S 02/10: 3-D-Anatomie

"Dreidimensionale Anatomie im Endstadium degenerativer Hüftgelenkserkrankungen"

Morphologische und Biomechanische Analyse von CT- und Röntgenaufnahmen und Implikationen für präoperative Planung und Implantatdesign

Dr. med. Christian Merle, Orthopädische Universitätsklinik, Abteilung Orthopädie und Unfallchirurgie, Heidelberg

(abgeschlossen 08/2012)


Hintergrund
In der Endoprothetik des Hüftgelenkes wird der Erfolg der Operation maßgeblich von der Passgenauigkeit des Implantates und der gleichzeitigen Wiederherstellung einer physiologischen Gelenkbiomechanik bestimmt. Eine akkurate und zuverlässige Planung der Operation ist daher essentiell, insbesondere vor dem Hintergrund einer zunehmenden Popularität von modularen Implantatsystemen und Kurzschaftprothesen. Die meisten etablierten Implantate sind jedoch in ihren Optionen die Gelenkgeometrie während der Operation zu adjustieren limitiert. Weiterhin sind die Variabilität der Kanalform des proximalen Femur und der Zusammenhang zwischen Kanalform und Gelenkgeometrie bei Patienten mit Hüftgelenksarthrose (Coxarthrose) nur unzureichend untersucht.
Die Ziele dieser Studie waren daher (1) die präoperative Planung zu optimieren und (2) die individuelle anatomische Variabilität des Hüftgelenkes bei Patienten mit Hüftgelenksarthrose zu bestimmen.
Patienten und Methoden
In Kooperation mit der University of Oxford, UK (Prof. D.W. Murray, Dr. H.S. Gill) wurde ein standardisiertes, softwarebasiertes Auswertungsverfahren zur zwei- (2D) und dreidimensionalen (3D) Messung geometrischer Parameter (Femorales Offset (FO), CCD-Winkel (NSA), femorale Anteversion (FA), acetabuläre Anteversion (AA) und Inklination (AI)) auf korrespondierenden Röntgen- und CT-Aufnahmen etabliert und validiert. Basierend auf einer repräsentativen Studienkohorte von 345 Patienten mit Coxarthrose wurden Vermessungen des proximalen Femur durchgeführt. Zur quantitativen Beurteilung der Variation der Kanalform des proximalen Femur wurde ein Active Shape Model (ASM) etabliert, welches 96% der anatomischen Variabilität des proximalen Femur beschreibt.

Ergebnisse
(1) Es konnte gezeigt werden, dass standardisierte AP Hüftaufnahmen im Gegensatz zu Beckenübersichtsaufnahmen eine akkurate und zuverlässige Projektion der Gelenkgeometire und Kanalform des proximalen Femur im Vergleich zu 3D CT Daten ermöglichen. Weiterhin wurden prädiktive Korrekturfaktoren berechnet, die eine geschlechtsspezifische Vorhersage von 3D Parametern aus 2D Messungen ermöglichen. Die Evaluation der 3D nativen Anatomie des Acetabulums und des proximalen Femur mit Referenz zur empfohlenen Implantatposition („safe zones“) konnte zeigen, dass die native Anatomie für die Anteversion des Acetabulums und Femurs eine adäquate knöcherne Referenzmarke darstellt. Im Gegensatz dazu wies die acetabuläre Inklination sowie die kombinierte Anteversion eine große individuelle Variabilität auf.
Die genannten Ergebnisse sind insbesondere für die präoperative Planung und intraoperatibe Positionierung des Hüftgelenkersatzes von klinischer Relevanz.

(2) Active Shape Modelling erwies sich als geeignete Methode um spezifische Assoziationen von Kanalform und geometrischen Parametern des proximalen Femur zu erfassen. Es wurden 10 unabhängige Formvarianten des proximalen Femur identifiziert, denen jeweils eine spezifische Konfiguration der Gelenkgeometire zu Grunde liegt. Die vorliegenden Daten erlauben eine umfassende Klassifikation der anatomischen Variabilität des proximalen Femur bei Patienten mit Coxarthrose.

Schlussfolgerungen
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie unterstützenden Operateure in der präoperativen Wahl und intraoperativen Positionierung eines geeigneten Implantatsystems. Die empfohlene Röntgentechnik reduziert projektionsbedingte Fehleinschätzungen der nativen Anatomie, ist kosteneffizient, einfach durchzuführen und ermöglicht eine akkurate und zuverlässige Messung der Gelenkgeometrie und Kanalform ohne zusätzliche CT Aufnahmen.
Die vorliegende Studie liefert weiterhin relevante Daten für die Entwicklung zukünftiger Implantatsysteme, welche die die Passgenauigkeit des Implantates und die Rekonstruktion einer individuellen Patientenanatomie verbessern, um Komplikationen wie Implantatlockerung, Abrieb, Hinken und Beinlängenunterschiede zu reduzieren und das funktionelle Ergebnis nach Implantation einer Hüftgelenkstotalendoprothese optimieren.


Publikationen:
C. Merle, W. Waldstein, E. Pegg, M. R. Streit, T. Gotterbarm, P. R. Aldinger, D. W. Murray, H. S. Gill

Femoral Offset is underestimated on anteroposterior radiographs of the pelvis but accurately assessed on anteroposterior radiographs of the hip
The Journal of Bone and Joint Surgery Vol. 94-B, No. 4, April 2012
www.bjj. boneandjoint.org.uk

C. Merle, W. Waldstein, E.C. Pegg, M. R. Streit, T. Gotterbarm, P. R. Aldinger, D. W. Murray, H. S. Gill
Prediction of three-dimensional femoral offset from AP pelvis radiographs in primary hip osteoarthritis
European Journal of Radiology 2013
www.ejradiology.com/article/S0720-048X(13)00134-4/abstract

Christian Merle, Wenzel Waldstein, Jennifer S. Gregory, Simon R. Goodyear, Richard M. Aspden, Peter R. Aldinger, David W. Murray, Harinderjit S. Gill Proximal femoral canal shape is more accurately assessed on AP hip radiographs than AP pelvis radiographs in primary hip osteoarthritis
Hip Int 2013; 23 (5); 484-491 DOI: 10.5301/hipint.5000040
www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?cmd=search&term=23813170

Christian Merle, MD, MSc, George Grammatopoulos, MD, Wenzel Waldstein, MD, Elise Pegg, PhD, Hemant Pandit, MBBS (Bombay), MS (Orth), DNB (Orth), FRCS (Orth), DPhil, Peter R. Aldinger, MD, PhD, Harinderjit S. Gill, BEng, DPhil, and David W. Murray, MA, MD, FRCS (Orth)
Comparison of Native Anatomy with Recommended Safe Component Orientation in Total Hip Arthroplasty for Primary Osteoarthritis
The Journal of Joint and Bone Surgery, 2013; 95:e172(1-7), DOI.org/10.2106/JBJS.L.01014
www.jbjs.org/article.aspx?articleid=1766459

C. Merle, W. Waldstein, J. S. Gregory, S. R. Goodyear, R. M. Aspden, P. R. Aldinger, D. W. Murray, H. S. Gill
How Many Different Types of Femora are There in Primary Hip Osteoarthritis? An Active Shape Modeling Study
Journal of Orthopaedic Research, Onlinelibrary.Wiley.com/DOI/10.1002
www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jor.22518/abstract