JOHANNES KEPLER UNIVERSITÄT LINZ Altenberger Straße 69 4040 Linz, Österreich Eingereicht von Alexander Gutsche 01625541
alexgutsche@me.com Angefertigt am
Kepler
Universitätsklinikum Linz Abteilung für Orthopädie und Traumatologie Beurteiler
Univ. Prof. Dr. Tobias Gotterbarm
Mitbetreuung Mag. Dr. Rainer Hochgatterer August 2021
RETROSPEKTIVE STUDIE ZUR PLANUNGSGENAUIGKEIT BEI IMPLANTATION EINER PERSONA-
KNIETOTALENDOPROTHESE
Masterarbeit
zur Erlangung des akademischen Grades
Dr. med. univ.
im Masterstudium
Humanmedizin
EIDESSTATTLICHE ERKLÄRUNG
Ich erkläre an Eides statt, dass ich die vorliegende Masterarbeit selbstständig und ohne fremde Hilfe verfasst, andere als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel nicht benutzt bzw. die wörtlich oder sinngemäß entnommenen Stellen als solche kenntlich gemacht habe.
Die vorliegende Masterarbeit ist mit dem elektronisch übermittelten Textdokument identisch.
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Ort, Datum
______________________
Unterschrift
Anmerkung (Gender-Erklärung):
Im Sinne einer leichteren Lesbarkeit sind manche Begriffe (z.B. Arzt, Ärztin; Patient, Patientin) zum Teil oder gänzlich nur in einer der beiden geschlechtsspezifischen Formulierungen, zumeist der männlichen Form angeführt. Dies impliziert jedoch keinesfalls eine Beschränkung der mit der Begriffsverwendung verknüpften Aussagen auf das angeführte Geschlecht.
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis….………5
Tabellenverzeichnis……….6
Abkürzungsverzeichnis………..……….7
Zusammenfassung………..8
Abstract….……….9
1. Einleitung ... 10
2. Allgemeiner Teil ... 10
2.1. Anatomie und Biomechanik ... 10
2.2. Indikation zum Kniegelenksersatz ... 14
2.3. Historie ... 16
2.4. Prothesentypen ... 17
2.4.1. Unikompartimentaler Oberflächenersatz ... 18
2.4.2. Bikondylärer Oberflächenersatz ... 19
2.4.3. gekoppelte Totalendoprothese ... 19
2.5. Präoperative Planung ... 20
2.5.1. Röntgenplanung ... 20
2.5.1.1. p.a.-Rosenberg-Aufnahme ... 21
2.5.1.2. Knie Lateral-Aufnahme ... 21
2.5.1.3. Patella-Tangentialaufnahme ... 21
2.5.1.4. Ganzbeinstandaufnahme (p.a.) ... 21
2.5.2. Zeichnerische Planung ... 22
2.5.3. Resektionsplanung ... 24
2.5.4. Inzisionsplanung ... 25
2.6. Operation ... 25
2.6.1. Operationsablauf ... 25
2.6.2. Komplikationen ... 28
3. Zielsetzung ... 29
4. Material und Methoden ... 29
4.1. Grundlage der Arbeit ... 29
4.2. Studienzeitraum und Patientenkollektiv ... 30
4.3. Studiendesign ... 30
4.4. Datenerfassung ... 31
4.5. Radiologische Auswertung ... 31
4.6. Statistik ... 33
5. Ergebnis ... 33
5.1. Patientenkollektiv ... 33
5.2. Planungs- und Implantationsgenauigkeit ... 35
5.2.1. Komponentengrößen ... 35
5.2.2. Ausrichtungsgenauigkeit ... 37
5.3. Einflussfaktoren auf die Planungs- und Implantationsgenauigkeit ... 41
5.3.1. Einfluss des Erfahrungsniveaus auf die Planungs- und Implantationsgenauigkeit ... 41
5.3.2. Einfluss des BMI auf die Planungs- und Implantationsgenauigkeit ... 43
5.3.3. Einfluss des Alters auf die Planungs- und Implantationsgenauigkeit ... 47
5.3.4. Zusammenhang BMI und Alter bei Implantation ... 49
5.3.5. Einfluss des Geschlechts auf die Planungs- und Implantationsgenauigkeit ... 50
6. Diskussion ... 53
7. Fazit ... 58
Literaturverzeichnis……….…..………60
Anhang...64
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Kniegelenk a) von vorne b) von hinten (SCHÜNKE ET AL. 2014: 442) ... 11
Abbildung 2: mechanische Achse des Beins a) physiologische Achsverhältnisse b) Genu Valgum c) Genu Varum (PAULSEN U WASCHKE 2020). ... 13
Abbildung 3: links: Röntgenaufnahme einer Walldius-Prothese (WALLDIUS 1957); rechts: Shiers- Prothese (SHIERS 1954) ... 16
Abbildung 4: Prothesentypen a: unikondylärer Oberflächenersatz; b: bikondyläre Prothese; b1: ungekoppelt; b2: teilgekoppelt; c: gekoppelte achsgeführte Totalendoprothese (KOHN U.RUPP 1999) ... 18
Abbildung 5: Röntgenaufnahmen Kniegelenk links) p.a.-Rosenberg mitte) lateral rechts) tangential (JEROSCH ET AL. 2015: 108 f.) ... 20
Abbildung 6: Beinachsen und Gelenkwinkel der unteren Extremität in der Frontalebene a) Anatomische Längsachsen und anatomische Gelenkwinkel b) mechanische Beinachsen und mechanische Gelenkwinkel. Weitere Beschreibung in Tabelle 1. (WINKER 2011: 787) ... 23
Abbildung 7: links) Entfernung des Führungsstabs nach Ausrichtung der Valgus- Ausrichtungslehre und Resektionslehre am Femur rechts) Ausrichtung der Resektionslehre an der Tibia (ZIMMER 2020) ... 26
Abbildung 8: links) 4-in-1-Schnittblock am Femur rechts) Einsetzen der Komponenten (ZIMMER 2020) ... 27
Abbildung 9: Planungsaufnahme mit mediCADÒ Classic links) präoperative Planung rechts) postoperativ ... 32
Abbildung 10: Kreisdiagramme - Gegenüberstellung der Genauigkeit der Komponentengrößen ... 37
Abbildung 11: Histogramm des postoperativen MAD ... 40
Abbildung 12: Größenabweichung nach BMI ... 44
Abbildung 13: Ausrichtungsgenauigkeit nach BMI ... 45
Abbildung 14: postoperative Beinachse nach BMI ... 46
Abbildung 15: Größenabweichung nach Alter ... 47
Abbildung 16: Ausrichtungsgenauigkeit nach Alter ... 48
Abbildung 17: postoperative Beinachse nach Alter ... 49
Abbildung 20: Zusammenhang zwischen dem Alter und dem BMI ... 50
Abbildung 18: Größenabweichung nach Geschlecht ... 51
Abbildung 19: Ausrichtungsgenauigkeit und postoperative Beinachse nach Geschlecht ... 52
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Gelenkwinkel des physiologischen Kniegelenks (WINKER 2011: 787;PIETSCH U
HOFMANN 2006) ... 23
Tabelle 2: Patientenkollektiv für die statische Auswertung ... 30
Tabelle 3: Datenerfassung ... 31
Tabelle 4: WHO-Gewichtsklassifikation ... 34
Tabelle 5: präoperative Beinachsenverhältnisse anhand des MAD ... 34
Tabelle 6: Abweichung der Tibiakomponentengöße ... 35
Tabelle 7: Abweichung der Femurkomponentengröße ... 36
Tabelle 8: Abweichung des mLDFW ... 38
Tabelle 9: Abweichung des mMPTW ... 38
Tabelle 10: postoperative Beinachsenverhältnisse anhand des MAD ... 39
Tabelle 11: Abweichung Tibiakomponentengröße nach Erfahrungsniveau ... 41
Tabelle 12: Abweichung Femurkomponentengröße nach Erfahrungsniveau ... 41
Tabelle 13: Ausrichtung des mLDFW nach Erfahrungsniveau ... 42
Tabelle 14: Ausrichtung des mMPTW nach Erfahrungsniveau ... 42
Tabelle 15: postoperative Beinachse nach Erfahrungsniveau ... 43
Abkürzungsverzeichnis
Abb. Abbildung
aFTW anatomischer femoro-tibialer Winkel Art. Articulatio
BMI Body-Mass-Index
FKT Femurkondylentangente
KTEP Knietotalendoprothese
Lig. Ligamentum
Ligg. Ligamenta
M. Musculus
MAD Mechanical Axis Deviation (dt. mechanische Achsabweichung) mLDFW mechanischer lateraler distaler Femurwinkel
mMPTW mechanischer medialer proximaler Tibiawinkel
p.a. posterior-anterior
SD Standard Deviation (dt. Standardabweichung)
SGT Sprunggelenkstangente
Tab. Tabelle
TPT Tibiaplateautangente
WHO World Health Organization (dt. Weltgesundheitsorganisation)
Zusammenfassung
Hintergrund und Ziele: Die präoperative Planung ist von wesentlicher Bedeutung, um optimale Ergebnisse im Hinblick auf die Implantatgröße und -ausrichtung zu erreichen. Ziel dieser Arbeit ist die Genauigkeit der digitalen Planung und Implantation einer Persona®- Knietotalendoprothese am Kepler Universitätsklinikum Linz herauszufinden. Außerdem sollen mögliche Einflussfaktoren (Erfahrungsniveau des Operateurs, Body-Mass-Index, Geschlecht und Alter) untersucht werden.
