ergebnisse

Die Ergebnisse unserer ersten Tests zeigen, dass Frakturen der AO-Klassifikationstypen A2 und A3 auf diese Weise zuverlässig röntgenfrei reponiert werden können. Quantifizierbare Messungen der Reponiergenauigkeit mit dem zuvor beschriebenen Trackingsystem sind für die nächsten Monate geplant. Für die Reposition komplexerer Frakturtypen A1 und B muss die bislang verwendete Reponierstrategie erweitert werden, bzw. sind genauere Informationen über den Bruchverlauf erforderlich. Diese können aus Röntgenaufnahmen oder CT-Daten gewonnen werden. Bei C-Frakturtypen kann Kraftmomentensensorik sicher keine Reposition erzielen sondern nur als Schutzfunktion vor zu großen Kontakt- bzw. Distraktionskräften dienen.

Schlussfolgerungen

Kraftmomentensensorik kann in der (semi-)automatisierten Frakturreposition, z.B. durch einen Roboter, wertvolle Informationen liefern, die zu einer Reduzierung der intraoperativen Strahlenbelastung beitragen. Ob eine rein Kraft-/Momenten basierte Reposition sinnvoll und machbar sein wird, müssen zukünftige Untersuchungen zeigen. Ein kombinierter Einsatz mit automatisierter Röntgenbildverarbeitung bzw. CT-Analyse ist denkbar.