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Neue Justiervorrichtung für die fluoro-basierte Navigation komplexer Imhäuserosteotomien am proximalen Femur
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Authors
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R. Burgkart
- TU München, Klinikum rechts der Isar, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, München, Germany
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H. Gottschling
- Technische Universität München, Informatik IX, Garching, Germany
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M. Roth
- Technische Universität München, Informatik IX, Garching, Germany
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A. Schweikard
- Universität zu Lübeck, Institut für Robotik und Kognitive Systeme, Lübeck, Germany
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R. Gradinger
- TU München, Klinikum rechts der Isar, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, München, Germany
| Published: | October 9, 2007 |
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Einleitung: Bei Patienten – z.B. mit ausgeprägtem Femurkopfepiphysenabrutsch bei Epiphysiolysis capitis femoris – sind dreidimensionale (3D) Korrekturosteotomien (OT) des proximalen Femur – bekannt als Imhäuserosteotomie – weiterhin therapeutisch sehr relevant. Operationstechnisch stellen diese Verfahren große Herausforderungen wegen der
(1) Komplexität der präzisen 3D OP-Planung mit 5 - 6 Freiheitsgraden (DOF) und – als zweiter Schritt – dessen
(2) exakte operative Umsetzung dar. Ziel des Projektes war diese beiden Hauptprobleme zu minimieren mittels der Entwicklung einer neuen Navigationstechnik mit einer manuellen Justiervorrichtung zum präzisen intraoperativen Transfer der virtuellen 3D Planung in den Patienten-Situs.
Methodik: Nach Implementierung eines geometriebasierten Planungsmoduls an nur 2, verschieden angulierten C-Bogen-Fluoroaufnahmen des proximalen Femurs für die inverse Konstruktion des 3D Femurkopfes, der Hals- und Schaftachse entwickelten wir eine Präzisions-6DOF-Justiervorrichtung, um 3 rotatorische und 3 translatorische OT-Korrekturwerte mittels eines patientenspezifischen, intraoperativ konstruierten Schablonensystems zu übertragen. Für die Navigation wurde ein passiv-optisches System mit Polariskamera, einem C-Bogenkalibrationskit und neu entwickelter PC-basierter Software verwendet. Für die invitro Evaluation wurden komplexe 3D OT an 10 Sawbone-Femora durchgeführt (n=5 Osteotomie und Klebstofffixation (OK), n=2 Osteotomie und 90°Winkelplattenfixation (OW)). Zur Messung der Genauigkeit wurden die Daten der virtuellen Planung mit den realen Ergebnissen nach OT mittels prä- und postoperativ hochaufgelösten CT-Daten verglichen.
Ergebnisse: Die mittlere Abweichung zwischen dem geplanten und dem realen Ergebnis für die Summe der 3 rotatorischen und 3 translatorischen DOF war für die OK-Gruppe 0,52° (± 0,43 SD) respektive 0,83mm (± 0,62 SD) vs. die OW-Gruppe mit 1,67° (± 1,09 SD) respektive 1,38mm (± 0,90 SD). Dabei führte die zusätzliche Herausforderung der intraossären Klingenpositionierung in der OW-Gruppe zu signifikant höheren rotatorischen und translatorischen Abweichungen vs. der OK-Gruppe mit p<0.05. Aber gemessen an den klinischen Anforderungen war auch die OW-Gruppe sehr präzise und keine Klingenperforation an Hals oder Kopf trat auf. Der Planungsprozeß sowie die operative Umsetzung waren praktikabel und zeiteffizient.
Diskussion: Mit der neuen Justiervorrichtung konnte eine sehr große Genauigkeit verwirklicht werden. Ohne das Standard-OP-Verfahren zu verändern kann diese unterstützende Methode von großer klinischer Bedeutung werden, um die Planung (inklusive Femorkopf-Offset, Torsion, Beinlänge u.a.) und die operative Realisierung dieser komplexen Operationen zu verbessern. Zusätzlich ermöglicht diese Technik den Einsatz des C-Bogens auf 2 (+2 zur Enddokumentation) Röntgenbilder für das ganze Verfahren zu minimieren. Als nächster Schritt muss das Vorgehen in vivo klinisch untersucht werden.