Methodik: In dieser retrospektiven Studie wurden alle Patienten, denen im Zeitraum vom 01.01.2018 bis zum 31.12.2018 eine Persona®-Knietotalendoprothese implantiert wurde, untersucht. Zur Analyse wurden Arztbriefe, Anästhesieprotokolle, Operationsprotokolle und Röntgenaufnahmen aus den Krankenhausakten sowie die Planungssoftware mediCAD® Classic V6.0 verwendet. Die statistische Signifikanzprüfung erfolgte mittels T-Test, Mann-Whitney-U- Test und Kruskal-Wallis-Test.
Ergebnisse: Das Auswertungskollektiv umfasste insgesamt 331 Patienten. Es wurden 109 (32,9%) männliche und 222 (67,1%) weibliche Patienten untersucht. Das Durchschnittsalter zum Operationszeitpunkt betrug 70,0 Jahre (Minimum 37 Jahre; Maximum 91 Jahre; SD 9,4 Jahre).
Im Hinblick auf die Planungsgenauigkeit der Komponentengröße haben sich Unterschiede zwischen Femur- und Tibiakomponente herausgestellt. Während die Tibiakomponente sehr genau geplant wurde (93,4%), gab es bei der Femurkomponente weniger Übereinstimmungen (55,7%).
Die Ausrichtungsgenauigkeit wurde anhand des mechanischen medialen proximalen Tibiawinkels (mMPTW) und des mechanisch lateralen distalen Femurwinkels (mLDFW) gemessen. Es zeigten sich vergleichbare Resultate (mMPTW: 89,5%; mLDFW: 81,3%). Die Planungs- und Implantationsgenauigkeit ist in Bezug auf die Ausrichtung ausreichend genau.
Bei den Einflussfaktoren zeigte sich, dass das Erfahrungsniveau einen Einfluss auf die Ausrichtungsgenauigkeit hat. Ärzte mit größerer Erfahrung erreichen genauere Winkel. Ebenso zeigte sich beim Body-Mass-Index (BMI) eine negative Korrelation zwischen Ausrichtungsgenauigkeit und erhöhtem BMI. Außerdem konnten Unterschiede zwischen den Geschlechtern im Hinblick auf die Genauigkeit festgestellt werden. Das Alter war jedoch kein relevanter Einflussfaktor.
Schlussfolgerung: Die Planung ist ein essentieller Bestandteil bei der Implantation einer Knietotalendoprothese. Das Ziel ist es, eine möglichst hohe Genauigkeit zu erreichen, um postoperative Komplikationen zu minimieren und ein optimales Ressourcenmanagment zu erreichen. Zur Verbesserung künftiger Planungen und Operationen könnten zum Beispiel Demographie-basierte Modelle und roboterassistierte Navigation eingesetzt werden.
Abstract
Background: Preoperative planning is substantial in order to reach optimal results in terms of size of implant and alignment. The aim of this study is to find out the accuracy in planning and implantation of the Persona® total knee arthroplasty at the “Kepler Universitätsklinikum” Linz.
Moreover, other potential factors of influence (physicians’ experience, body mass index, gender, age) should be investigated.
Methods: This retrospective study contains all patients, who received a Persona® total knee arthroplasty from 01.01.2018 to 31.12.2018. For the analysis physicians’ documentations, intra- operative records, X-rays, as well as reports of the anesthetists and the planning-tool medCAD®
Classic V6.0 were used. The statistical analysis is based on the T-Test, Mann-Whitney-U-Test and the Kruskal-Wallis-Test.
Results: The collective comprised 331 patients. 109 (32,9%) were male and 222 (67,1%) were female. The mean age was 70,0 years (minimum 37 years; maximum 91 years, SD 9,4 years).
Concerning the planning accuracy of the component size, there were to be found differences between the femoral and tibial component. While the tibial component size was very accurate (93,4%), the accuracy of the femoral component size was significantly lower (55,7%).
The component alignment is determined by the mechanical medial proximal tibial angle (mMPTW) and the mechanical lateral distal femoral angle (mLDFW). There were comparable results concerning those angles (mMPTW: 89,5%; mLDFW: 81,3%). All in all, the planning accuracy of the alignment is given.
With regard to the factors of influence, it has become obvious that the physicians’ experience has an effect on the accuracy of alignment. Physicians with higher experience are more accurate. In addition to that, the body mass index had a significant impact on the alignment: The higher the BMI, the lower the accuracy. Moreover, a difference between male and female patients was detected. The age seems to be no factor of influence.
Conclusion: Preoperative planning is an essential part in the process of implanting total knee arthroplasties. It is the intention to reach a maximum of accuracy in order to minimize post- operative complications and to allocate capabilities optimally. Beside the implementation of models containing demographical data, the use of robotic-assisted navigation can be a way to improve the accuracy.
1. Einleitung
In Folge des demographischen Wandels nimmt der Anteil der älteren Bevölkerung und der damit verbundenen Krankheiten, wie zum Beispiel Gelenksarthrose, stetig zu. Dementsprechend steigt auch der Therapiebedarf in Form von Gelenksersatzoperationen stetig. Die Zahl der implantierten Knietotalendoprothesen hat sich zwischen 1991 und 2010 mehr als verdoppelt (CRAM ET AL. 2012). In Österreich erhalten 217 von 100.000 (Deutschland 206/100.000) Einwohnern ein neues Kniegelenk (OECD 2014). Neben der gesundheitlichen Belastung ist auch die volkswirtschaftliche Belastung von Bedeutung. In Deutschland liegen die Kosten für Implantationen von Knieendoprothesen zwischen 1,0 und 1,3 Milliarden Euro jährlich (BARMER
GEK 2010). Die Kosten einer Prothese sind ungleich höher, wenn es zu Komplikationen beziehungsweise Revisionseingriffen kommt (BARMER GEK2010). Mit der steigenden Anzahl an Eingriffen ist auch die Zahl von Revisionseingriffen angestiegen (CRAM ET AL. 2012).
Zur Erzielung eines optimalen Ergebnisses ist die Planung ein essentieller Bestandteil der Implantation einer Knietotalendoprothese. Ein optimales Resultat wird dann erreicht, wenn die passende Größe in der richtigen Ausrichtung implantiert wird. Außerdem müssen individuelle Gegebenheiten (zum Beispiel die Gelenksstabilität) mit einbezogen werden.
Ziel dieser Arbeit ist es, die Genauigkeit der Planung und Implantation einer Personaâ- Knietotalendoprothese am Kepler Universitätsklinikum Linz herauszufinden. Dazu wird die präoperative Planung mit der Umsetzung in Bezug auf die Prothesengröße und Ausrichtung verglichen. Außerdem werden mögliche Einflussfaktoren (Erfahrungsniveau des Operateurs, Body-Mass-Index, Alter, Geschlecht) untersucht. Am Ende soll aufgezeigt werden, ob und wo es etwaigen Verbesserungsbedarf gibt und es soll diskutiert werden welche Möglichkeiten zur Optimierung bestehen.
2. Allgemeiner Teil
2.1. Anatomie und Biomechanik
Das Kniegelenk (lat. Articulatio Genus) ist das größte Gelenk des menschlichen Körpers und verbindet den Oberschenkel mit dem Unterschenkel. Auf diesem lastet nicht nur das Gewicht des gesamten Körpers, sondern es stellt auch eine Verbindung der beiden längsten Hebelarme des Skeletts dar. Dadurch und durch die Inkongruenz der Gelenkkörper ist es besonders anfällig für Verletzungen und degenerative Erkrankungen (AUMÜLLER ET AL.2014: 362).
Das Kniegelenk ist ein zusammengesetztes Gelenk, welches aus dem Femoropatellargelenk (lat. Art. Femoropatellaris) und dem Femorotibialgelenk (lat. Art. Femorotibialis) besteht.
Im Femoropatellargelenk artikulieren Femur und Patella. Die Patella dient als Hebel des Musculus quadriceps femoris und vergrößert so dessen Drehmoment. Dadurch ergibt sich hier
die stärkste Belastung des gesamten Kniegelenks. Bei Kniebeugung können so Kraftwerte von bis zu 3000 Newton erreicht werden (HUBERTI ET AL. 1984). Außerdem schützt sie die Femurkondylen von ventral (JEROSCH ET AL. 2015: 10-14).
Das Femorotibialgelenk wird von Femur und Tibia gebildet. Das Femur bildet mit den spiralig gekrümmten Kondylen den proximalen Teil (Abb.1). Die Tibia stellt mit der eher konkaven medialen Pfanne und den leicht konvexen lateralen Pfanne den distalen Teil des Kniegelenks dar (Abb. 1; AUMÜLLER ET AL. 2014: 364).
Abbildung 1: Kniegelenk a) von vorne b) von hinten (SCHÜNKE ET AL. 2014: 442)
Funktionell handelt es sich um ein Drehscharniergelenk (lat. Trichoginglymus), was neben der Flexion und Extension auch eine Rotation ermöglicht (AUMÜLLER ET AL.2014: 364). Zusätzlich ist in geringem Maße auch eine Valgus- beziehungsweise Varusbewegung (Abduktion/ Adduktion) möglich. Neben diesen drei Rotationsbewegungen sind auch noch drei Translationsbewegungen möglich: eine Kompression, ein medialer oder lateraler Shift (dt. Verschiebung) und eine vordere beziehungsweise hintere Schublade. So ergeben sich insgesamt sechs Freiheitsgrade/
Bewegungsrichtungen (JAKOB U SCHÄUBLI 1990: 31-48).
