Skip to main content
Erschienen in: Die Orthopädie 7/2023

07.06.2023 | Computertomografie | Leitthema

Innovative bildbasierte Operationsplanung in der muskuloskelettalen Chirurgie

verfasst von: Dr. Philipp Winter, Stephan Rother, Patrick Orth, Ekkehard Fritsch

Erschienen in: Die Orthopädie | Ausgabe 7/2023

Einloggen, um Zugang zu erhalten

Zusammenfassung

Hintergrund

Zur Vorbereitung operativer Eingriffe in der Orthopädie und Unfallchirurgie sind die genaue Kenntnis der Bildgebung und die dreidimensionale Vorstellungskraft des Operateurs von herausragender Bedeutung. Eine bildgestützte, präoperative, zweidimensionale Planung ist heutzutage der Goldstandard in der Endoprothetik. Bei besonders komplexen Eingriffen wird darüber hinaus weitere Bildgebung im Sinne einer Computertomographie oder einer Magnetresonanztomographie durchgeführt, wodurch ein dreidimensionales Modell der untersuchten Körperregion generiert wird und dem Operateur bei der Planung der operativen Versorgung helfen kann. Auch erste vierdimensionale, dynamische, computertomographische Untersuchungen sind bereits publiziert worden und stehen ergänzend zur Verfügung.

