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Titel:Individuelle, digitale Prothesenplanung an Knie- und Hüftgelenk
Autor:Arabin, Felix
Weitere Beteiligte: Kienapfel, Heino (Prof. Dr.)
Veröffentlicht:2018
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2018/0004
DOI: https://doi.org/10.17192/z2018.0004
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2018-00048
DDC: Medizin
Publikationsdatum:2018-01-08
Lizenz:https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0

Dokument

Schlagwörter:
Prothesenplanung, Endoprothetik, Endoprothetik, Reverenzsystem Röntgenbild, Digitale Prothesenplanung

Zusammenfassung:
Totalendoprothetische Eingriffe an Knie- und Hüftgelenk sind in Deutschland etab-lierte Verfahren und routinemäßige Eingriffe. Die hohe Anzahl der jährlich durchgeführten Operationen dieser Art zeigt, wie wichtig die stetige Kontrolle und Verbesse-rung der mit diesem Eingriff verbundenen Vorbereitung ist. Die präoperative Prothesenplanung ist dabei ein essentieller Bestandteil, um die Rate an Komplikatio-nen so gering wie möglich zu halten. Vor allem durch die Digitalisierung der medi-zinischen Röntgendiagnostik hat sich das Vorgehen bei der Planung weiterentwi-ckelt. Zum Ausgleich der Strahlendivergenz wurde ein auf einem Referenzkörper (RK) basierendes digitales System entwickelt, das einen für jede Röntgenaufnahme spezifischen Vergrößerungsfaktor (VF) erstellt. Dieses System löste die schablonenbasierte, analoge Planung ab, die auf definierten Faktoren basierte. Ziel unsere Studie war es, beide Planungsverfahren hinsichtlich der Planungsgenauigkeit zu vergleichen, um Stärken und Schwächen zu beleuchten. Außerdem sollten Verbesserungen und Präzisierungen der Planung untersucht werden. Dazu führ-ten wir eine Röntgenversuchsreihe durch, in der die Auswirkungen einer Fehlplatzierung des RK im Mittelpunkt standen. Anschließend wurden retrospektiv personenbezogene Daten und präoperative Röntgenaufnahmen von 300 Patienten ge-sammelt, die zwischen Oktober 2010 und September 2011 in der Klinik für Spezielle Orthopädische Chirurgie und Unfallchirurgie des Auguste-Viktoria-Klinikums Berlin eine Knie- (n = 150) oder Hüftgelenksendoprothese (n = 150) erhielten. Die Aufnahmen nutzten wir dabei zur jeweiligen Bestimmung des VF, des Hüftpfannendurchmessers und des Durchmessers der tibialen Gelenkfläche am Kniegelenk. Für den Vergleich zur analogen Planung berechneten wir, welche Durchmesser mit den in der analogen Planung verwendeten starren VF von 107,5%, 110%, 115%, 118% und 120% gemessen worden wären. Abgesehen von der verwendeten Technik zeigte sich, dass auch der Röntgenaufbau und die dabei verwendeten Abstände (Fokus zu Detektor und Objekt zu Detektor) in Bezug auf den VF eine Rolle spielen können. Der Vorteil der referenzkörperbasierten Planung, veränderte Abstände ausgleichen zu können, kommt aufgrund der kleineren Röntgenabstände eher bei Beckenübersichtsaufnahmen zum Tragen. Unsere Röntgenversuchsreihe zeigte eine höhere Fehleranfälligkeit hinsichtlich der Platzie-rung des RK am Hüftgelenk. Gerade im Fall der Beckenübersichtsaufnahme ist die genaue Lage des RK im Verhältnis zum Hüftgelenkzentrum schwer zu eruieren, was leichter zu Fehlplatzierungen führen kann. Eine Fehlplatzierung kann bei einer vertikalen Verschiebung von 3 cm bereits zu einem Planungsfehler von nahezu +/- einer Prothesengröße (+/-1,8 mm) führen. Im Falle des Kniegelenkes müsste es aufgrund veränderter Röntgenabstände zu einer vertikalen Fehlplatzierung von 10 cm kommen, um einen Planungsfehler von einer Prothesengröße (+/-3,0 mm) zu erreichen. Unsere Daten der Patienten mit Behandlung am Hüftgelenk zeigten eine Überlegen-heit der digitalen Planung gegenüber der analogen Variante. Der analoge Planungs-faktor von 118% entsprach dabei unserem Mittelwert (MW) zeigte aber im Vergleich schlechtere Ergebnisse, da eine individuelle Anpassung nicht möglich war. Wir empfehlen den Planungsfaktor von 118% zu verwenden, sollte keine digitale Planung möglich sein. In diesem Fall sollten die in dieser Studie verwendeten Röntgenab-stände eingehalten werden. In unserem Aufbau zur Erstellung einer Beckenüber-sichtsaufnahme in a.p. lagen diese Abstände zwischen Fokus und Detektor bei 110 cm und zwischen Tischebene und Detektor bei 7 cm. Anhand der Ganzbeinstandaufnahmen war die Übereinstimmung von Messung und implantierter Prothese unter Verwendung festgelegter analoger Planungsfaktoren größer. Die von uns durchgeführten Messungen des Tibiaplateaus zeigten dabei einen größeren Abstand zu den implantierten Tibiakomponenten, als dies unter Verwendung des fixen Planungsfaktors von 107,5% oder unseres MW von 106,9% der Fall gewesen wäre. Wir empfehlen hier die Verwendung eines festen VF von 106,9%, wenn die Abstände aus unserem Röntgenaufbau genutzt werden (Fokus - Detektor: 270 cm, Tisch-ebene - Detektor: 7 cm). Der VF sollte manuell in der verwendeten Planungssoftware einzustellen sein und würde die aufwendige Positionierung des RK und dessen Ver-messung überflüssig machen. In Einzelfällen mit deutlich erhöhten oder erniedrigten Abständen zwischen Gelenkzentrum und Detektor könnte auf eine RK-basierte Kalibrierung zurückgegriffen werden.

