title: Individuelle, digitale Prothesenplanung an Knie- und Hüftgelenk
title: An individual, digital system based prosthetic planning of the knee and hip joints
Creators: name: Arabin, Felix
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2018
Subjects: Digitale Prothesenplanung, Reverenzsystem Röntgenbild
Endoprothetik
Prothesenplanung, Endoprothetik
Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit

description: 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.
description: 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.