Präzisionsanalyse fluoroskopisch navigierter Zielbohrungen am Hüftkopf

Zusammenfassung

Studienziel: Die zielgenaue Bohrung im Knochen ist häufiger Bestandteil orthopädischer Operationen. In welchem Maße durch fluoroskopische Navigation verlässlich eine erhöhte Präzision erwartet werden kann, muss analysiert werden. Methode: Im standardisierten Versuchsaufbau wurde am Knochenmodell eine 5 mm-Gipskugel mittels getrennt navigierter Bohrhülse und Bohrmaschine angebohrt. In der Gruppe A wurde die Distanz der Bohrerspitze vom Zentrum der Kugel und in der Gruppe B zusätzlich die Abweichung von einer vorgegebenen Richtung im 3D-CT-Modell und im makroskopischen Querschnitt analysiert und vermessen. Ergebnisse: Die mittlere Entfernung der Bohrerspitze vom Zielpunkt betrug in der Gruppe A 1 mm, wobei die ermittelten Werte zwischen 0 und 2,5 mm streuten. Die Bohrungen in Gruppe B wichen zwischen 0 ° und 7 ° von der Planung ab, der Zielpunkt wurde aber im Mittel um nur 2,5 mm und maximal um 3,5 mm verfehlt. Die Positionsangaben des Navigationssystems deckten sich mit den makroskopischen und computertomographischen 3D-Befunden mit einer Streubreite von 4 ° und 2 mm. Schlussfolgerung: Die fluoroskopische Freihand-Navigation der Zielbohrung im Knochen gewährleistet eine hohe Genauigkeit, bei minimaler Strahlenbelastung. Das Verfahren zeichnet sich durch dreidimensionale Präzision aus und bietet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in der Orthopädischen Chirurgie.

Abstract

Aim: Many orthopaedic procedures require an accurate drilling in bone. The outcome is frequently dependent on the geometric accuracy of this surgical step. The precision of such a procedure can be improved with the help of fluoroscopic navigation. Reliability, accuracy and benefit of this new method for the patient, as well as for the surgical staff, need to be analysed. Method: In a standardised in vitro trial, the drilling of a 5 mm spherical lesion implanted in an artificial femoral head was performed using a navigated drill-guide and a navigated drill. In groups A and B, the distance of the tip of the drill to the center of the lesion was analysed in a 3D CT-generated model and in macroscopic cross section. Additionally, in group B the actual direction of the drill canal was measured. Results: The mean distance in group A was measured to be 1 mm, with all results ranging between 0 and 2.5 mm. In group B the planned direction of the canal was reproduced with a deviation of 0 ° to 7 °, the target only being missed by a mean distance of 2.5 mm and a maximum of 3.5 mm. Compared to the macroscopic and 3D-CT findings, the correlation of the data calculated by the navigation system was accurate up to a difference of 4 ° or 2 mm. Conclusion: The fluoroscopically assisted freehand navigation used during the drilling of bone led to a high accuracy of three-dimensional tip placement while reducing radiation exposure to a minimum. It represents a promising and efficient application for a variety of procedures in orthopaedic surgery.

Schlüsselwörter

Fluoroskopie - Navigation - Präzisionsanalyse - Computer-assistierte Chirurgie - Hüftkopf - C-Bogen - 3D - DISOS - FluoroNav - Stealth-Station

Key words

Fluoroscopy - navigation - accuracy analysis - computer-assisted surgery - femoral head - C-arm - 3D - DISOS - Fluoro Nav - StealthStation