Das Ausmaß an Bewegungsmöglichkeiten und Krafteinwirkung bei gleichzeitig recht geringer Knochenführung benötigt ein starkes Stabilisationssystem. Dieses wird durch die Gelenkkapsel, Bänder, Muskulatur und Sehnen gebildet. Während die Muskulatur vor allem für die willkürliche
Stabilisation verantwortlich ist, stellt der Kapsel-Band-Apparat den passiven Teil dar (JEROSCH ET AL. 2015: 6/ SCHÜNKE ET AL. 2014: 444).
Zum Ausgleich der Inkongruenz der Gelenkflächen und damit zur Druckverteilung liegen die beiden Menisci (Medialis und Lateralis) auf der Tibia. (SCHÜNKE ET AL. 2014: 449)
Die Kollateralbänder (Lig. collaterale tibiale und Lig. collaterale fibulare) verhindern in erster Linie die Valgisierung beziehungsweise Varisierung des Kniegelenks. Zusätzlich begrenzen sie die Überstreckung und Rotation der Tibia.
Die zentral gelegenen Kreuzbänder (Lig. Cruciatum anterius und Lig. Cruciatum posterius) verhindern die Ventral- und Dorsalverschiebung, sowie die Überstreckung. Außerdem begrenzen sie die Innenrotation und sind wesentlich in die Roll-Gleit-Bewegung bei Flexion und Extension involviert (siehe unten).
Der hintere Kapsel-Band-Apparat mit den Ligg. Popliteum obliquum und arcuatum wird durch den Ansatz und Ursprung einiger Muskeln verstärkt und verhindert so die Überstreckung und Varisierung und wirkt begrenzend auf die Außenrotation (AUMÜLLER ET AL. 2014: 370).
Das Kniegelenk wird im Wesentlichen durch zwei Muskelgruppen bewegt: die Streckung durch den Musculus quadriceps femoris und die Beugung durch die ischiokrurale Muskulatur (M.
biceps femoris, M. semimembranosus, M. semitendinosus) und den Pes anserinus superficialis (M. sartorius, M. gracilis, M. semimembranosus). Die Rotation wird vor allem durch die Beugemuskulatur und den M. tensor fasciae latae verursacht (SCHÜNKE ET AL. 2014: 488-491;
JEROSCH ET AL. 2015: 25,26).
Der Bewegungsumfang des Knies ergibt sich also neben der Begrenzung durch Muskulatur, Fett- und Bindegewebe auch im Wesentlichen durch den Kapsel-Band-Apparat. Die Flexion und Extension ist lediglich durch Ersteres begrenzt und ergibt nach der Neutral-Null-Methode einen Umfang von 150°/0/0 (Flexion/Extension). Eine Überstreckung (lat. Hyperextension) um 5-10° ist meist nur Frauen und Kindern möglich. Bei maximaler Streckung führt die Anspannung der Kreuzbänder zu einer leichten Außenrotation von 5-10° (Schlussrotation) und trägt damit zur Erhöhung der Stabilität bei.
Die Flexion und Extension verlaufen in der für das Kniegelenk typischen Roll-Gleit-Bewegung mit Schlussrotation der Tibia. Diese Bewegung ergibt sich durch die Form der Femurkondylen und Führung der Kreuzbänder. Dabei rutscht der Kontaktpunkt von Femur und Tibia nach dorsal und ermöglicht so eine starke Flexion ohne, dass es zu einer posterioren Luxation der Kondylen kommt (JEROSCH ET AL.2015: 21).
Die Innen- und Außenrotation des Unterschenkels ist nur bei gebeugtem Knie möglich, da in Extension die Kollateral- und Kreuzbänder eine Drehung verhindern. Nach der Neutral-Null- Methode ist der Bewegungsumfang 10°/0/30° (Innen-/Außenrotation). Begrenzt durch ein Umeinanderwickeln der Kreuzbänder (SCHÜNKE ET AL.2014: 452).
Zu einer signifikanten Varisierung beziehungsweise Valgisierung kommt es nur bei pathologischen Befunden (SCHÜNKE ET AL.2014: 452; AUMÜLLER ET AL. 2014: 377).
Abbildung 2: mechanische Achse des Beins a) physiologische Achsverhältnisse b) Genu Valgum c) Genu Varum (PAULSEN U WASCHKE 2020).
Bei physiologischen Achsenverhältnissen verläuft die mechanische Achse des Beins (Mikulicz- Linie/ Traglinie) durch das Hüftkopfzentrum und die Mitte des Sprunggelenks (Abb. 2a). Diese Achse liegt bei phyiologischem Verlauf 4 +/- 2mm medial des Kniegelenkzentrums (WINKER
2011: 708 f.,787 f.). Dadurch liegt bei normalem Stand (Füße unterhalb der Hüfte) eine optimale gleich-verteilte Gewichtsverteilung vor. In alltäglichen Situationen, wie zum Beispiel Treppensteigen kann fast das 7-fache Körpergewicht auf dem Kniegelenk lasten (KIM ET AL. 1993).
Da der Femurkopf medialer liegt als die Schaftachse, ergibt sich eine Abweichung der anatomischen von der mechanischen Achse und somit auch von der Traglinie. Bei der Tibia stimmt diese überein. So ergibt sich zwischen den anatomischen Achsen des Femurs und der Tibia ein nach außen offener Winkel von ungefähr 173-175° (aFTW: anatomischer femoro-
tibialer Winkel). Das entspricht einer physiologischen Valgusstellung von 5-7° (SCHÜNKE ET AL. 2014: 412; WINKER 2011: 708, 786 f.).
Ein O-Bein (lat. Genu varum; Abb. 2b) liegt vor, wenn die Mikulicz-Linie mehr als 15mm medial des Kniegelenkzentrums verläuft, beziehungsweise der aFTW größer als 175° ist (SCHÜNKE ET AL. 2014: 412). Die Abweichung der Mikulicz-Linie vom Kniegelenkszentrum wird als mechanische Achsabweichung (MAD: engl. mechanical axis deviation) bezeichnet und kann im Röntgenbild gemessen werden. Diese Achsabweichung führt unter anderem zu einer Mehrbelastung des medialen Kompartiments und der lateralen Kapsel-Band-Strukturen inklusive Tractus iliotibialis (SCHÜNKE ET AL. 2014: 412; GALLA U LOBENHOFFER 2007: 21 f.).
Beim X-Bein (lat. Genu valgum; Abb. 2c) verläuft die Mikulicz-Linie mehr als 10mm lateral des Gelenkzentrums und damit der aFTW kleiner als 173° ist. Hier kommt es zu einer Mehrbelastung des lateralen Kompartiments (SCHÜNKE ET AL. 2014: 412; GALLA U LOBENHOFFER
2007: 21 f.).
Mit Hilfe der später noch besprochenen Kniewinkel (siehe Tabelle 1) kann zwischen einer tibialen und femoralen Ursache der Achsabweichung unterschieden werden: Eine Abweichung des mechanischen lateralen distalen Femurwinkels (mLDFW) spricht für eine femorale Pathologie. Wenn der mechanische mediale proximale Tibiawinkel (mMPTW) von der Norm abweicht, besteht eine Pathologie der Tibia (GALLA U LOBENHOFFER 2007: 21 f.).
Aus dem oben Beschriebenen lässt sich schon jetzt erkennen, dass eine genaue Kenntnis über die anatomischen Begebenheiten und die komplexen biomechanischen Bewegungsabläufe für eine Kniegelenksalloplastik benötigt wird.
2.2. Indikation zum Kniegelenksersatz
Der mit Abstand häufigste Grund (>90%) für eine primäre Knietotalendoprothese ist die primäre Arthrose (BECK ET AL. 2019). Sie zeichnet sich durch fortschreitende Degeneration bis hin zu völligem Verlust des Gelenkknopels aus. Infolgedessen können sich Osteophyten bilden und es kommt zur Skleosierung des subchondralen Knochens (BÖCKER ET AL. 2012: 889 f.). Den wichtigsten Risikofaktor stellt das Alter da. Ein weiterer wichtiger Faktor scheint der Body-Mass- Index (BMI) zu sein, da im Jahr 2019 ungefähr die Hälfte aller Knieprothesen bei adipösen Patienten (BMI >30kg/m²) implantiert wurden (GRIMBERG ET AL. 2020). Die Prävalenz von Gonarthrose von 70- bis 74-Jährigen liegt bei 40% (WINKER 2011: 781 f.). Weitere Gründe für eine Knieendoprothese sind unter anderem Osteonekrose, Rheumatoide Arthritis oder eine Fraktur, welche zu sekundärer Arthrose führen (BECK ET AL. 2019).
Das Leitsymptom ist der Knieschmerz und die dazu führende Bewegungseinschränkung des Gelenks. Typisch sind ein Anlaufschmerz und Morgensteifigkeit. In der klinischen Untersuchung können eine Schwellung, Überwärmung und/ oder Druckschmerzen im Bereich des Gelenkspalts und der Patella nachgewiesen werden (WINKER 2011: 782).
