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Fragestellung: Wesentlich Vorraussetzung für eine gute postoperative Stabilität und Funktion des künstlichen Hüftgelenks ist eine optimale, dreidimensionale Positionierung der Prothesenkomponenten. Anschlagsphänomene zwischen knöchernen Strukturen (knöchernes Impingement) oder zwischen Prothesenschaft und -pfanne (periprosthetisches Impingement) führen dabei zu erhöhtem Abrieb, vorzeitigem Komponentenverschleiß und frühzeitigen Revisionsoperationen. Die computergestützte Implantation von Hüft-Totalendoprothesen (HTEP) mit Hilfe von bildfreien Navigationssystemen bietet dem Operateur bislang eine intraoperative Messung der Pfannenposition, Schaftantetorsion sowie der Veränderung von Beinlänge und Offset. In der vorliegenden Studie erfolgte die Entwicklung und Evaluation eines neuartigen, dreidimensionalen Kollisions-Detektionsalgorithmus, der mit Hilfe der bildfreien Navigationstechnologie eine intraoperative Kontrolle knöcherner und periprothethischer Impingementphänomene in Echtzeit erlaubt.

Methodik: An 7 humanen Leichenpräperaten (14 Hüftgelenke) wurden über perkutane Stichinzisionen Referenzmarken (fiducial landmarks) im Bereich des Beckens und des Oberschenkels angebracht und anschließend eine native Becken-Oberschenkel Computertomographie (CT) durchgeführt. Anschließend erfolgte in Seitlage über einen anterioren (modifizierten Smith-Peterson) Zugang die bildfrei navigationsgestützte Implantation zementfreier HTEP (Corailschaft; Pinnacle Pfanne, DePuy, Warsaw, USA) und eine erneute CT Untersuchung. Zur Auswertung wurden prä- und postoperative CT Bilddatensätze segmentiert und mit Hilfe einer speziellen Analysesoftware (HipStorageViewer, BrainLAB Feldkirchen, Deutschland) und den sichtbaren fiducial landmarks eine bildbasierte, dreidimensionale knöcherne und periprothetische Kollisions-Detektion durchgeführt. Der dabei ermittelte, dreidimensional-impingementfreie Bewegungsumfang der HTEP wurde daraufhin mit dem intraoperativ bildfrei registrierten, virtuellen Knochenmodell verglichen und Abweichungen sämtlicher Bewegungsrichtungen mit deskriptiven Methoden analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Abweichungen zwischen der navigationsbasierten, bildfreien Kollisions-Detektion eines knöchernen und/oder periprothethischen Impingement betragen im Vergleich mit der CT-basierten Referenzmessung im dreidimensionalen Goldstanddardmodell durchschnittlich weniger als 3.3°. Zusammenfassend zeigen sich im Haupt-Fokusbereich der Impingement-Detektion durchschnittliche Differenzen zwischen CT basierter und navigationsbasierter Auswertung von 2.1°±3.1° bei Flexion, 3.3°±5.5° bei Außenrotation und 1.6°±3.7° bei Innenrotation. Der vorgestellte, bildfreie dreidimensionalen Kollisions-Detektionsalgorithmus erlaubt somit zukünftig die intraoperative Erkennung knöcherner und periprothethischer Impingementphänomene bei der navigationsgestützen Implantation von Hüft-Totalendoprothesen.

Die Studiengruppe wird gefördert vom Bundesminsterium für Forschung und Bildung, Förderkennzeichen 01EZ 0915