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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie, 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

25. - 28.10.2011, Berlin

Dreidimensionale Formenanalyse der Kniegelenksanatomie in der klinischen Anwendung

Meeting Abstract

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  • H. Kohlhof - Universitätsklinik Inselspital, Departement für Orthopädische und Traumatologische Chirurgie, Bern, Switzerland
  • S. Kohl - Universitätsklinik Inselspital, Departement für Orthopädische und Traumatologische Chirurgie, Bern, Switzerland
  • H. Noser - AO Research Institute, Human Morphology Service Center, Davos Platz, Switzerland
  • S. Eggli - Klinik Sonnenhof, Bern, Switzerland

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 25.-28.10.2011. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2011. DocPO18-1547

DOI: 10.3205/11dkou654, URN: urn:nbn:de:0183-11dkou6548

Published: October 18, 2011

© 2011 Kohlhof et al.
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Fragestellung: Ziel dieses Projektes ist die Erstellung eines dreidimensionalen anatomischen Kniegelenk-Modells basierend auf einer MRI-Datenbank. Mit Hilfe dieser Datenbank sollen folgend Fragen beantwortet werden:

1.
Dreidimensionale Variabilitäsdarstellung der anatomischen Strukturen des Kniegelenks,
2.
Ermittlung der anatomischen Dichteverteilung, Struktur und Variabilität des Knorpels,
3.
anatomisch exakte Darstellung der Oberflächen des Kniegelenks,
4.
Überprüfung der aktuellen handelsüblichen Implantate auf Passgenauigkeit und funktionelle Defizite gegenüber der realen Kniegelenksanatomie,
5.
Neuentwicklung anatomischer Prothesendesigns.

Methodik: Zehn MRI Datensätze wurden im Rahmen auf je 2 Moden (pd Protonen Dichte; t2 Standard Protokoll) segmentiert. Beide Moden eines Kniedatensatzes wurden ungefähr gleich zugeschnitten, auf gleiche isotrope Voxelgrössen (0.3 mm) neu abgetastet und aufeinander registriert. Knochen wurden dann im t2-Datensatz und die Menisken im pd-Datensatz manuell segmentiert. Anschliessend wurden triangulierte Oberflächen erzeugt und in Geomagic so nachbearbeitet, dass reguläre Flächen ohne Löcher und Dreiecks-überschneidungen resultierten. Da bei der Mittelwertbildung nur die Menisken und die cranialen Knorpelflächen von Interesse sind, wurden diese Bestandteile aus den 3D Modellen als eigenständige. Von allen Knorpelmodellen des Tibia-Plateau wurden die cranialen Flächen von Hand extrahiert. Für die weitere Verwendung der Mittelwerte ist nur dieser Teil (ROI region of interest) relevant. Dieser Arbeitsschritt wurde in Geomagic durchgeführt. Neben den Knorpelflächen wurden auch die entsprechenden medialen und lateralen Menisken separiert. Die Mittelung der 3D Modelle wurde in Geomagic mit der Methode „Average Polygon Objects“ durchgeführt. Der durchschnittliche Fehler (Average Error) ist als Colormap dargestellt. Man sieht deutlich, dass je nach medialer oder lateraler Ausrichtung, die entsprechenden Flächen kleinere Streuungen haben als die entgegengesetzten Flächen (Abbildung 1 [Abb. 1]).

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die vorliegende Arbeit beschreibt eine Methode zur Mittelung der kranialen lateralen und medialen Knorpelflächen des Tibia-Plateaus und der entsprechenden Menisken. Die Methode wurde an zehn Kniemodellen entwickelt und getestet. Bei der vorliegenden Arbeit waren vor Allem die mittleren Regionen der kranialen lateralen und medialen Knorpelflächen im Hinblick auf potentielle Implantat-Entwicklungen von Interesse. Die Resultate sind vielversprechend und bestätigen die Annahme, aus speziellen MRI Datensätzen des Kniegelenks anatomisch exakte 3 dimensionale Rekonstruktionen zu berechnen. Ausgehend von diesen exakten Rekonstruktionen könne anatomische Formen für die Endoprothetik abgeleitet, überprüft und/oder entwickelt werden.