Nach den S2k-Leitlinien der deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädischen Chirurgie sollte die Indikation für eine Knieprothese nach folgenden Hauptkriterien gestellt werden:
- Knieschmerzen
- Nachweis eines Strukturschadens (Arthrose, Osteonekrose)
- Versagen konservativer Therapiemaßnahmen und daraus resultierenden Einschränkungen der Lebensqualität und subjektiver Leidensdruck
Die Knieschmerzen sollen mindestens über 3 – 6 Monate mehrfach wöchentlich oder dauerhaft bestehen und nicht mehr auf konservative Therapien ansprechen (LÜTZNER ET AL. 2018; WINKER
2011: 793 f.).
Ein Strukturschaden soll mittels Röntgen nachgewiesen werden und bei einer unter Belastung durchgeführten Aufnahme eine eindeutige Gelenkspaltverschmälerung darstellen (LÜTZNER ET AL. 2018).
Zu den Nebenkriterien zählen unter anderem eine Fehlstellung der Beinachse, eine Einschränkung der Gehstrecke und Instabilität des Kniegelenks. Diese können die Empfehlung verstärken, sind allerdings nicht zwingend notwendig (LÜTZNER ET AL. 2018).
Das Operationsziel einer Knieendoprothese ist die Schmerzreduktion und der Funktionserhalt des Gelenks. Es geht vor allem um eine Wiederherstellung der Traglinie (siehe oben), Stabilität durch den Kapsel-Band-Apparat, bei gleichzeitiger Gewährleistung eines ausreichenden Bewegungsumfangs und dauerhafter Befestigung des Implantats (KOHN U RUPP 2000).
Kontraindikationen
Eine Knieprothese darf nicht eingebaut werden, wenn eine floride Infektion des entsprechenden Kniegelenks vorliegt. Außerdem gehören zu den absolute Kontraindikationen jene, die allgemein gegen einen elektiven Eingriff sprechen, wie zum Beispiel ein Infekt oder ein akutes kardiovaskuläres Ereignis. Zu den relativen Kontraindikationen zählen eine deutlich verkürzte Lebenserwartung aufgrund von Begleiterkrankungen und ein sehr hoher Body-Mass-Index (>40kg/m²) (LÜTZNER ET AL. 2018).
2.3. Historie
Die ersten Versuche ein Kniegelenk zu ersetzen wurden vom Berliner Arzt Themistocles Gluck (1853-1942) im Jahr 1890 durchgeführt. Er ersetzte ein mit Gelenktuberkulose zerstörtes Knie, durch ein Scharniergelenk. Die Prothese bestand aus Elfenbein und wurde mittels Colophonium und Gips im Knochen befestigt. So hat Gluck neben der ersten Knieprothese auch die Knochenzementierung erfunden (WESSINGHAGE 2000).
Mit Beginn der 1940er Jahre wurden verschiedenste gekoppelte Knietotalendoprothesen entwickelt und eingesetzt. Die ersten Modelle zeichneten sich durch lasttragende Achsen aus.
Beispiele hierfür sind die Walldius-Prothese (Abb. 3; WALLDIUS 1957) und die Shiers- Arthroplastik (Abb. 3; SHIERS 1954). Zur Verankerungen wurden lange intramedulläre Schäfte eingesetzt. In der Röntgenaufnahme in Abbildung 3 kann man erkennen, dass die Walldius- Prothese zunächst aus einem Metall- und einem Acrylanteil bestand. Im Gegensatz zu den vorherigen war die Guepar-Prothese (MAZAS U GUEPAR 1973) zementiert. Allerdings kam es bei allen langfristig zu hohe Komplikationsraten durch Infektionen, Materialverschleiß und aseptische Lockerungen (JEROSCH ET AL. 2015: 87 f.). Die Lockerungsrate resultierte neben einer Infektion vor allem aus der unphysiologischen Kinematik der Prothese (KOHN U RUPP
1999).
Abbildung 3: links: Röntgenaufnahme einer Walldius-Prothese (WALLDIUS 1957); rechts: Shiers-Prothese (SHIERS
1954)
Ein weiterer Meilenstein in der Endoprothetik war die Entwicklung des „laminar air flow“- Konzepts durch John Charnley (1911-1982) im Jahre 1964. Dadurch wurde eine weitgehende Keimfreiheit in den Operationssälen erzielt und die Infektionsrate von 7% deutlich reduziert (WESSINGHAGE 2000).
Daneben entwickelte Charnley das „low-friction-Prinzip“ in der Endoprothetik. Er fand heraus, dass der Abrieb bei einer Polyethylen-Metall-Kombination deutlich günstiger ist, als bei reiner Metallverwendung (WESSINGHAGE 2000).
Mit vermehrter Beachtung der Kniekinematik, wurde Ende der 1960er Jahre die Blauth- Scharnierprothese entwickelt. Die Prothese hat verstärkte Verankerungselemente und größere Auflageflächen zur besseren Kraftübertragung und wird in einem, im Vergleich zu den anderen Prothesen, Knochen sparenden Verfahren implantiert. Folglich erfolgt die Kraftübertragung nicht mehr über die Achse, sondern über die Prothesenfläche (JEROSCH ET AL. 2015: 89). Die Femur- und Tibiakomponenten sind über eine Achse gekoppelt (KOHN U RUPP 1999).
Eine Alternative stellte die GSB-Prothese (Gschwend-Scheier-Bahler) dar. Sie ist eine „non- constraint-Scharnierprothese“ mit polyzentrischer Rotationsachse, welche die Last über die Gelenkfläche verteilt (JEROSCH ET AL. 2015: 88 f.). Die Verbindung der Komponenten beruht auf einer Gleitführung mit wandernder Drehachse in Richtung anterior-posterior (KOHN U RUPP
1999). Diese Prothesen konnten erstmals gute Langzeitergebnisse über einen Zeitraum von 20 Jahren präsentieren (JEROSCH ET AL 2015: 87 f.).
Diese Art der gekoppelten Knieprothesen kommt auch heute noch bei insuffizientem Bandapparat, hochgradiger Beuge-Streckspalt-Inkongruenz und Rotationsfehlern zwischen Ober- und Unterschenkel zum Einsatz (KOHN U RUPP 1999; WINKER 2011: 794 f.)
Der erste ungekoppelte bikondyläre Oberflächenersatz im modernen Sinn wurde Ende der 1970er Jahre entwickelt. Die „Total Condylar Prosthesis“ ersetzte die Femurkondylen und das Tibiaplateau mittels vollständig kongruenter Komponenten. Die Kreuzbänder wurden reseziert (KOHN U RUPP 1999).
2.4. Prothesentypen
Wie schon im Kapitel zur Historie besprochen wurde, gibt es verschiedene Ansätze ein Kniegelenk zu ersetzen. Heute kann man Knieendoprothesen in drei Gruppen unterteilen (nach KOHN U RUPP 1999):
1. Unikompartimenteller Oberflächenersatz
a. Unikondylärer Oberflächenersatz (monokondyläre Schlittenprothese) b. Femoropatellarersatz
2. Bi-/trikompartimenteller Oberflächenersatz (kondyläre Prothese, bikondyläre Prothese) a. Ungekoppelt
b. Teilgekoppelt
3. Gekoppelte Totalendoprothese a. Achsgeführt
b. Gleitende Kopplung
Die erste Gruppe lässt sich als Teil-Endoprothese zusammenfassen, weil nur ein Teil der Gelenkfläche ersetzt wird. Die zweite und dritte Gruppe lassen sich als Knietotalendoprothese (KTEP) zusammenfassen, da die gesamte Gelenkfläche durch eine künstliche ersetzt wird.
Abbildung 4: Prothesentypen
a: unikondylärer Oberflächenersatz; b: bikondyläre Prothese; b1: ungekoppelt; b2: teilgekoppelt; c: gekoppelte achsgeführte Totalendoprothese (KOHN U RUPP 1999)
2.4.1. Unikompartimentaler Oberflächenersatz
Bei dem Unikompartimentale Oberflächenersatz kann jedes Kniekompartiment isoliert ersetzt werden, wobei das Mediale am häufigsten betroffen ist. Insgesamt machen die unikondylären Knieprothesen zirka 13 Prozent aller Knieerstimplantationen aus (GRIMBERG ET AL.2020).
Der unikondyläre Oberflächenersatz kommt vor allem bei isolierter Arthrose in einem der femorotibialen Komponenten zum Einsatz. Das heißt, dass die Gegenseite und das Femoropatellargelenk unauffällig sein sollten (WINKER 2011:793).
Die Prothese besteht aus einer Femurkomponente, die als Ersatz der Kondylenoberfläche dient und der Tibiakomponente, die das entsprechende Tibiaplateau ersetzt. Ziel beim Prothesendesign ist eine möglichst große Kontaktfläche, um die Polyethylen-Belastung zu minimieren (KOHN U RUPP 1999).
Bei Vorliegen einer signifikanten Achsfehlstellung von über 10-15°, einer Beugekontraktur über 10° oder gravierender ligamentärer Instabilität ist der Einsatz eines unikondylären Oberflächenersatzes kontraindiziert (WINKER 2011:793).
Die Vorteile gegenüber eines bikondylären Oberflächenersatzes sind ein deutlich geringeres Operationstrauma, geringerer Knochenverlust, der Erhalt der Kreuzbänder und somit erhaltener
Gelenkkinematik und postoperativ eine bessere Beweglichkeit und schnellere Rehabilitation (WINKER 2011:793).
