Halt von Hüftprothesen wird digital überwacht

Fortschritte in der Röntgenstereoanalyse

Noch präziser als bisher und mit erheblich weniger Zeitaufwand kann an der Orthopädischen Klinik der dauerhafte Sitz von Hüftprothesen überprüft werden, seit zur Messung von Mikrobewegungen ein volldigitalisierter Messplatz zur Verfügung steht. Im Biomechanischen Labor des Lehrstuhls für Orthopädie mit Orthopädischer Chirurgie (Direktor: Prof. Dr. Raimund Forst) an der Universität Erlangen-Nürnberg hat die Forschung zur Hüftendoprothektik damit einen deutlichen Auftrieb erfahren. Die Röntgenstereoanalyse (RSA), mit deren Hilfe festgestellt werden kann, ob ein Implantat sich vorzeitig lockert, könnte in den nächsten Jahren auch klinisch in der Verlaufsbeobachtung von Risikopatienten mehr und mehr an Bedeutung gewinnen.

Bereits seit Oktober 1998 wenden Priv.-Doz. Dr. Paolo Pitto und Dr. Dittmar Schwämmlein an der Orthopädischen Klinik die RSA-Technik an, die der konventionellen Röntgentechnik im Aufspüren von Migrationsprozessen weit überlegen ist und ein sehr breites Anwendungsspektrum bietet. Das Prinzip ist dasselbe geblieben: zugleich mit der Implantation des künstlichen Gelenks werden Tantalumkügelchen als Marker auf den Knochen in der Nähe der Prothese angebracht. Simultane Röntgenaufnahmen dieser markierten Skelettabschnitte über dem sogenannten Kalibrier-Käfig oder Cage, einem Koordinatensystem, das Bezugspunkte für die räumliche Lage schafft, liefern Bildpaare als Grundlage für den Verlaufstest. Die Aufnahmen werden in regelmäßigen Zeitabstanden wiederholt und verglichen; schon kleinste Veränderungen fallen auf.

Digitale Bildpaare

Die Untersuchungen konnten jedoch anfangs nur manuell vorgenommen werden, was einen erheblichen Zeitaufwand bedeutete. Der Sitz der Tantalummarker musste angezeichnet und Punkt für Punkt von Hand über-
prüft werden. Ein weiterentwickelter Kalibrier-Käfig ermöglicht es seit
Juli 2000, digitale Röntgenbildpaare anzufertigen. Mit einem neuen System, das im September 2000 angeschafft wurde, konnte ein volldigitalisierter RSA-Messplatz eingerichtet werden.

Die Röntgenbildpaare können nun aufgrund eines umfangreichen Software-Updates volldigital verarbeitet werden. Sie werden für die digitale Röntgenstereometrische Analyse gescannt und gespeichert. Spezielle Grafikprogramme erlauben es, alle Marker per Mausklick zu identifizieren und ihnen Nummern zuzuordnen. Über ein digitalisiertes Messprogramm werden jedem Punkt dreidimensionale Koordinaten zugewiesen. Aus der absoluten und relativen Positionsänderung der Marker zueinander lassen sich im Zeitverlauf Mikrobewegungen der einzelnen Prothesenkomponenten in Beziehung zum Knochen errechnen.

Die neue Software bietet eine Vielzahl von Zusatz- und Hilfsfunktionen, wodurch auch bei schlechter Bildqualität häufig akzeptable Messergebnisse zu erzielen sind. Um die Position einzelner Punkte zu bestimmen, bedient man sich in solchen Fällen verschiedener mathematischer Hilfsmodelle, insbesondere bei einer auflösungstechnisch ungünstigen Markerprojektion, wie zum Beispiel nahe dem Prothesenrand oder in der Nähe eines anderen Markers.

Viele Vorgänge der Marker-Identifizierung sind automatisiert, somit genauer und schneller zu bearbeiten. Die Ergebnisse sind einfacher zu korrigieren und besser reproduzierbar. Nach wie vor lassen die gewonnenen Migrationsverläufe bereits nach zwei Jahren sehr zuverlässige Prognosen hinsichtlich der individuellen Prothesenhaltbarkeit zu. Man erkennt am Kurvenverlauf, ob sich ein Implantat vorzeitig lockert.

Implantate im Vergleich

An mittlerweile über 170 Patienten der Orthopädischen Klinik werden derzeit in mehreren Studien unterschiedlichste Fragestellungen bearbeitet. Bei der Versorgung schwerer angeborener Fehlbildungen der Hüfte wird die Mikrobewegung von Polyethylen-Pfannen im Verbund mit autologer (vom Empfänger stammender) Knochenplastik und einer Pfannendachschale gemessen. Vergleichende Migrationsanalysen stellen die Zuverlässigkeit verschiedener zementfreier Implantate aus Titan – einmal mit Keramik-Keramik-Gelenkpaarung, einmal mit Polyethylen-Keramik-Gelenkpaarung – einander gegenüber. Auch der mögliche Einfluss von verschiedenen Knochenzementen und unterschiedlichen Zementiertechniken auf das Wanderungsverhalten und die Stabilität von Prothesenschäften wird untersucht.

Die Strahlendosis einer digitalen RSA-Röntgenuntersuchung eines Hüftgelenkes entspricht neuesten Studien zufolge nur einem Fünftel der bei einer konventionellen Beckenübersichtsaufnahme anfallenden Dosis. Der zeitliche Aufwand einer kompletten Untersuchung ist um etwa ein Drittel reduziert; die schon zuvor hochgradige Exaktheit hat sich dabei noch erhöht. Diese Weiterentwicklung festigt nicht nur den Stellenwert der Röntgenstereoanalyse in der Forschung. Der Einsatz der Methode zur Nachbetreuung von Patienten in der klinischen Praxis ist ebenfalls näher gerückt.

Kontakt:
Dr. Dittmar Schwämmlein, PD Dr. Rocco Paolo Pitto
Orthopädische Klinik mit Poliklinik am Waldkrankenhaus St. Marien
Rathsberger Str. 57, 91054 Erlangen
Tel.: 09131/822 -303, -275, Fax: 09131/85 -23565
E-Mail: Dittmar.Schwaemmlein@ortho.med.uni-erlangen.de, pitho@ortho.med.uni-erlangen.de