Vorteile der computer-navigierten minimal invasiven Implantation einer Knie-Endoprothese

Transkript

1 Vorteile der computer-navigierten minimal invasiven Implantation einer Knie-Endoprothese Dr. med. Nicola Biasca, Facharzt FMH für Orthopädische Chirurgie und Traumatologie des Bewegungsapparates, Schwerpunkt Untere Extremitäten, Orthopädische Klinik Luzern AG, Hirslanden Klinik St. Anna, CH-6003 Luzern Die Implantation einer Knie Endoprothese, ausgeführt in der konventionellen Technik, gilt heute als eine der erfolgsreichsten Operationen bei fortgeschrittener Arthrose am Kniegelenk. Jährlich stellen wir in der Schweiz, bedingt durch die Zunahme des älteren Bevölkerungsanteils, die gestiegenen Ansprüche der Patienten in Bezug auf Aktivität und Mobilität sowie durch die Zunahme der jüngeren Patienten mit post-traumatischen Veränderung des Kniegelenkes, eine Steigerung der Anzahl implantierter Knie-Endoprothesen fest. Dr. med. Nicola Biasca In der Schweiz wurden laut Angaben von Verbrauchsdaten des Dachverbandes der Schweizerischen Handels- und Industrievereinigungen der Medizinaltechnik (Industrie Fasmed) im Jahr 2010 ca Knie-Endoprothese und Hüft-Prothese eingebaut, bei einem erwarteten Wachstum von ca. 3% bei Knie und 1% bei Hüftprothesen für In der Klinik St. Anna wurden im Jahr Knie-Endoprothesen und 217 Hüftprothesen eingebaut. Zahlreiche, langangelegte Follow-up Studien berichten über hohe Erfolgsraten von % nach Jahren in Bezug auf Schmerzreduktion, Verbesserung der Funktionalität und allgemeine Patientenzufriedenheit. Langzeitergebnisse vieler Studien nach 10 oder mehr Jahren berichten über Standzeitraten von mehr als 90% bei konventionellen Knie- Endoprothesen bei ideal rekonstruierter Beinachse. Ausserdem bestätigten Studien von Fang DM et al. und Ritter MA et al. aus Nord-Amerika mit mehr als Patienten von 1983 bis 2006 einen seit langem anerkannten Lehrsatz von Jeffery RS et al. (1991), dass «die Ausrichtung der Beine innerhalb von 0 0 ±3 0 der mechanischen Beinachse zur Verbesserung der Standzeit einer Endoprothese notwendig ist». Diese langangelegten Studien zeigten eine statistische signifikante verbesserte Überlebensrate der Knie-Endoprothesen bei einem femorotibialen Aligneteiltrauma und somit einer verlängerten Rehabilitationszeit kommen. 11 bis 19% der Patienten sind mit dem chirurgischen Endresultat aufgrund von Schmerzen und der verminderten Funktion nicht zufrieden. Die exakte und korrekte Ausrichtung der implantierten Komponenten und die Respektierung der anatomischen Strukturen gelten als wichtige Faktoren, die durch den Operateur während der Implantation unmittelbar kontrolliert werden können. Ungenauigkeiten in der Ausrichtung der einzelnen Prothesenkomponenten, unangemessener Bandausgleich sowie die fehlende Genauigkeit bei der Rekonstruktion der Gelenkslinie können häufig zu einem Ungleichgewicht führen und verhindern die Wiederherstellung der optimalen Gelenkskinematik. am Knie unter Verwendung des konventionellen Zugangs wird seit Jahren durch meine Kollegen an der Klinik St. Anna regelmässig und mit grossem Erfolg durchgeführt. Ich habe die Computer- Navigation in den 10 Jahren meiner Tätigkeit in Samedan angewendet. Primär mit konventionellem Zugang und im weiteren Verlauf, auch bedingt durch intensiven Erfahrungsaustausch mit Kollegen, habe ich den notwendigen chirurgischen Zugang progressiv verkleinern können. Die Bedeutung der exakten Positionierung der einzelnen Prothesenkomponenten und der korrekten Beinachse für den Erfolg der Knie-Endoprothetik 10 bis 20% der Revisionen wegen Schmerzen und Prothesenversagen sind auf eine unpräzise Implantation der Prothese, eine nicht optimal rekonstruierte Beinachse und auf Instabilität der Prothese zurückzuführen. Selbst in spezialisierten Zentren kann durch den konventionellen Einbau einer Knie-Endoprothese eine Abweichung der Implantationsgenauigkeit eintreten. Bedingt dadurch kann es zu Um diese Resultate zu erreichen, bedarf es häufig einer langen und beschwerlichen Rehabilitationszeit für die betroffenen Patienten, die von 6 Monaten bis zu einem Jahr andauern kann, bis die volle Funktionsfähigkeit wiederhergestellt ist. Bedingt durch den jeweiligen chirurgischen Zugang und die Implantationstechnik kann es zu einem grösseren Weichchronischen Knieschmerzen, Instabilität der Prothese und/oder an einem limitierten Bewegungsausmass des prothetisch versorgten Kniegelenkes kommen. Der Erfolg bei der Implantation einer Knie-Endoprothese hängt von verschieden Faktoren ab: Neben individuellen Eigenschaften des Patienten (wie z.b. BMI, Compliance, Motivation und Erwartungen), spielt das Design der Knie- Endoprothese ebenso eine Rolle wie der Zustand der aktiven und passiven Stabilisatoren des Kniegelenkes und der präoperativen Beweglichkeit des Kniegelenkes. Ein wesentlicher Aspekt, für die Standzeit der Knie-Endoprothese und damit auch der Patientenzufriedenheit, ist die korrekte Achsausrichtung der Extremität nach der Prothesenimplantation. Es ist seit Jahren bekannt, dass eine Achsfehlstellung in der Frontalebene mit einer asymmetrischer Belastung und daraus resultierend einer möglichen Lockerung der Prothese einher geht. Eine Fehlstellung der einzelnen Prothesenkomponenten und/oder der Beinachse in der sagittalen Ebene kann zu einer mangelhaften Beuge- und Streckfähigkeit, zu einer vermehrten Abnützung des Polyethylen Inlays und sogar zu einem erhöhten Frakturrisiko führen. In der Transversalebene wird insbesondere der Rotation der femoralen und tibialen Komponenten eine entscheidende Rolle beigemessen. Diese Fehlstellung kann nicht nur zu chronischen femoropatellaren Schmerzen und Instabilität der Patellarführung, sondern auch zu einer Asymmetrie zwischen Streck- und Beugespalt mit chronischen Schmerzen und Instabilität der Knie-Endoprothesen führen. 64 Luzerner Arzt 89/2012