2.4.2. Bikondylärer Oberflächenersatz
Der Bikondyläre Oberflächenersatz macht in Deutschland im Jahr 2019 mit einem Anteil von über 80 Prozent aller Knieerstimplantationen den größten Anteil aus (GRIMBERG ET AL.2020).
Das Prinzip der ungekoppelten bikondylären Prothese ist der Gelenkflächenersatz bei bestehender Stabilisierung und Führung des Kniegelenks durch den Kapsel-Band-Apparat und Geometrie des Prothesendesigns (WINKER 2011: 793 f.; KOHN U RUPP 1999). Teilgekoppelte Prothesen übernehmen zu Teilen die Aufgabe des Kapsel-Band-Apparates durch einen integrierten Zapfen. Der Zapfen soll die dorsale Luxation der Tibia verhindern. Die Anwendung einer posterioren Stabilisierung verzeichnet in den letzten Jahren einen leichten Anstieg (GRIMBERG ET AL. 2020). Bei interkondylär stabilisierenden Prothesen ist der Zapfen noch größer und passt in eine Aussparung der Femurkomponente, sodass auch eine seitliche Führung besteht (KOHN U RUPP 1999).
Das Ziel dieses Designs ist es möglichst eine physiologische Kinematik und optimale Funktion des Kniegelenks zu erreichen. Gleichzeitig wird der Polyethylen-Abrieb und die Scherkräfte an der Knochen-Implantat-Grenze minimiert. Bei der Verankerung kommt bei nahezu allen (94,5%) Knietotalendoprothesen die Zementierung zum Einsatz (GRIMBERG ET AL. 2020).
Beim trikompatimentellen Oberflächenersatz wird neben den Oberflächen des Femoritibialgelenkes auch die Rückfläche der Patella ersetzt (KOHN U RUPP 1999). Der Retropatellarersatz ist in Deutschland jedoch lediglich bei gut 11 Prozent aller Knietotalendoprothesen zum Einsatz gekommen (GRIMBERG ET AL. 2020).
2.4.3. gekoppelte Totalendoprothese
Eine achsgeführte Prothese kommt bei schweren Gonarthrosen mit insuffizienter Bandstabilität, hochgradiger Beuge-Streckspalt-Inkongruenz und/oder einem Rotationsfehler zwischen Ober- und Unterschenkel zum Einsatz. Die gekoppelten Prothesen zeichnen sich durch wandernde Drehachsen, axiale Kraftübertragung über die Gelenkflächen der Prothese und eine sichere Führung bei Varus- oder Valguskräften aus. Außerdem wird sie bei Prothesenwechseln mit Instabilitäten oder ossären Defekten eingesetzt. (WINKER 2011: 794 f.). Sie machen lediglich einen Anteil von gut fünf Prozent aller Knietotalendoprothesen aus (GRIMBERG ET AL.2020).
2.5. Präoperative Planung
Zu der präoperativen Planung gehört zunächst die Diagnostik und Indikationsstellen. Diese umfasst neben der Anamnese und körperlichen Untersuchung vor allem radiologische Untersuchungen mittels Röntgen. Die konkrete Operationsvorbereitung umfasst eine Abschätzung des Operationsrisikos, die Planung des operativen Zugangs, eine Patientenaufklärung und die Operationsplanung mit Hilfe der Röntgenbilder (JEROSCH ET AL. 2015:106f.).
Neben der Komponentenplanung ist die präoperative Alignement-Analyse, der Ausschluss von Knochendefekten und das Ausmaß von Weichteilkontrakturen von hoher Wichtigkeit (KOHN U
RUPP 2000;WHITE U SHARDLOW 2005).
Das Ziel einer präzisen Planung ist die Minimierung von Komplikationen durch die Identifikation potenzieller intra-operativer Probleme und eine möglichst individuelle Implantatauswahl (KNIESEL ET AL.2014; TANZER U MAKHDOM 2016; KOHN U RUPP 2000).
2.5.1. Röntgenplanung
Im Folgenden werde ich mich, bedingt durch das Thema meiner Arbeit auf die bildgebenden Untersuchungen konzentrieren.
Die Standardaufnahmen umfassen die p.a.-Rosenberg-Aufnahme, die laterale Aufnahme des Kniegelenks, die Patella-Tangentialaufnahme und eine Ganzbeinstandaufnahme (JEROSCH ET AL.2015: 109 f.).
Abbildung 5: Röntgenaufnahmen Kniegelenk
links) p.a.-Rosenberg mitte) lateral rechts) tangential (JEROSCH ET AL. 2015: 108 f.)
2.5.1.1. p.a.-Rosenberg-Aufnahme
Die Rosenberg-Aufnahme wird in 30-40° Knieflexion unter Gewichtsbelastung durchgeführt. Der Strahlengang sollte von posterior parallel zum Tibiaplateau eingestellt werden.
Im Vergleich zu einer Aufnahme in voller Extension wird hier der kleinste Gelenkspalt und ein möglicher Knorpelabrieb des lateralen Kompartments dargestellt. Der Normwert der Gelenkspaltbreite beträgt ungefähr 4 mm (Verschmälerung unter 2 mm = ausgeprägter Knorpelschaden). Die Schlussrotation in voller Extension würde diese Darstellung verzerren (JEROSCH ET AL.2015:109 f.; PIETSCH U HOFMANN 2006).
2.5.1.2. Knie Lateral-Aufnahme
Die seitliche Knieaufnahme erfolgt in 30° Beugung. Für eine möglichst gute Beurteilung des Kniegelenks sollten sich die Femurkondylen exakt überlagern. Dadurch ist auch eine Beurteilung der Trochlea femoris (Abb. 1) und gegebenenfalls trochlearen Dysplasie bei Patienten mit Patellainstabilität möglich (PIETSCH U HOFMANN 2006).
Darüber hinaus dient diese Aufnahme unter anderem der Ermittlung der Patellahöhe, von posterioren Osteophyten und dem natürlichen Slope der Tibia (JEROSCH ET AL. 2015: 109 f.). Der posteriore Slope definiert sich als der Winkel zwischen Hinterkante der anterioren Tibiaschaftkortikalis und der Tibiagelenkfläche (PIETSCH U HOFMANN 2006). Das Tibiaplateau fällt also um 3-10° nach dorsal ab (KOHN U RUPP 1999).
2.5.1.3. Patella-Tangentialaufnahme
Die tangentiale Aufnahme wird in 30° Beugung gemacht. Sie dient der Beurteilung des patello- fermoralen Gelenkspalts (TANZER U MAKHDOM 2016).
Neben dem Ausmaß der Retropatellararthrose kann auch die Patellaführung in der Trochlea untersucht werden. Liegt eine Lateralisation oder Subluxation vor, so ist ein lateraler Release indiziert (JEROSCH ET AL. 2015: 110 f.).
2.5.1.4. Ganzbeinstandaufnahme (p.a.)
Die Ganzbeinstandaufnahme erfolgt in Streckung im Stehen. Auf dieser Aufnahme kann man die Achse des Beines und das Ausmaß von Fehlstellungen beurteilen. Daraus können das Weichteilbalancing und der Kopplungsgrad der Prothese abgeleitet werden (JEROSCH ET AL. 2015: 110 f.; KOHN U RUPP 1999). Um Rotationsfehlstellungen zu vermeiden ist es wichtig, auf eine zentrale Position der Patella zu achten (PIETSCH U HOFMANN 2006). Außerdem können mediale und/oder laterale Osteophyten und Knochendefekte beurteilt werden (TANZER U
MAKHDOM 2016). Graden et al. zeigten in ihrer Studie, dass die Beurteilung des mechanischen
Alignments signifikant genauer ist im Vergleich zu einer Standard anterior-posterior Aufnahme (GRADEN ET AL. 2020).
2.5.2. Zeichnerische Planung
Die konkrete digitale Operationsplanung beginnt mit der Einzeichnung der Achsen des Beins.
Dazu wird meistens die Ganzbeinstandaufnahme herangezogen.
Bevor die Einzeichnung beginnt, wird eine kalibrierte Kugel markiert, um die Größenverhältnisse möglichst korrekt darzustellen (KNIESEL ET AL. 2014).
Danach beginnt die eigentliche Messung. Zunächst wird die Traglinie des Beins (= Mikulicz- Linie; mechanische Beinachse) eingezeichnet. Sie verläuft von der Femurkopfmitte bis durch die Mitte des Sprunggelenks. Abweichungen des Kniezentrums von dieser Linie werden als Genu varum (nach medial) oder Genu valgum (nach lateral) bezeichnet (siehe oben).
Des Weiteren werden die anatomischen und mechanischen Achsen von Femur und Tibia einzeln eingezeichnet. Beim Femur verläuft die mechanische Achse vom Hüftkopfzentrum zum Kniegelenkszentrum. Diese bildet mit der anatomischen Achse einen Winkel von 5-7° im Valgussinn (b-Winkel). Bei der Tibia sind die mechanische und anatomische Achse nahezu identisch und verlaufen vom Kniegelenkszentrum zur Sprunggelenksmitte (WINKER 2011: 786 f.). Die Mitte des Sprunggelenks ist in der Mitte des Talus zu markieren (JEROSCH ET AL. 2015:
118).