Digitale Hilfsmittel

Durch digitale Hilfsmittel soll eine verbesserte Darstellung der zu behandelnden Pathologie erreicht und die Vorstellungskraft des Operateurs optimiert werden. Zur Berücksichtigung patientenspezifischer und implantatspezifischer Parameter steht die Finite-Elemente-Methode präoperativ zur Simulation zur Verfügung und kann bei der Operationsplanung berücksichtigt werden. Bei der Operationsdurchführung können relevante Informationen durch Augmented Reality intraoperativ zur Verfügung gestellt werden, ohne den Operationsablauf wesentlich zu beeinflussen.
Literatur
3.
Zurück zum Zitat Lecerf G, Fessy MH, Philippot R, Massin P, Giraud F, Flecher X et al (2009) Femoral offset: anatomical concept, definition, assessment, implications for preoperative templating and hip arthroplasty. Orthop Traumatol Surg Res 95(3):210–219CrossRefPubMed Lecerf G, Fessy MH, Philippot R, Massin P, Giraud F, Flecher X et al (2009) Femoral offset: anatomical concept, definition, assessment, implications for preoperative templating and hip arthroplasty. Orthop Traumatol Surg Res 95(3):210–219CrossRefPubMed
4.
Zurück zum Zitat Bishi H, Smith JBV, Asopa V, Field RE, Wang C, Sochart DH (2022) Comparison of the accuracy of 2D and 3D templating methods for planning primary total hip replacement: a systematic review and meta-analysis. Efort Open Rev 7(1):70–83CrossRefPubMedPubMedCentral Bishi H, Smith JBV, Asopa V, Field RE, Wang C, Sochart DH (2022) Comparison of the accuracy of 2D and 3D templating methods for planning primary total hip replacement: a systematic review and meta-analysis. Efort Open Rev 7(1):70–83CrossRefPubMedPubMedCentral
5.
Zurück zum Zitat Reinbacher P, Smolle MA, Friesenbichler J, Draschl A, Leithner A, Maurer-Ertl W (2022) Pre-operative templating in THA using a short stem system: precision and accuracy of 2D versus 3D planning method. J Orthop Traumatol 23:16CrossRefPubMedPubMedCentral Reinbacher P, Smolle MA, Friesenbichler J, Draschl A, Leithner A, Maurer-Ertl W (2022) Pre-operative templating in THA using a short stem system: precision and accuracy of 2D versus 3D planning method. J Orthop Traumatol 23:16CrossRefPubMedPubMedCentral
6.
Zurück zum Zitat Origgo JR et al (2020) Greater risks of complications, infections, and revisions in the obese versus non-obese total hip arthroplasty population of 2,190,824 patients: a meta-analysis and systematic review. Osteoarthritis Cartilage. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31705995/. Zugegriffen: 7. Okt. 2022 Origgo JR et al (2020) Greater risks of complications, infections, and revisions in the obese versus non-obese total hip arthroplasty population of 2,190,824 patients: a meta-analysis and systematic review. Osteoarthritis Cartilage. https://​pubmed.​ncbi.​nlm.​nih.​gov/​31705995/​. Zugegriffen: 7. Okt. 2022
7.
Zurück zum Zitat Della Valle AG, Padgett DE, Salvati EA (2005) Preoperative planning for primary total hip arthroplasty. J Am Acad Orthop Surg 13(7):455–462CrossRefPubMed Della Valle AG, Padgett DE, Salvati EA (2005) Preoperative planning for primary total hip arthroplasty. J Am Acad Orthop Surg 13(7):455–462CrossRefPubMed
8.
Zurück zum Zitat Kosashvili Y, Shasha N, Olschewski E, Safir O, White L, Gross A et al (2009) Digital versus conventional templating techniques in preoperative planning for total hip arthroplasty. Can J Surg 52(1):6–11PubMedPubMedCentral Kosashvili Y, Shasha N, Olschewski E, Safir O, White L, Gross A et al (2009) Digital versus conventional templating techniques in preoperative planning for total hip arthroplasty. Can J Surg 52(1):6–11PubMedPubMedCentral
9.
Zurück zum Zitat Wong MT, Wiens C, Kuczynski M, Manske S, Schneider PS (2022) Four-dimensional computed tomography: musculoskeletal applications. Can J Surg 65(3):E388–E393CrossRefPubMedPubMedCentral Wong MT, Wiens C, Kuczynski M, Manske S, Schneider PS (2022) Four-dimensional computed tomography: musculoskeletal applications. Can J Surg 65(3):E388–E393CrossRefPubMedPubMedCentral
10.
Zurück zum Zitat Gondim Teixeira PA, Gervaise A, Louis M, Lecocq S, Raymond A, Aptel S et al (2015) Musculoskeletal wide detector CT: principles, techniques and applications in clinical practice and research. Eur J Radiol 84(5):892–900CrossRefPubMed Gondim Teixeira PA, Gervaise A, Louis M, Lecocq S, Raymond A, Aptel S et al (2015) Musculoskeletal wide detector CT: principles, techniques and applications in clinical practice and research. Eur J Radiol 84(5):892–900CrossRefPubMed
11.
Zurück zum Zitat Kalia V, Obray RW, Filice R, Fayad LM, Murphy K, Carrino JA (2009) Functional joint imaging using 256-MDCT: Technical feasibility. AJR Am J Roentgenol 192(6):W295–299CrossRefPubMed Kalia V, Obray RW, Filice R, Fayad LM, Murphy K, Carrino JA (2009) Functional joint imaging using 256-MDCT: Technical feasibility. AJR Am J Roentgenol 192(6):W295–299CrossRefPubMed
12.
Zurück zum Zitat Goh YP, Kamali Moaveni A, Hoy G, Tate J, Rotstein A (2019) Dynamic assessment of sternoclavicular joint instability using four-dimensional computed tomography. J Med Imaging Radiat Oncol 63(2):216–221CrossRefPubMed Goh YP, Kamali Moaveni A, Hoy G, Tate J, Rotstein A (2019) Dynamic assessment of sternoclavicular joint instability using four-dimensional computed tomography. J Med Imaging Radiat Oncol 63(2):216–221CrossRefPubMed
13.
