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Entwicklung, Testung und Evaluierung eines neuartigen Zielinstrumentariums für die intertrochantäre Umstellungsosteotomie

Development, testing and evaluation of a novel targeting instrument for intertrochanteric repositioning osteotomy

  • Die intertrochantäre Umstellungsosteotomie (ITO) ist eine etablierte orthopädische Operationstechnik zur Korrektur von angeborenen oder erworbenen Fehlstellungen des proximalen Femurs bei Kindern und Jugendlichen. Durch die Fehlstellung wird die Gehfähigkeit der Kinder stark beeinträchtigt. Ziel der ITO ist es das Gangbild der Patienten durch die Normalisierung pathologischer Winkel am proximalen Femur sowie die Verbesserung die Biomechanik des Hüftgelenks und die Herstellung einer physiologischen Beinachse zu verbessern. Dazu wird das Femur durchtrennt und mit Hilfe eines Implantats in einer korrigierten Position neu ausgerichtet. Bisherige Operationstechniken erfordern einen maximalinvasiven Eingriff und ermöglichen nur eine unzureichende Visualisierung und Navigation bei der Neuausrichtung der Knochenfragmente. Viele Schritte werden frei Hand durchgeführt. Dies führt zu Abweichungen von den geplanten Korrekturen und zu einer hohen Abhängigkeit des Operationsergebnisses von der Expertise des Chirurgen. Zudem erhöhen häufige intraoperative Röntgenkontrollen die Strahlenbelastung des Patienten und des OP-Personals. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird unter Verwendung des Münchner Vorgehensmodells und formativer Usability Engineering Methoden iterativ eine neue minimalinvasive und patientenindividuelle Operationstechnik für die ITO bei Kindern und Jugendlichen entwickelt. Diese verfolgt das Ziel durch eine mechanische Navigation die Reproduzierbarkeit des Operationsergebnisses sicherzustellen, eine Visualisierung bei der Umstellung des Knochens zu ermöglichen und die intraoperative Strahlenbelastung zu reduzieren. Dazu werden zuerst bisherige Operationstechniken in einem Benchmarking Prozess analysiert, wichtige Funktionen herausgearbeitet und Lösungen anschließend iterativ in Autodesk Inventor umgesetzt. Die Bewertung der Entwicklungsergebnisse er-folgt dabei formativ durch eine virtuelle Durchführung der Operation in Autodesk Inventor. Dazu werden die Instrumentarien an einem virtuellen Knochenmodell platziert. Prototypen des finalen Instrumentariums werden in einem Anwendungstest unter simulierten Bedingungen an speziell dazu entwickelten Operationsdemonstratoren (Phantomen) getestet. Die Phantome stellen ein kindliches Hüftgelenk mit pathologischer Coxa Valga und die umliegenden Weich-teile im Maßstab 1:1 dar. In Summe wird an sieben Phantomen eine Varisierungsosteotomie durchgeführt, mit dem Ziel den Centrum-Collum-Diaphysen-(CCD) - Winkel von 158° bzw. 155° auf 130° zu reduzieren. Die Anwendungstests verdeutlichen die Vorteile der neuen Operationstechnik. Zum einen ermöglicht sie als einzige Operationstechnik eine vollständige Navigation bei der Umstellung in drei Ebenen. Durch die Ausrichtung des Instrumentariums an-hand der Schenkelhalsachse werden nicht nur Winkelfehler durch die Femurkrümmung, wie sie bei bisherigen Instrumentarien entstehen, vermieden, sondern es ist auch ein fester Be-zugspunkt für die Positionierung der Instrumentarien am Knochen gegeben. Zudem sind Instrumentarien anders als bei den etablierten Techniken fest am Knochen befestigt wodurch der Chirurg beide Hände frei hat. Die Handhabung der neuen Instrumentarien wird von den Anwendern als intuitiv bewertet. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Implantat bei der neuen Operationstechnik mit polyaxialen Schrauben befestigt wird. Dies erlaubt bei der Osteosynthese eine Anpassung an die patientenspezifische Anatomie. In den Tests zeigt sich, dass die Reproduzierbarkeit und Präzision der Ergebnisse nicht evaluiert werden können, da keine winkelstabile Fixierung des verwendeten Implantat-Prototyps möglich ist und dadurch der Korrekturwinkel bei der Osteosynthese nicht aufrecht erhalten wird. In keinem der Tests wird der geplante CCD-Winkel deshalb erreicht. Aufgrund eines fehlenden Röntgengeräts kann durch die Tests zudem nicht belegt werden, dass tatsächlich weniger Röntgenkontrollen als bei den etablierten Techniken notwendig sind. Es wird jedoch angenommen, dass dies aufgrund der besseren Navigation zutrifft. Die Tests zeigen, dass durch die neue Technik wie bei den etablierten Operationstechniken kein minimalinvasives Vorgehen möglich ist. Der Phantomtest hat sich als gute Methode erwiesen, um die Operationstechniken zu testen. Die Durchführung der Tests muss in den nächsten Schritten noch weiter verbessert werden, um realere Bedingungen zu simulieren, damit eine bessere Bewertung der genannten Kriterien möglich ist. Dazu gehört z.B. die Verwendung polyaxialer Schrauben. Des Weiteren sind kleinere konstruktive Anpassungen an den Instrumentarien vorzunehmen, welche in den Tests durch die Anwender angeregt werden. Dazu gehört z.B. die Anpassung der Sägeschablone und der Schablone zur Einstellung der Rotation. Anschließend sind diese Instrumentarien in neuen Tests zu prüfen. Bisher wird in den Tests nur eine ITO in einer Ebene durchgeführt, in weiteren Tests sollen auch komplexe, mehrdimensionale ITOs an Phantomen getestet werden.

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Metadaten
Author:Julia Feichtlbauer
URN:urn:nbn:de:bvb:m347-dtl-0000001935
Publisher:Hochschule für Angewandte Wissenschaften München
Place of publication:München
Advisor:Carsten Tille
Document Type:Master's Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2022/01/25
Year of first Publication:2021
Publishing Institution:Hochschule für angewandte Wissenschaften München
Granting Institution:Hochschule für angewandte Wissenschaften München
Date of final exam:2021/03/29
Contributing Corporation:Orthopädie & Traumatologie Medizintechnik
Release Date:2022/01/25
GND Keyword:Orthopädische ChirurgieGND
Page Number:IX, 150
Departments and Institutes:Fakultäten der Hochschule München / FK 03 Fakultät für Maschinenbau, Fahrzeugtechnik, Flugzeugtechnik
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit
Illustrations:Illustration/en
Illustrations:grafische Darstellung/en
Licence (German):Keine CC-Lizenz, es gilt der Veröffentlichungsvertrag und das Deutsche Urheberrecht
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