Als nächstes werden die Tangenten zwischen den Femurkondylen (FKT) (Abb. 6a), vom Tibiaplateau (TPT) (Abb. 6b) und zwischen den Malleolen des Sprunggelenks (SGT) eingezeichnet (WINKER 2011: 787).
Abbildung 6: Beinachsen und Gelenkwinkel der unteren Extremität in der Frontalebene
a) Anatomische Längsachsen und anatomische Gelenkwinkel b) mechanische Beinachsen und mechanische Gelenkwinkel. Weitere Beschreibung in Tabelle 1. (WINKER 2011: 787)
Aus den Achsen und Tangenten ergeben sich die Gelenkwinkel, die für die Resektionsplanung benötigt werden. In Tabelle 1 werden die Gelenkwinkel beschrieben.
Tabelle 1: Gelenkwinkel des physiologischen Kniegelenks (WINKER 2011: 787;PIETSCH U
HOFMANN 2006)
Abkürzung Gelenkwinkel Definition Winkelmaß
aLDFW anatomischer lateraler distaler Femurwinkel
lateraler Winkel zwischen anatomischer Femurachse und FKT
81° ± 2°
aMPTW anatomischer medialer proximaler Tibiawinkel
medialer Winkel zwischen
anatomischer Tibiaachse und TPT
87° ± 3°
aFTW anatomischer femoro- tibialer Winkel
Winkel zwischen anatomischer Femur- und Tibiaachse
173-175°
aLDTW anatomischer lateraler distaler Tibiawinkel
lateraler Winkel zwischen Tibiaachse und SGT
89° ± 3°
mLDFW mechanischer lateraler distaler Femurwinkel
lateraler Winkel zwischen mechanischer Femurachse und FKT
87° ± 3°
mMPTW mechanischer medialer proximaler Tibiawinkel
medialer Winkel zwischen Tibiaachse und TPT
87° ± 3°
mLDTW mechanischer lateraler distaler Tibiawinkel
lateraler Winkel zwischen Tibiaachse und SGT
89° ± 3°
KSW Kniespaltwinkel Winkel zwischen FKT und TPT 0-2°
AMW Anatomisch mechanischer Winkel / b-Winkel
Winkel zwischen mechanischer und anatomischer Femurachse
5-7°
2.5.3. Resektionsplanung
Der Goldstandard bei der Implantation einer KTEP ist die Ausrichtung in neutraler mechanischer Achse (engl. neutral mechanical alignment) ± 3° mit einem mLDFW und mMPTW von 90° (Tab.
1; FANG ET AL. 2009;SKIKORSKI 2008; PIETSCH U HOFMANN 2006). Das entspricht einem Valgus von 7°±1° in Bezug auf die anatomischen Achsen von Femur und Tibia (ALGHAMDI ET AL. 2014).
Diese Ausrichtung führt zu einer ausgeglichenen Lastverteilung der Gelenkfläche. Dadurch wird das Risiko der Implantatabnutzung (engl. implantat wear) und der aseptischen Prothesenlockerung minimiert. Fang et al. zeigten, dass die höchste Lebensdauer bei Prothesen, die in einem Valguswinkel von 2.4°-7.2° implantiert wurden, erreicht werden (FANG ET AL. 2009).
Daraus ergibt sich bei der Planung der femoralen Resektion in Frontalebene ein 90° Winkel in Bezug auf die mechanische Achse des Femurs (mLDFW). Bei intraoperativen Abweichungen kann dieser genutzt werden, um Anpassungen vorzunehmen: 1° Abweichung entspricht annähernd 1mm Abtragung am jeweiligen Femurkondyl (PIETSCH U HOFMANN 2006). Beträgt der mLDFW zum Beispiel 93°, entspricht dies einem varischen Femur. Folglich muss der Korrekturschnitt valgisch sein. Also werden am medialen Femurkondyl 3mm reseziert, um einen mLDFW von 90° zu erreichen.
Das Vorgehen bei der Tibia ist ähnlich. Der mMPTW wird in der Frontalebene in einem 90°
Winkel in Bezug auf die mechanische Achse der Tibia eingezeichnet. Abweichungen werden gleich wie beim Femur gehandhabt (PIETSCH U HOFMANN 2006). Die Resektionsdicke hängt von der Tibiakomponente und der dünnst-möglichen Polyethylenkomponente (Inlay) ab. Typisch sind 10mm in Bezug auf das präarthrotische Tibiaplateau (TANZER U MAKHDOM 2016).
Die seitliche Knieaufnahme dient der Abschätzung des tibialen Slopes in Bezug auf die mechanische Achse. Der Tibiaschnitt in der Sagittalebene ist abhängig von der verwendeten Endoprothese und orientiert sich am Slope oder festen Werten zwischen 5° und 7° (WINKER
2011: 794; JEROSCH ET AL.2015:119;PIETSCH U HOFMANN 2006). Außerdem kann die Höhe des
Eintrittspunkts der intramedullären Ausrichtung des Femurs geplant werden (JEROSCH ET AL. 2015: 120).
2.5.4. Inzisionsplanung
Abschließend wird die Inzision geplant. Bei der Inzision ist auf Narben durch frühere Traumata oder Inzisionen zu achten. Diese können ein Grund für postoperative Probleme wie zum Beispiel einer Wundnekrose oder Infektion sein. Narben mit einer Länge von bis zu 3 cm sind zu vernachlässigen (KOHN U RUPP 2000).
2.6. Operation
2.6.1. Operationsablauf
Bei der Schilderung des Operationsablaufs werde ich mich beispielhaft an die Routine bei der Implantation einer Personaâ-Totalendoprothese (ZIMMER 2020) am Kepler Universitätsklinikum halten.
Die Personaâ ist ein personalisiertes Kniesystem, welches die obere und untere Gelenkfläche (siehe oben: bikondylärer Oberflächenersatz) ersetzt. Moderne Prothesensysteme zeichnen sich durch ihre Modularität aus (KOHN U RUPP 1999). Es kann zwischen unterschiedlichen Komponentengrößen, -formen und Führungsoptionen gewählt werden. (ZIMMER 2020; KOHN U
RUPP 1999).
Die Operation wird typischerweise in Rückenlage mit Lagerung in einer Knieführungsschiene durchgeführt.
Zunächst erfolgt ein medianer Hautschnitt und die Präparation bis zum Streck- und Kapselapparat. Hier erfolgt am häufigsten ein medialer parapatellarer Zugang. Die Arthrotomie (dt. Gelenkeröffnung) verläuft bogenförmig medial um die Patella von zirka 2 cm distal der Tuberositas tibiae bis ungefähr 6 cm proximal der Patella (JEROSCH ET AL. 2015: 125). Alternativ kann auch ein Subvastus- oder lateraler parapatellarer Zugang gewählt werden (ZIMMER 2020;
KOHN U RUPP 2000; WINKER 2011: 794). Letzterer kommt vor allem bei stärkeren Valgusdeformitäten mit ausgedehntem lateralen Weichteilrelease zum Einsatz (KOHN U RUPP
1999).
Danach wird die Patella evertiert. Bei diesem Vorgang ist unbedingt darauf zu achten, dass das Ligamentum patellae intakt bleibt und nicht unter Spannung steht. Ein Abreißen ist eine schwere Komplikation (KOHN U RUPP 2000).
Abbildung 7: links) Entfernung des Führungsstabs nach Ausrichtung der Valgus-Ausrichtungslehre und Resektionslehre am Femur rechts) Ausrichtung der Resektionslehre an der Tibia (ZIMMER 2020)
Nun wird zur Mobilisierung der Patella ein Teil des Hoffa´schen Fettkörpers reseziert. Zu den weiteren Möglichkeiten der Mobilisierung gehört die Durchtrennung aller Vernarbungen und des lateralen patellofemoralen Ligaments und eine Außenrotationsposition der Tibia (KOHN U RUPP
2000). Nach der Mobilisierung kann nun die Patellarückfläche beurteilt werden im Hinblick auf einen Retropatellarersatz.
Es folgt das Freimeißeln der Notch und die Durchtrennung des vorderen und hinteren Kreuzbandes. Außerdem werden die Menisci entfernt.
Danach wird das Femur präpariert und dargestellt. Nun wird an der vorher im Röntgen bestimmten Stelle (siehe oben) eine Bohrung für die intramedulläre Ausrichtung vorgenommen.
Der richtige Eintrittspunkt liegt ungefähr 12 ± 2,7 mm über und 1,5 ± 2 mm medial der femoralen interkondylären Notch (WANGROONGSUB U CHERTAWEESUP 2009). Bei einer starken Krümmung des Femurschafts kann es jedoch schwierig sein, eine eindeutige Achse zu bestimmen, sodass eine extramedulläre Ausrichtung erfolgt. Hier kommt ein Bildwandler zur Prüfung des Ausrichtungsstabs zum Einsatz (KOHN U RUPP 1999).
Am intramedullären Führungsstab können nun die Valgus-Ausrichtungslehre (Einstellung des Valguswinkels) und die Resektionslehre angebracht werden. Nach dem Einführen des Führungsstabs in den Markraum wird der Schnittblock mit zwei unverlierbaren Pins am Femur befestigt.