Zurück zum Zitat Wassilew GI, Janz V, Heller MO, Tohtz S, Rogalla P, Hein P et al (2013) Real time visualization of femoroacetabular impingement and subluxation using 320-slice computed tomography. J Orthop Res 31(2):275–281CrossRefPubMed Wassilew GI, Janz V, Heller MO, Tohtz S, Rogalla P, Hein P et al (2013) Real time visualization of femoroacetabular impingement and subluxation using 320-slice computed tomography. J Orthop Res 31(2):275–281CrossRefPubMed
14.
Zurück zum Zitat Kakar S, Breighner RE, Leng S, McCollough CH, Moran SL, Berger RA et al (2016) The role of dynamic (4D) CT in the detection of scapholunate ligament injury. J Wrist Surg 5(4):306–310CrossRefPubMedPubMedCentral Kakar S, Breighner RE, Leng S, McCollough CH, Moran SL, Berger RA et al (2016) The role of dynamic (4D) CT in the detection of scapholunate ligament injury. J Wrist Surg 5(4):306–310CrossRefPubMedPubMedCentral
17.
Zurück zum Zitat Hesper T, Bittersohl B, Schleich C, Hosalkar H, Krauspe R, Krekel P et al (2020) Automatic cartilage segmentation for delayed gadolinium-enhanced magnetic resonance imaging of hip joint cartilage: a feasibility study. Cartilage 11(1):32–37CrossRefPubMed Hesper T, Bittersohl B, Schleich C, Hosalkar H, Krauspe R, Krekel P et al (2020) Automatic cartilage segmentation for delayed gadolinium-enhanced magnetic resonance imaging of hip joint cartilage: a feasibility study. Cartilage 11(1):32–37CrossRefPubMed
19.
Zurück zum Zitat Zeng G, Schmaranzer F, Degonda C, Gerber N, Gerber K, Tannast M et al (2021) MRI-based 3D models of the hip joint enables radiation-free computer-assisted planning of periacetabular osteotomy for treatment of hip dysplasia using deep learning for automatic segmentation. European J Radiol Open 8. https://doi.org/10.1016/j.ejro.2020.100303 Zeng G, Schmaranzer F, Degonda C, Gerber N, Gerber K, Tannast M et al (2021) MRI-based 3D models of the hip joint enables radiation-free computer-assisted planning of periacetabular osteotomy for treatment of hip dysplasia using deep learning for automatic segmentation. European J Radiol Open 8. https://​doi.​org/​10.​1016/​j.​ejro.​2020.​100303
20.
Zurück zum Zitat Ambellan F, Tack A, Ehlke M, Zachow S (2019) Automated segmentation of knee bone and cartilage combining statistical shape knowledge and convolutional neural networks: Data from the Osteoarthritis Initiative. Med Image Anal 52:109–118CrossRefPubMed Ambellan F, Tack A, Ehlke M, Zachow S (2019) Automated segmentation of knee bone and cartilage combining statistical shape knowledge and convolutional neural networks: Data from the Osteoarthritis Initiative. Med Image Anal 52:109–118CrossRefPubMed
22.
Zurück zum Zitat Fregly BJ, Besier TF, Lloyd DG, Delp SL, Banks SA, Pandy MG et al (2012) Grand challenge competition to predict in vivo knee loads. J Orthop Res 30(4):503–513CrossRefPubMed Fregly BJ, Besier TF, Lloyd DG, Delp SL, Banks SA, Pandy MG et al (2012) Grand challenge competition to predict in vivo knee loads. J Orthop Res 30(4):503–513CrossRefPubMed
23.
Zurück zum Zitat Bergmann G, Deuretzbacher G, Heller M, Graichen F, Rohlmann A, Strauss J et al (2001) Hip contact forces and gait patterns from routine activities. J Biomech 34:859–871CrossRefPubMed Bergmann G, Deuretzbacher G, Heller M, Graichen F, Rohlmann A, Strauss J et al (2001) Hip contact forces and gait patterns from routine activities. J Biomech 34:859–871CrossRefPubMed
24.
Zurück zum Zitat Oppelt K, Hogan A, Stief F, Grützner PA, Trinler U (2020) Movement analysis in orthopedics and trauma surgery—measurement systems and clinical applications. Z Orthop Unfall 158(3):304–317CrossRefPubMed Oppelt K, Hogan A, Stief F, Grützner PA, Trinler U (2020) Movement analysis in orthopedics and trauma surgery—measurement systems and clinical applications. Z Orthop Unfall 158(3):304–317CrossRefPubMed
25.
26.
Zurück zum Zitat Xiong B, Yang P, Lin T, Xu J, Xie Y, Guo Y et al (2022) Changes in hip joint contact stress during a gait cycle based on the individualized modeling method of “gait-musculoskeletal system-finite element”. J Orthop Surg 17(1). https://doi.org/10.1186/s13018-022-03094-5 Xiong B, Yang P, Lin T, Xu J, Xie Y, Guo Y et al (2022) Changes in hip joint contact stress during a gait cycle based on the individualized modeling method of “gait-musculoskeletal system-finite element”. J Orthop Surg 17(1). https://​doi.​org/​10.​1186/​s13018-022-03094-5
27.
Zurück zum Zitat Ng KCG, Mantovani G, Lamontagne M, Labrosse MR, Beaulé PE (2019) Cam FAI and smaller neck angles increase subchondral bone stresses during squatting: a finite element analysis. In: Clinical orthopaedics and related research. Lippincott Williams and Wilkins, S 1053–1063 Ng KCG, Mantovani G, Lamontagne M, Labrosse MR, Beaulé PE (2019) Cam FAI and smaller neck angles increase subchondral bone stresses during squatting: a finite element analysis. In: Clinical orthopaedics and related research. Lippincott Williams and Wilkins, S 1053–1063
30.
Zurück zum Zitat Benos L, Stanev D, Spyrou L, Moustakas K, Tsaopoulos DE (2020) A review on finite element modeling and simulation of the anterior cruciate ligament reconstruction. Front Bioeng Biotechnol 8:967CrossRefPubMedPubMedCentral Benos L, Stanev D, Spyrou L, Moustakas K, Tsaopoulos DE (2020) A review on finite element modeling and simulation of the anterior cruciate ligament reconstruction. Front Bioeng Biotechnol 8:967CrossRefPubMedPubMedCentral