Literatur

• 1 Hofstetter R, Slomcykowski M, Sati M, Nolte L P. Fluoroscopy as an imaging means for computer-assisted surgical navigation.  Comput Aided Surg. 1999;  4 65-76
• 2 Foley K T, Rampersaud Y R, Simon D A. Virtual Fluoroscopy.  Operative Technique in Orthopedics. 2000;  10 77-81
• 3 Ohe T, Nakamura K, Matsushita T, Nishiki M, Watanabe N, Matsumoto K. Stereo fluoroscopy-assisted distal interlocking of intramedullary nails.  J Orthop Trauma. 1997;  11 300-303
• 4 Brack C H, Burgkart R, Roth M, Schweikard A. Accurate X-ray Navigation in Computer-Assisted Orthopaedic Surgery. Tokyo, Japan; Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS) 1998 June 24th - 27th
• 5 Van Tiggelen R. Since 1895, orthopaedic surgery needs X-ray imaging: a historical overview from discovery to computed tomography.  JBR-BTR. 2001;  84 204-213
• 6 Norris B L, Hahn D H, Bosse M J, Kellam J F, Sims S H. Intraoperative fluoroscopy to evaluate fracture reduction and hardware placement during acetabular surgery.  J Orthop Trauma. 1999;  13 414-417
• 7 Hüfner T, Pohlemann T, Tarte S, Gansslen A, Citak M SM, Bazak N, Culemann U, Nolte L P, Krettek C. Computer-assisted fracture reduction: novel method for analysis of accuracy.  Comput Aided Surg. 2001;  6 153-159
• 8 Jenny J Y, Boeri C. Navigiert implantierte Knietotalendoprothesen - Eine Vergleichsstudie zum konventionellen Instrumentarium.  Z Orthop. 2001;  139 117-119
• 9 Mielke R K, Clemens U, Jens J H, Kershally S. Navigation in der Knieendoprothetik - vorläufige klinische Erfahrungen und prospektiv vergleichende Studie gegenüber konventioneller Implantationstechnik.  Z Orthop. 2001;  139 109-116
• 10 Bernsmann K, Langlotz U, Ansari B, Wiese M. Computerassistierte navigierte Platzierung von verschiedenen Pfannentypen in der Hüftendoprothetik - eine randomisierte kontrollierte Studie.  Z Orthop. 2001;  139 512-517
• 11 Guezic A, Wu K, Kalvin A, Williamson B, Kazanzides P, Van Vorhis R. Providing visual information to validate 2-D to 3-D registration.  Med Image Anal. 2000;  4 357-374
• 12 DiGioia A M, Jaramaz B, Blackwell M, Simon D A, Morgan F, Moody J E, Nikou C, Colgan B D, Aston C A, Labarca R S, Kischell E, Kanade T. The Otto Aufranc Award. Image guided navigation system to measure intraoperatively acetabular implant alignment.  Clin Orthop. 1998;  355 8-22
• 13 Yao J, Taylor R H, Goldberg R P, Kumar R, Bzostek A, Van Vorhis R, Kazanzides P, Gueziec A. A C-arm fluoroscopy guided progressive cut refinement strategy using a surgical robot.  Comput Aided Surg. 2000;  5 373-390
• 14 Grützner P A, Rose E, Vock B, Holz F, Nolte L P, Wentzensen A. Computer-assistierte perkutane Verschraubung des hinteren Beckenrings.  Unfallchirurg. 2002;  105 254-260
• 15 Nolte L P, Slomoczykowski M A, Berlemann U, Strauss M J, Hofstetter R, Schlenzka D, Laine T, Lund T. A new approach to computer-aided spine surgery: fluoroscopic based surgical navigation.  Eur Spine J. 2000;  9 (11) 78-88
• 16 Arand M, Schempf M, Kinzl L, Fleiter T, Pless D, Gebhard F. Präzision standardisierter Iso-C-Arm-basierter navigierter Bohrungen am proximalen Femur.  Unfallchirurg. 2001;  104 1150-1156
• 17 Gautier E, Bachler R, Heini P F, Nolte L P. Accuracy of computer-guided screw fixation of the sacroiliac joint.  Clin Orthop. 2001;  393 310-317
• 18 Loder R T. Unstable slipped capital femoral epiphysis.  J Pediatr Orthop. 2001;  21 694-699
• 19 Schnieders M J, Dave S B, Morrow D E, Heiner A D, Pedersen D R, Brown T D. Assessing the accuracy of a prototype drill guide for fibular graft placement in femoral head necrosis.  Iowa Orthop J. 1997;  17 58-63
• 20 Burgkart R, Hipp J, Eichbichler A. Osteoidosteom - Minimal invasive Exstirpation.  Sporttraumatologie. 1998;  14 129-131
• 21 Bernsmann K, Rosenthal A, Sati M, Ansari B, Wiese M. Anwendung eines CAS-Systems in der Arthroskopischen Kreuzbandchirurgie - Adaption und Applikation in der klinischen Praxis.  Z Orthop. 2001;  139 346-351
• 22 Wirtz C, Zilkens K W, Adam G, Niethard F U. MRT-kontrollierte Ergebnisse nach Core Decompression des Hüftkopfes bei aseptischer Osteonekrose und transientem Marködem.  Z Orthop. 1998;  136 138-146
• 23 Ganter M, Reichelt A. Die Osteochondrosis dissecans des Humeruskopfes.  Z Orthop. 1996;  134 73-75
• 24 Rader C P, Gomille T, Eggert-Durst M, Hendrich C, Eulert J. Ergebnisse der Hüftkopfbohrung bei der Hüftknopfnekrose des Erwachesenen - 4 bis 18 Jahre Verlaufskontrolle.  Z Orthop. 1997;  135 494-498
• 25 Lindner N J, Scarborough M, Ciccarelli J M, Enneking W F. Die CT-gesteuerte Thermokoagulation des Osteoidosteoms im Vergleich zu traditionellen Verfahren.  Z Orthop. 1997;  135 522-527
• 26 Hinsche A F, Giannoudis P V, Smith R M. Fluoroscopy-based multiplanar image guidance for insertion of sacroiliac screws.  Clin Orthop. 2002;  395 135-144
• 27 Gebhard F, Kinzl L, Arand M. Grenzen der CT-basierten Computernavigation an der Wirbelsäule.  Unfallchirurg. 2000;  3 696-701
• 28 Nolte L P, Zamorano L J, Jiang Z, Wang Q, Langlotz F, Berlemann U. Image-guided insertion of transpedicular screws. A laboratory set-up.  Spine. 1995;  20 497-500
• 29 Merloz P, Tonetti J, Eid A, Faure C, Lavallee S, Troccaz J, Sautot P, Hamadeh A, Cinquin P. Computer assisted spine surgery.  Clin Orthop. 1997;  337 86-96
• 30 Börner M, Bauer A, Lahmer A. Rechnerunterstützter Robotereinsatz in der Hüftendoprothetik.  Der Orthopäde. 1997;  26 251-257
• 31 Browbank I, Bouazza-Marouf K, Schnabler J. Robotic assisted internal fixation of hip fractures: a fluoroscopy-based intraoperative registration technique.  J Eng Med. 2000;  214 165-179