Nun wird der richtige Valguswinkel und die Resektionstiefe bestimmt. Bei der Achsausrichtung wird sowohl in Frontal- als auch Sagittalebene ein Winkel von 90° zur mechanischen Achse des Femurs angestrebt (siehe oben: mLDFW; WINKER 2011:794). Mit dem b-Winkel, welcher vorher in der Röntgenaufnahme gemessen wurde, kann nun von der anatomischen Achse auf die mechanische Achse des Femurs geschlossen werden und die Ausrichtung erfolgen. Die Resektionstiefe bestimmt die Weite des Streckspalts (KOHN U RUPP 2000). Wenn alles passt,
wird der Führungsstab entfernt und die Resektionslehre mittels weiterer Pins gesichert. Dann folgt der distale Sägeschnitt des Femurs unter Seitenband- und Weichteilschutz.
Danach wir die Tibia dargestellt. Die Positionierung der Ausrichtlehre erfolgt meistens extramedullär, weil die anatomischen Landmarken (Sprunggelenksmitte, Mitte des Tibiaplateaus) gut bestimmt werden können. Es folgt die Einstellung und Befestigung der Tibiaresektionslehre. In der Frontalebene wird ein Winkel von 90° zur Tibiaachse (mMPTW) angestrebt (WINKER 2011: 794: 139 f.; KOHN U RUPP 2000). Die sagittale Einstellung des posterioren Slopes erfolgt patientenindividuell. Ein übermäßiger posteriorer Slope sollte jedoch vermieden werden (ZIMMER 2020). Die Resektionshöhe muss mindestens der Dicke des dünnsten Tibiaimplantats entsprechen (JEROSCH ET AL. 2015: 140). Sie bestimmt die Weite des Beuge- und Streckspaltes (KOHN U RUPP 2000). Zur Überprüfung der Höhen- und Slope- Einstellung kann eine Resektions-Prüflehre durch den Sägeschlitz gesteckt werden (ZIMMER
2020). Nun kann der proximale Tibiasägeschnitt durchgeführt werden.
Durch die Platzierung eines Spacers kann nun der Streckspalt und die Weichteilspannung beurteilt werden. Wenn das Gelenk zu straff ist, kann ein Weichteilrelease durchgeführt werden.
Dabei werden auf der kontrakten Seite die ligamentären Ansätze subperiostal abgehoben. Ziel ist ein gleichgroßer medialer und lateraler Gelenkspalt (KOHN U RUPP 1999).
Abbildung 8: links) 4-in-1-Schnittblock am Femur rechts) Einsetzen der Komponenten (ZIMMER 2020)
Anschließend werden die Femurgröße und Rotationsausrichtung bestimmt. Die Referenzlehre wird auf 3° oder 5° Außenrotation in Relation zur posterioren Kondylenachse eingestellt und die Größenmesslehre platziert. Die Außenrotation dient zur Vermeidung femoropatellarer Probleme (WINKER 2011: 794). Nach erfolgreicher Größenbestimmung wird der 4-in-1-Schnittblock aufgesetzt und der Beugespalt im Hinblick auf die Weichteilbalancierung beurteilt. Danach erfolgen der ventrale Gerad- und Schrägschnitt sowie der dorsale Gerad- und Schrägschnitt unter Seitenband- und Weichteilschutz. Nun wird eine Probekomponente auf dem Femur platziert. Neben dem Covering (dt. Abdeckung) wird auch der Patellalauf in Flexion und Extension beurteilt. Außerdem werden vorhandene Osteophyten entfernt.
Danach wird die Größe der Tibia bestimmt. Die Rotationsausrichtung der Tibiakomponente zielt in Richtung des zweiten Strahls (WINKER 2011: 794). Nach der Entfernung von Tibiaosteophyten kann das Tibiaprobeplateau montiert werden. Auf diesem wird eine Bohrführung befestigt und ein zentrales Loch in das Tibiaplateau gebohrt (ZIMMER 2020).
Anschließend erfolgt die Entfernung der Probekomponenten und eine Jet-Lavage, um die Resektionsfläche und den Gelenkspalt zu waschen.
Im nächsten Schritt werden die endgültigen Komponenten implantiert. Zunächst wird die zementbestrichene Tibiakomponente aufgesetzt und festgeschlagen. Überschüssiger Zement wird gründlich entfernt. Das selbe Procedere wird auch mit der Femurkomponente durchgeführt.
Nach Aushärtung des Zements wird das Inlay auf die Tibia aufgesetzt und festgedrückt (ZIMMER
2020).
Es folgt nochmals eine Prüfung der Beweglichkeit des Gelenks mit anschließendem Wundverschluss.
2.6.2. Komplikationen
Im Rahmen einer Operation besteht immer die Möglichkeit, dass es zu Komplikationen kommt.
Um diese möglichst zu vermeiden, ist operatives Können und Kenntnisse über die anatomischen Strukturen rund um das Kniegelenk von größter Wichtigkeit. Außerdem sollten natürlich die hygienischen Maßnahmen adäquat umgesetzt werden.
Wenn es zu Komplikationen kommt, können diese einen Revisionseingriff nach sich ziehen.
Im Folgenden eine kurze Aufzählung möglicher postoperativer Komplikationen:
- Periprothetische Infektion: Endogene oder exogene Infektionsquellen können zur lokal schwerwiegendste Komplikation beim Gelenksersatz führen. Die Inzidenz liegt bei ungekoppelten Prothesen zwischen 0,5-5% und bei gekoppelten bis zu 16% (WINKER
2011:797;JEROSCH ET AL.2015:288 f.)
- Aseptische Lockerung: Laut dem SIRIS Report 2019 bildet die Komponentenlockerung den größten Anteil für einen Revisionseingriff (20,4% Lockerung der Tibiakomponente;
12,1 % Lockerung der Femurkomponente) (BECK ET AL. 2019)
- Kniegelenkinstabilität: Ursache sind häufig ungenügendes Weichteilrelease oder Malposition der Implantate (WINKER 2011: 796)
- Postoperative Schmerzen: können vielfältige Ursachen haben, zum Beispiel eine Infektion oder Weichgewebeprobleme (JEROSCH ET AL.2015: 288 f.)
- Wundheilungsstörungen: können am besten durch passende Wundrandadaptation vermieden werden (JEROSCH ET AL. 2015: 289 f.)
- Allgemeine Operationsrisiken: wie zum Beispiel Nachblutungen und thrombotische Ereignisse
3. Zielsetzung
Ziel der Studie ist die Genauigkeit der digitalen Planung und Implantation einer Personaâ- Knietotalendoprothese herauszufinden. Dazu wird die präoperative Planung im Ganzbein- Röntgen mit der Umsetzung in Bezug auf die Prothesengröße und Ausrichtung verglichen.
Hypothesen
Primäre Hypothese
Es gibt keinen signifikanten Unterschied im postoperativen Ergebnis zwischen der präoperativen Planung und der tatsächlich implantierten Endoprothese.
1. Nullhypothese
Es gibt einen signifikanten Unterschied im postoperativen Ergebnis zwischen der präoperativen Planung und der tatsächlich implantierten Endoprothese.
Sekundäre Hypothese
Es gibt keinen Unterschied zwischen jungen Operateuren und Senior-Operateuren zwischen der präoperativen Planung und der tatsächlich implantierten Endoprothese.
2. Nullhypothese
Es gibt einen Unterschied zwischen jungen Operateuren und Senior-Operateuren zwischen der präoperativen Planung und der tatsächlich implantierten Endoprothese.
Weitere Fragestellungen
Hat der BMI einen Einfluss auf die Planungsgenauigkeit?
Hat das Alter einen Einfluss auf die Planungsgenauigkeit?
Hat das Geschlecht einen Einfluss auf die Planungsgenauigkeit?
Gibt es einen Zusammenhang zwischen dem BMI und dem Alter bei Implantation einer Knietotalendoprothese?
4. Material und Methoden 4.1. Grundlage der Arbeit
Die Arbeit handelt von der Untersuchung und Auswertung der Daten von Patienten, die eine Personaâ-Totalendoprothese erhalten haben. Zur Analyse wurden Arztbriefe,
Anästhesieprotokolle, Operationsprotokolle und Röntgenaufnahmen aus den Krankenhausakten des Kepler Universitätsklinikums sowie die Planungssoftware mediCADÒ Classic V6.0 verwendet.
4.2. Studienzeitraum und Patientenkollektiv
In der Abteilung für Orthopädie am Kepler Universitätsklinikum Linz wurden im Untersuchungszeitraum vom 1.1.2018 bis zum 31.12.2018 insgesamt 358 Knietotalendoprothesen implantiert.
In die Studie eingeschlossen wurden alle Patienten, denen in diesem Zeitraum eine primäre Personaâ-Totalendoprothese an der Abteilung für Orthopädie am Kepler Universitätsklinikum implantiert wurde.
Jegliche andere Prothesenarten, sowie Revisionsoperationen wurden von der Studie ausgeschlossen. Des Weiteren wurden Patienten mit unvollständigen Daten von der statistischen Auswertung ausgenommen.
In der folgenden Tabelle (Tab. 2) eine Übersicht des Patientenkollektivs und der statistischen Dropouts.