31.
Zurück zum Zitat Wang JY, Qi YS, Bao HRC, Xu YS, Wei BG, Wang YX et al (2021) The effects of different repair methods for a posterior root tear of the lateral meniscus on the biomechanics of the knee: a finite element analysis. J Orthop Surg 16(1). https://doi.org/10.1186/s13018-021-02435-0 Wang JY, Qi YS, Bao HRC, Xu YS, Wei BG, Wang YX et al (2021) The effects of different repair methods for a posterior root tear of the lateral meniscus on the biomechanics of the knee: a finite element analysis. J Orthop Surg 16(1). https://​doi.​org/​10.​1186/​s13018-021-02435-0
32.
Zurück zum Zitat Shetty G, Khairkar S (2021) Loading on Attune® fixed-bearing cruciate-substituting total knee implant in knee malalignment during activities of daily living: A finite element analysis. J Orthop 26:36–41CrossRefPubMedPubMedCentral Shetty G, Khairkar S (2021) Loading on Attune® fixed-bearing cruciate-substituting total knee implant in knee malalignment during activities of daily living: A finite element analysis. J Orthop 26:36–41CrossRefPubMedPubMedCentral
35.
Zurück zum Zitat Calka M, Perrier P, Ohayon J, Grivot-Boichon C, Rochette M, Payan Y (2021) Machine-Learning based model order reduction of a biomechanical model of the human tongue. Comput Methods Programs Biomed 198:105786CrossRefPubMed Calka M, Perrier P, Ohayon J, Grivot-Boichon C, Rochette M, Payan Y (2021) Machine-Learning based model order reduction of a biomechanical model of the human tongue. Comput Methods Programs Biomed 198:105786CrossRefPubMed
36.
Zurück zum Zitat Lauzeral N, Borzacchiello D, Kugler M, George D, Rémond Y, Hostettler A et al (2019) A model order reduction approach to create patient-specific mechanical models of human liver in computational medicine applications. Comput Methods Programs Biomed 170:95–106CrossRefPubMed Lauzeral N, Borzacchiello D, Kugler M, George D, Rémond Y, Hostettler A et al (2019) A model order reduction approach to create patient-specific mechanical models of human liver in computational medicine applications. Comput Methods Programs Biomed 170:95–106CrossRefPubMed
37.
Zurück zum Zitat Verhey JT, Haglin JM, Verhey EM, Hartigan DE (2020) Virtual, augmented, and mixed reality applications in orthopedic surgery. Int J Med Robot 16(2):e2067CrossRefPubMed Verhey JT, Haglin JM, Verhey EM, Hartigan DE (2020) Virtual, augmented, and mixed reality applications in orthopedic surgery. Int J Med Robot 16(2):e2067CrossRefPubMed
38.
Zurück zum Zitat Auvinet E, Maillot C, Uzoho C (2020) Augmented reality technology for joint replacement. In: Rivière C, Vendittoli PA (Hrsg) Personalized hip and knee joint replacement. Springer, Cham Auvinet E, Maillot C, Uzoho C (2020) Augmented reality technology for joint replacement. In: Rivière C, Vendittoli PA (Hrsg) Personalized hip and knee joint replacement. Springer, Cham
39.
Zurück zum Zitat Tsukada S, Ogawa H, Nishino M, Kurosaka K, Hirasawa N (2021) Augmented reality-assisted femoral Bone resection in total knee arthroplasty. JBJS Open Access 6(3):e21.00001CrossRefPubMedPubMedCentral Tsukada S, Ogawa H, Nishino M, Kurosaka K, Hirasawa N (2021) Augmented reality-assisted femoral Bone resection in total knee arthroplasty. JBJS Open Access 6(3):e21.00001CrossRefPubMedPubMedCentral
40.
Zurück zum Zitat Tsukada S, Ogawa H, Kurosaka K, Saito M, Nishino M, Hirasawa N (2022) Augmented reality-aided unicompartmental knee arthroplasty. J Exp Orthop 9:88CrossRefPubMedPubMedCentral Tsukada S, Ogawa H, Kurosaka K, Saito M, Nishino M, Hirasawa N (2022) Augmented reality-aided unicompartmental knee arthroplasty. J Exp Orthop 9:88CrossRefPubMedPubMedCentral
41.
Zurück zum Zitat Tu P, Gao Y, Lungu AJ, Li D, Wang H, Chen X (2021) Augmented reality based navigation for distal interlocking of intramedullary nails utilizing Microsoft HoloLens 2. Comput Biol Med 133:104402CrossRefPubMed Tu P, Gao Y, Lungu AJ, Li D, Wang H, Chen X (2021) Augmented reality based navigation for distal interlocking of intramedullary nails utilizing Microsoft HoloLens 2. Comput Biol Med 133:104402CrossRefPubMed
42.
Zurück zum Zitat Viehöfer AF, Wirth SH, Zimmermann SM, Jaberg L, Dennler C, Fürnstahl P et al (2020) Augmented reality guided osteotomy in hallux Valgus correction. BMC Musculoskelet Disord 21:438CrossRefPubMedPubMedCentral Viehöfer AF, Wirth SH, Zimmermann SM, Jaberg L, Dennler C, Fürnstahl P et al (2020) Augmented reality guided osteotomy in hallux Valgus correction. BMC Musculoskelet Disord 21:438CrossRefPubMedPubMedCentral
43.
Zurück zum Zitat Al Abdel S, Chaar MKA, Mustafa A, Al-Hussaini M, Barakat F, Asha W (2020) Innovative surgical planning in resecting soft tissue sarcoma of the foot using augmented reality with a smartphone. J Foot Ankle Surg 59(5):1092–1097CrossRef Al Abdel S, Chaar MKA, Mustafa A, Al-Hussaini M, Barakat F, Asha W (2020) Innovative surgical planning in resecting soft tissue sarcoma of the foot using augmented reality with a smartphone. J Foot Ankle Surg 59(5):1092–1097CrossRef
Metadaten
Titel
Innovative bildbasierte Operationsplanung in der muskuloskelettalen Chirurgie
verfasst von
Dr. Philipp Winter
Stephan Rother
Patrick Orth
Ekkehard Fritsch
Publikationsdatum
07.06.2023
Verlag
Springer Medizin
Erschienen in
Die Orthopädie / Ausgabe 7/2023
Print ISSN: 2731-7145
Elektronische ISSN: 2731-7153
DOI
https://doi.org/10.1007/s00132-023-04393-3

