Waldkrankenhaus Eisenberg - Thüringen

Biometrie

Software für die präoperative Planung von Hüftalloarthroplastiken

Biomechanische Faktoren werden stets beim aseptischen Lockerungsgeschehen oder bei funktionellen Defiziten von Hüftalloarthroplastiken diskutiert. Im Vordergrund stehen dabei die Beurteilung des knöchernen Implantatlagers, Fragen des Verankerungsprinzips, des Prothesendesigns und des Biomaterials.

Neben diesen Problemen besitzt die Implantationsgeometrie der Alloarthroplastik, die Positionierung der Prothese im Skelett-Muskel-System, eine erhebliche Bedeutung für den Kraftfluss durch das Gelenk, da sie die wirkenden Kräfte bei der statischen Gelenkbelastung und in der Bewegung mitbestimmt.

Mit der Prothesenimplantation ist der Operateur in der Lage, die Gelenkgeometrie zu verändern. Insbesondere bei vorbestehenden starken Gelenkdeformitäten (Hüftdysplasie, posttraumatische Arthrose) ist die anatomisch exakte und zugleich stabile Fixation schwierig.

• Doch wo soll das Kunstgelenk im Becken implantiert werden?
• Welche ist die biomechanisch optimale Implantationsgeometrie der Prothese?
• Unter welchen Bedingungen führen Körpermasse und Hüftmuskelaktivität zu einer Belastungssituation, die zumindest näherungsweise mit der eines gesunden Gelenkes zu vergleichen ist?
• Wann ist mit besonders ungünstigen biomechanischen Verhältnissen zu rechnen?

Die Rekonstruktion des Hüftrotationszentrums spielt dabei eine wichtige Rolle und ist daher Gegenstand vieler Studien. Die in der täglichen Praxis übliche Orientierung am gesunden kontralateralen Hüftgelenk kommt insbesondere bei doppelseitigen Hüfterkrankungen nicht in Betracht. Neben dem Hüftrotationszentrum ist die Beachtung von Beinlängenveränderungen und Verschiebungen des Muskelansatzes der Abduktoren von Bedeutung und sollte in die Operationsplanung integriert werden.

Diese und weitere wichtige Fragen der operativen Praxis des künstlichen Hüftgelenkes werden durch die klassischen Überlegungen zur Hüftgelenkbiomechanik von Pauwels nicht ausreichend beantwortet. Isolierte Planungsmodule, die insbesondere in Verbindung mit der Entwicklung der Robotertechnologie nur eine Planung des Prothesenschaftsitzes im Femur vornehmen, zeigen hierfür bislang keine Lösungsansätze.

Eine sehr interessante Perspektive bietet das Modell von Blumentritt, mit dem der Nachweis der Korrelation von bestimmten skelettären Strukturen des Hüftgelenkes und der individuellen Motorik beim zügigen Gehen des Menschen gelang.

Modell von Blumentritt

Modell Blumentritt

Die erstrangige, skelettformende Belastungssituation findet sich zum Zeitpunkt der maximalen Belastung des Gelenkes im Gangzyklus. Diese Belastungssituation ist biomechanisch von größter Bedeutung. Sie ist gekennzeichnet durch eine leichte Flexion des Hüftgelenkes, in der gleichzeitig der M. rectus femoris und die Abduktoren das frontale Beckengleichgewicht halten. Die Biomechanik des Hüftgelenkes in der Frontalebene läßt sich unter Berücksichtigung der beim Menschen vorhandenen Variation der Hüftanatomie mit wenigen modellspezifischen Parametern bewerten.

Zurückliegende Untersuchungen mit Beurteilung von aseptisch gelockerten Hüftalloarthroplastiken nach diesem Modell belegten, daß neben anderen Lockerungsursachen bei einem außerordentlich hohen Prozentsatz der gelockerten Prothesen mit einer nicht im biomechanischen Normbereich befindlichen Implantationsgeometrie zu rechnen ist. Dagegen ergab die Überprüfung von Endoprothesen mit ausgezeichneter Funktion bei mindestens 10-jähriger Implantationszeit in keinem Fall Abweichungen der Gelenkmechanik vom biomechanischen Normbereich.

Dies war begründeter und gleichzeitig drängender Anlass zur Nutzung dieser Hüftgelenkmodellierung für die präoperativen Planungen. Inzwischen werden Hüftendoprothesenoperationen im Orthopädischen Klinikum der Universität Jena am Waldkrankenhaus "Rudolf Elle" in Eisenberg routinemäßig nach dieser Methode präoperativ geplant. Unter Leitung von OA Dr. Babisch und Dr.Ing. Layher wurden die Planungsschritte und deren operative Umsetzung seit über 6 Jahren dokumentiert und weiterentwickelt.

Mit dem Programm BIOMETRIE steht jedem Interessierten die Möglichkeit einer biomechanisch analytisch basierten Planung der Hüftendoprothesenimplantation zur Verfügung. Das Programm gestattet neben der üblichen Implantatgrößenauswahl anhand digitalisierter, skalierter Röntgenbilder und integrierter Implantatschablonen zusätzlich die präoperative Berechnung der biomechanisch optimalen Implantationsgeometrie und liefert dem Operateur wichtige Informationen, die zum Erreichen dieser Zielstellung während der Operation dienen. Postoperativ ist eine Analyse der erzielten Position der Hüftalloarthroplastik möglich.

Für die Beurteilung der Implantationsgeometrie wurde nach Einbeziehung der individuellen Körpergröße und des Körpergewichts ein von den Modellparametern abgeleitetes 12-Punktesystem (Biomechanik Score / BLB-Score) entwickelt.