Tabelle 2: Patientenkollektiv für die statische Auswertung
Patientenkollektiv 358
fehlende präoperative Daten Keine/ unvollständige präoperative Planung Sonstige Angaben fehlen (z.B. BMI)
11 1 Postoperative Auswertung
nicht möglich
Keine Skalierkugel
Kein postoperatives Ganzbeinröntgen Röntgen verschattet
6 6 3 Patientenkollektiv für statische
Auswertung
331
Bei den fehlenden präoperativen Daten wurde meist für andere Prothesen (zum Beispiel einen Halbschlitten) geplant. Die Röntgenbilder mit fehlender Skalierkugel konnten nicht ausgemessen werden, weil das mediCAD-Planungsprogramm eine Kugel zur Skalierung des Röntgens erfordert. Die 3 Patienten mit einem verschatteten Röntgenbild konnten nicht ausgewertet werden, weil weder der Hüftkopf (anatomischer Landmark) noch der proximale Teil des Oberschenkels erkennbar waren.
4.3. Studiendesign
Es handelt sich bei dieser Arbeit um eine monozentrische retrospektive Studie.
Als Datenquelle dienen die Patientenakten an der Abteilung für Orthopädie am Kepler Universitätsklinikums vom 1.06.2017 bis 1.12.2020.
4.4. Datenerfassung
Die Datenerfassung erfolgte mit MicrosoftÒ Excel Version 16.46. Die Daten können in vier Gruppen unterteilt werden: Patientencharakteristika, präoperative Planung, operative
Umsetzung und auswertungsbezogene Daten. Die folgende Tabelle (Tab. 3) zeigt auf, welche Daten erfasst wurden.
Tabelle 3: Datenerfassung
Patentencharakteristika Geburtsdatum / Alter Geschlecht
Aufnahmedatum Entlassungsdatum Operationsdatum Diagnose
Körpergröße Körpergewicht BMI
Seite
Präoperative Planung Femurkomponentengröße Tibiakomponentengröße
Datum der Röntgenplanungsaufnahme Winkel: mLPFW, mLDFW, mMPTW, mLDTW Mikulicz-Linie
MAD
Operative Umsetzung Femurkomponentengröße Tibiakomponentengröße
Datum der postoperativen Röntgenaufnahme Winkel: mLPFW, mLDFW, mMPTW, mLDTW Mikulicz-Linie
MAD Operateur
Auswertungsbezogene Daten Differenz Femurkomponentengröße (Plan – Umsetzung) Differenz Tibiakomponentengröße (Plan – Umsetung) Differenz mLDFW (Plan – Umsetzung)
Differenz mMPTW (Plan – Umsetzung)
4.5. Radiologische Auswertung
Die radiologische Auswertung der postoperativen Ganzbeinstandaufnahmen erfolgte mit Hilfe von mediCADÒ Classic V6.0 von der mediCADÒ Hectec GmbH. Dabei handelt es sich um ein Planungsprogramm mit Schnittstelle zum PACS, was eine unproblematische Integration von Röntgenaufnahmen ermöglicht. Neben Knieendoprothesen können auch andere Operationen und Gelenke geplant werden.
Nach der Größenskalierung mittels Skalierkugel wird die Seite festgelegt. Im Folgenden werden die anatomischen Landmarks markiert: Hüftkopf, Trochanter Major, Kniebasis-Femur, Kniebasis- Tibia, Sprunggelenksbasis und die anatomischen Achsen von Femur und Tibia.
Die Kniebasis-Femur ergibt sich als eine Tangente, die durch die untersten Berührungspunkte der Femurkomponente verläuft. Die Kniebasis-Tibia als entsprechende Tangente durch die obersten Punkte der Tibiakomponente. Durch die Markierung der jeweils äußersten Punkte medial und lateral, wird die Mitte dieser Tangente ermittelt.
Das Planungsprogramm zeichnet danach die entsprechenden Achsen und Winkel automatisch ein.
Im präoperativen Setting kann man nun noch die entsprechenden Endoprothesenkomponenten einfügen.
Abbildung 9 ist ein Beispiel für eine Planung inklusive der Einzeichnung der Komponentengrößen und Winkel des Beins, die mit mediCADÒ Classic V6.0 durchgeführt wurde. Auf der linken Seite ist eine präoperative Planung dargestellt. Das rechte Bild zeigt ein Röntgen nach der Implantation inklusive der Einzeichnung der Achsen und Winkel.
Abbildung 9: Planungsaufnahme mit mediCADÒ Classic links) präoperative Planung rechts) postoperativ
4.6. Statistik
Die Datenerfassung erfolgte mit MicrosoftÒ Excel für Mac.
Die Auswertung erfolgt mittels MicrosoftÒ Excel für Mac und IBM SPSS Version 1.0.0.1508. Für numerische Daten werden Mittelwerte und Standardabweichungen mittels Excel berechnet.
Kategorische Daten werden als absolute und relative Häufigkeiten angegeben.
Die Fallzahlschätzung dieser Arbeit basierte auf den oben beschriebenen Einschlusskriterien.
Es wurden alle relevanten Daten von Patienten, die innerhalb des Zeitraums vom 1.1.2018 bis 31.12.2018 eine Personaâ-Knietotalendoprothese am Kepler Universitätsklinikum auf der Abteilung für Orthopädie erhalten haben, analysiert.
Die statistische Signifikanzprüfung (T-Test, Mann-Whitney-U-Test und Kruskal-Wallis-Test) wurde mittels IBM SPSS Version 1.0.0.1508 durchgeführt. Das Signifikanzniveau wurde auf 5 Prozent (Alpha = 0,05) festgelegt.
Zur Überprüfung, ob ein signifikanter Unterschied zwischen drei Vergleichsgruppen besteht, wurden Kruskal-Wallis-Tests mit anschließenden Post-hoc-Tests (Dunn-Bonferroni-Tests) durchgeführt. Dieser nicht-parametrische Test wurde ausgewählt, weil die Voraussetzungen für ein parametrisches Verfahren nicht erfüllt werden.
5. Ergebnis
5.1. Patientenkollektiv
Das Patientenkollektiv besteht aus 109 (32,9%) männlichen und 222 (67,1%) weiblichen Patienten. Das Durchschnittsalter der Männer beträgt 69,7 Jahre (Minimum 45,0 Jahre, Maximum 89,0 Jahre, Standardabweichung 9,5 Jahre). Die Frauen sind durchschnittlich 70,1 Jahre alt (Minimum 37,0 Jahre, Maximum 91,0 Jahre, Standardabweichung 9,4 Jahre). Auf das gesamte Kollektiv bezogen beträgt das Durchschnittsalter 70,0 Jahre (Minimum 37,0 Jahre, Maximum 91,0 Jahre, Standardabweichung 9,4 Jahre).
Die Indikation zur Operation wurde in 282 Fällen aufgrund von Arthrose im Kniegelenk (151 Monoarthrose; 131 Polyarthrose) gestellt. Bei 26 Patienten lag eine posttraumatische Arthrose vor. 7 Patienten wurden wegen einer rheumatoiden Erkrankung und 7 wegen einer Osteonekrose operiert. Die übrigen 9 Fälle wurden wegen einer anderen Ursache als den oben genannten behandelt.
Um einen Zusammenhang zwischen dem BMI und der Planungsgenauigkeit zu untersuchen, wurde das Patientenkollektiv nach der WHO-Klassifikation in der folgenden Tabelle eingeteilt.
Der durchschnittliche BMI des gesamten Kollektivs liegt bei 29,9 kg/m² (Männer 29,2 kg/m²;
Frauen 30,2 kg/m²). Der höchste BMI liegt bei 50,8 kg/m² und der Geringste bei 17,4 kg/m².
Tabelle 4: WHO-Gewichtsklassifikation
WHO-Gewichtsklassifikation (in kg/m²) absolute Häufigkeit relative Häufigkeit (in %)
Untergewichtig (<18,5) 1 0,3
Normalgewichtig (18,5 – 24,9) 56 16,9
Übergewichtig (25 – 29,9) 119 36,0
Adipositas Grad I (30 – 34,9) 106 32,0
Adipositas Grad II (35 – 39,9) 38 11,5
Adipositas Grad III (>40) 11 3,3
Wie schon vorher beschrieben, kann man aus der Tabelle (Tab. 4) erkennen, dass das Gewicht vermutlich einen Einfluss auf die Entwicklung einer Arthrose hat. Die Normal- und Untergewichtigen machen nur einen Anteil von knapp 17,2 Prozent aus. Wenn man alle Patienten mit manifester Adipositas (Grad 1;2;3) zusammenfasst, ergibt sich ein Anteil von 46,8 Prozent.
Des Weiteren wurden auch die präoperativen Achsenverhältnisse des Beines untersucht. Hierzu wurde die MAD (Kapitel 2.1) herangezogen und die Gruppen entsprechend eingeteilt. Wie oben beschrieben, entspricht eine Abweichung von mehr als 15mm nach medial (positiver Wertebereich) einem O-Bein. Eine Abweichung von mehr als 10mm nach lateral (negativer Wertebereich) entspricht einem X-Bein (SCHÜNKE ET AL. 2014: 412; GALLA U LOBENHOFFER
2007: 21 f.; Kap. 2.1).
Tabelle 5: präoperative Beinachsenverhältnisse anhand des MAD
Abweichung (in mm) absolute Häufigkeit relative Häufigkeit (in %)
mehr als -10: X-Bein 53 16,0
-10 bis 15 129 39,0
mehr als 15: O-Bein 149 45,0
Es zeigt sich, dass bei der Mehrheit (61,0%) der Patienten eine Achsdeformität vorliegt. Der überwiegende Teil der Patienten mit Deformität hat ein O-Bein (lat. Genu Varum).
