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Fragestellung: Die 3D-gestützte Operationsplanung und Anpassung patientenspezifischer Implantate hält immer mehr Einzug in die Orthopädie und Unfallchirurgie. Softwaregesteuerte 3D-Knochenmodelle der unteren Extremität erlauben, verglichen mit konventionellen Röntgenbildern, eine simultane Erfassung der Beingeometrie in allen räumlichen Ebenen, wodurch positions-, rotations- und projektions-bedingte Fehler vermieden werden. Jedoch liegt im Gegensatz zur etablierten und standardisierten Analyse der Beingeometrie anhand der Röntgen-Ganzbeinstandaufnahme bisher kein standardisiertes validiertes Protokoll zur Analyse der Beingeometrie an 3D-Knochenmodellen der Beine vor.

Methodik: Mit Hilfe bisheriger Veröffentlichungen zur knöchernen 2D- und 3D-Beingeometrie wurden 24 knöcherne Landmarken am 3D-Knochenmodell zur Beschreibung eines 3D-Malalignment-Tests definiert. Dünnschicht-CT-Datensätze der unteren Extremitäten von 3 Patienten waren die Grundlage der erstellten 3D-Knochenmodelle mit der Software Mimics 14.0 (Materialise Inc., Leuven, Belgium). Drei Untersucher mit unterschiedlichem Erfahrungsgrad führten nach Einführung in die Punktedefinitionen einen 3D-Malalignment-Test mithilfe eines python-basierter Programmcode innerhalb der 3D-Bearbeitungssoftware Geomagic Studio 2014 (3D Systems, Morrisville, NC) zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten durch. Die Intra- und Inter-Observer-Variabilität der Landmarken und der Intraklassenkorrelationskoeffizient (ICC) der erhobenen Achsabweichungen und Gelenkwinkel dienten zur Quantifizierung der Testgüte.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Intra- und Inter-Observer-Variabilität zeigt sich insgesamt gering mit einer mittleren Abweichung bei allen Landmarken unter 5mm (0 - 11 mm). Maximalabweichungen zeigen sich vor allem bei den medial/lateral distalsten Punkten des Femurs und bei der Definition des medialen und lateralen Malleolus. Der ICC aller Gelenkwinkel und Achsabweichungen ist größer 0,8 mit Ausnahme der tibialen Torsion (ICC = 0,69). Die mechanischen kniegelenksnahen Winkel (mLDFW, MPTW, HKA frontal und sagittal) und mechanischen Achsabweichungen (MAD gesamt, frontal und sagittal) zeigen alle eine hohe Intraklassenkorrelation (ICC > 0,95).

Mit Hilfe der gewählten Punktdefinitionen kann ein Malalignment-Test mit geringer Intra- und Inter-Observer-Variabilität unabhängig vom Erfahrungsgrad des Untersuchers durchgeführt werden. Vor allem die in der Defomitäten- und Kniegelenkschirurgie relevanten Gelenkwinkel und Achsabweichungen zeigen eine hohe Korrelation zwischen den Untersuchern. Wenige Landmarken weisen jedoch stärkere Abweichungen auf, was nur im Falle der tibialen Torsion zu relevant unterschiedlichen Winkelbestimmungen führte. Eine weitere Optimierung des Verfahrens kann durch detailliertere Definition und automatisierte geometrische Bestimmung dieser Punkte erfolgen.

Mit Hilfe der beschriebenen Methode kann erstmalig eine standardisierte 3D-Analyse der Beingeometrie erfolgen und als Grundlage für weitere operative Planungsschritte dienen.