Weitere Artikel der Ausgabe 7/2023

Die Orthopädie 7/2023 Zur Ausgabe

Arthropedia

Grundlagenwissen der Arthroskopie und Gelenkchirurgie. Erweitert durch Fallbeispiele, Videos und Abbildungen. 
» Jetzt entdecken

TEP mit Roboterhilfe führt nicht zu größerer Zufriedenheit

15.05.2024 Knie-TEP Nachrichten

Der Einsatz von Operationsrobotern für den Einbau von Totalendoprothesen des Kniegelenks hat die Präzision der Eingriffe erhöht. Für die postoperative Zufriedenheit der Patienten scheint das aber unerheblich zu sein, wie eine Studie zeigt.

Lever-Sign-Test hilft beim Verdacht auf Kreuzbandriss

15.05.2024 Vordere Kreuzbandruptur Nachrichten

Mit dem Hebelzeichen-Test lässt sich offenbar recht zuverlässig feststellen, ob ein vorderes Kreuzband gerissen ist. In einer Metaanalyse war die Vorhersagekraft vor allem bei positivem Testergebnis hoch.

Ein Drittel der jungen Ärztinnen und Ärzte erwägt abzuwandern

07.05.2024 Klinik aktuell Nachrichten

Extreme Arbeitsverdichtung und kaum Supervision: Dr. Andrea Martini, Sprecherin des Bündnisses Junge Ärztinnen und Ärzte (BJÄ) über den Frust des ärztlichen Nachwuchses und die Vorteile des Rucksack-Modells.

Aquatherapie bei Fibromyalgie wirksamer als Trockenübungen

03.05.2024 Fibromyalgiesyndrom Nachrichten

Bewegungs-, Dehnungs- und Entspannungsübungen im Wasser lindern die Beschwerden von Patientinnen mit Fibromyalgie besser als das Üben auf trockenem Land. Das geht aus einer spanisch-brasilianischen Vergleichsstudie hervor.

Update Orthopädie und Unfallchirurgie

Bestellen Sie unseren Fach-Newsletter und bleiben Sie gut informiert.