Neue intuitive 3D-Planungstechnik für Osteotomien der unteren Extremität

Bei der Planung von orthopädischen Operationen zur Korrektur von Knochen-Deformitäten (Missbildungen, Fehlstellungen) kommen im heutigen klinischen Alltag vorwiegend Röntgenbilder zum Einsatz. Die Knochen der unteren Extremitäten sind von erhöhtem Interesse, insbesondere Femur (Oberschenkelknochen) und Tibia (Schienbein), da Fehlstellungen hier zu ständiger falscher Belastung, und damit zu erhöhtem Verschleiß von Hüft-, Knie- und Sprunggelenk führen. Ein häufiger korrektiver Eingriff sind Femur- und Tibiaosteotomien, bei denen der Knochen komplett durchtrennt und nach Herausschneiden eines präoperativ berechneten Knochenkeils neu ausgerichtet wird. Bei komplizierten Deformitäten ist es jedoch mitunter schwierig, deren Grad und Ort aus den zweidimensionalen, prinzipbedingt perspektivisch verzerrten Röntgenansichten zu erkennen und daran die Planung durchzuführen.

Eine wesentlich genauere und unverzerrte Abbildung der tatsächlichen dreidimensionalen Beschaffenheit kann mit der Computertomographie erreicht werden. Aus den dabei entstehenden Schichtbildern können dreidimensionale Oberflächenmodelle einzelner Knochen im Rechner rekonstruiert und dargestellt werden. Ziel dieser Arbeit war es, ein Verfahren zu entwickeln, das es dem Chirurgen erlaubt, die komplette Planung einer Keilosteotomie anhand eines solchen 3D-Oberflächenmodells am Rechner durchzuführen. Ein Schwerpunkt lag dabei auf intuitiver Bedienbarkeit: Der Chirurg soll alle notwendigen Arbeitsschritte direkt am 3D-Modell und in Echtzeit vornehmen können. Das Vorgehen soll in einer für Orthopäden naheliegenden Weise am Ablauf des tatsächlichen Eingriffs orientiert sein.

Ein erster Schritt ist dabei eine Geometrieerfassung der betreffenden unteren Extremität, um bestimmte Achsen, Ebenen und Winkel zu gewinnen. Dazu markiert der Chirurg am Oberflächenmodell eine Reihe ausgewählter Referenzpunkte (hauptsächlich an Femur und Tibia), aus denen die entsprechenden Informationen automatisch berechnet werden (Abb. 1).

Abbildung 1: Geometrieerfassung

Mit ihrer Hilfe kann der Chirurg in einem zweiten Schritt das Oberflächenmodell des deformierten Knochens durchschneiden und die virtuellen Fragmente optimal ausrichten, indem (für eine Keilosteotomie) ein Fragment in das andere gestaucht wird. Das entstehende Schnittvolumen kann anschließend automatisch durch einen weiteren virtuellen Schnitt als Keil extrahiert werden (Abb. 2).

Abbildung 2: Osteotomieplanung

Als Ergebnis des Planungsprozesses erhält der Chirurg neben wichtigen Winkelwerten die Schnittebenen, entlang derer später die Knochensäge am realen Knochen zu führen ist, um den geplanten Keil zu entfernen. Sie können auch als Eingabegrößen für den Einsatz eines computerassistierten intraoperativen Navigationssystems verwendet werden.