gms | German Medical Science

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
74. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
96. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
51. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

26. - 29.10.2010, Berlin

Gradienten-Registrierung: Der Schlüssel zur non-invasiven, iDRB-freien, robotischen Manipulation in der Frakturreposition?

Meeting Abstract

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

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 74. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 96. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 51. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 26.-29.10.2010. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2010. DocEF17-555

DOI: 10.3205/10dkou056, URN: urn:nbn:de:0183-10dkou0560

Published: October 21, 2010

© 2010 Oszwald et al.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.en). You are free: to Share – to copy, distribute and transmit the work, provided the original author and source are credited.


Outline

Text

Fragestellung: Welchen Vorteil bietet die robotische Frakturreposition außer der gezielten Fragment-Manipulation, der Möglichkeit einer Bahnplanung zur weichteilschonenden Reposition und der rigiden Retention bis zur definitiven Positionierung des Implantates? Um das Ziel einer geringeren Invasivität und letztendlich eines insgesamt schonenderen Eingriffs zu erreichen, haben wir eine Methode entwickelt, mit dem Roboter eine non-invasive Manipulation und Reposition einer Femurfraktur durchzuführen, ohne dass die Platzierung von invasiven DRBs (iDRB) zum Fragment-tracking oder die invasive Fixierung des Roboterarmes erforderlich wurde.

Methodik: Untersucht wurden vier 4 humane Vollpräparate mit insg. 7 nutzbaren unteren Extremitäten. Ein isozentrisches Flouroskop (Siemens, Iso-C-3D) aquirierte den DICOM 3D Datensatz der Frakturregion. Nach der 3D Datenquise wird das Flouroskop zum Updaten der Realität eingesetzt. Proximal war die Y-DRB (niDRB) mit einem Headband befestigt. Eine speziell angefertigte Halterung des Roboters (mit DRB versehen) ergriff im Kniegelenkbereich den distalen Anteil und ermöglichte Manipulationen des distalen Fragmentes. Das Tracking erfolgte durch ein optisches Navigationssystem (Brainlab). Als Aktor wurde die serielle Kinematik Stäubli RX 90c eingesetzt. Der Informationsfluss wurde über ein simples Ethernet sichergestellt. Die Software der Robotersteuerung von Grund auf neu angelegt. Das Konzept der Registrierung basiert auf dem Abgleich von Bildmetadaten. Sowohl vom 3D Oberflächenmodell als auch vom jeweiligen Update-Flouroskopbild wurde ein Gradientenbild abgeleitet und dann über die Hough-Transformation miteinander abgeglichen (registriert). Die Skalierung wurde durch die Abstände der Silouetten-Gradienten festgelegt und somit auch die jeweilige Position in der Z-Ebene bestimmt. Der jeweilige Korrekturvektor (x,y,z) konnte bestimmt werden und in die Berechnung der jeweilig aktuellen Aktion einfließen. Der Prozess wurde sowohl für das proximale als auch für das distale Fragment angewendet. Das für den Patienten charakteristische Relativ-Verhalten zwischen niDRB und Fragment war nach wenigen Updates als Muster festzustellen. So konnten die Abstände der Update-Bilder verlängert werden und die Reposition akkurat durchgeführt werden (telemanipulierte, Force-Feedback gesteuerte, 3D visualisierte robotische Frakturreposition). Die Überprüfung der Repositionsgenauigkeit wurde mit konventionellen, jedoch abnehmbaren, iDRBs vorgenommen.

(Abbildung 1 [Abb. 1])

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Kontrollmessung, in der die tatsächliche Relativposition der Fragmente mit der Idealposition verglichen wurde zeigte eine mittlere translatorische Abweichung von 2 mm. Die rotatorische Abweichung betrug im Mittel <7°. In der klinischen Beurteilung kann hier ein korrektes Repositionziel genannt werden. Eine weitere Überprüfung der Methode mit einer größeren Anzahl von (frischen) Präparaten bietet sich an, da sie hohes Potential in sich birgt, eine robotische Anwendung in der Frakturversorgung zu ermöglichen.