Summary:
Total endoprosthesis surgery of the knee and hip joints are established procedures and routine surgeries in Germany. The high number of annually conducted surgeries is indicative for the importance of continuously monitoring and improving the repertoire of procedures associated with such surgery. In particular, pre-surgery prosthetic templating is an essential factor for minimising the rate of complications. Foremost due to the digitalisation of medical X-ray diagnostics, the approach in the pre-surgery templating stages of the procedure has evolved. A digital system based on a reference object (RK), which determines a specific magnification factor (VF) for each X-ray image was developed to compensate for beam divergence. This system has since replaced template-based, analogue prosthetic planning. The aim of our study was to compare both templating techniques with respect to their accuracy and to illustrate their respective strengths and weaknesses. Further, im-provements and specifications of the templating techniques were evaluated. To this end, we conducted a series of X-ray experiments focusing on the effects of incorrect positioning of the RK. Subsequently the personal details and pre-surgery X-ray im-ages of 300 patients, who received a knee endoprosthesis (n = 150) or a hip endo-prosthesis (n = 150) at the Clinic for Special Orthopaedic and Trauma Surgery of the Auguste-Viktoria-Clinic Berlin between October 2010 and September 2011 were collected retrospectively. The images were used to determine the respective VF, the diameter of the acetabulum and the diameter of the tibial joint surface of the knee. For comparison with analogue templating, we calculated which diameters would have been measured in the analogue technique using the fixed VF of 107.5%, 110%, 115%, 118% and 120%. Irrespective of the applied templating technique, it became apparent that also the X-ray set-up and the resulting distances (i.e. focus area to detector and object to detec-tor distances) may play a role in relation to the VF. The advantage of the RK-based approach, namely to be able to adjust for changed distances, is of greater relevance when taking overview images of the pelvis due to the smaller X-ray distances. Our X-ray series shows an increased propensity for error with respect to the placing of the RK at the hip joint. In particular, when taking overview images of the pelvis the exact position of the RK in relation to the centre of the hip joint is difficult to deter-mine, which, in turn, may favour erroneous placing. Erroneous placing leading to a vertical displacement of 3 cm can already lead to a templating error of almost +/- one prosthetic size (+/-1.8 mm). In case of the knee joint, a vertical displacement of 10 cm would be required to result in a templating error of one prosthetic size (+/-3.0 mm). Our data relating to patients with hip joint treatment show superiority of digital tem-plating versus the analogue technique. The analogue templating factor of 118% cor-responded to our average (MW) but lead to worse results as individual adjustments were not possible. We recommend using the templating factor of 118% if digital templating is not available. In such cases the X-ray distances used in the present study should be adhered to. In our set-up for taking overview images in a.p., the dis-tances were 110 cm between focus and detector and 7 cm between table level and detector. Based on images of the whole leg in a standing position the match of measurement of implanted prosthetics was better when using fixed analogue templating factors. The measurements of the tibia plateau showed a greater distance to the implanted tibia components as it would have been the case using the fixed templating factors of 107.5% or our average of 106.9%. We recommend the use of a fixed VF of 106.9%, if the distances of our X-ray set-up are being used (focus - detector: 270 cm, table level - detector: 7 cm). If it is possible to manually adjust the VF in the templating software, it would make the complicated positioning of the RK and its measurement superfluous. In individual cases with significantly increased or reduced distances be-tween joint centre and detector a RK-based calibration could be reverted to.

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