2 ment zwischen und Valgus, was als optimales femorotibiale Alignement anerkannt wird. Weiterhin zeigten Fang DM et al., dass eine Varus Fehlalignement der tibialen Prothesenkomponente (jeder Varus-Fehlstellung kleiner als 90 0 ) ein 3.2-faches und eine Varus Achsfehlstellung der Beinachse sogar ein 6.9-fach erhöhtes Versagerrisiko der Knie-Endoprothese wegen Kollaps des medialen Tibiaplateau bedingen können. Bei zusätzlicher Berücksichtigung des Body-Mass-Index (BMI) zeigten diese Autoren, dass eine Varus Achsfehlstellung der Beinachse und eine BMI > 33.7 Kg/m 2 sogar ein 16-fach erhöhtes Versagensrisiko bei Knie-Endoprothesen entstehen lassen. Demgegenüber zeigte sich bei korrekten Alignement der Beinachse und erhöhtem BMI kein erhöhtes Risiko für ein Prothesenversagen. Fernerhin zeigten diese Autoren erstmalig, dass Fehlalignement der femoralen Prothesenkomponente ( 8 0 Valgus) auch für ein 5.1-fach erhöhtes Risiko eines Versagens der Knie-Endoprothese verantwortlich ist. Desweiteren gelang ihnen erstmals der Nachweis, dass die kompensatorische Korrektur des Alignements einer der beiden Prothesenkomponente bei gleichzeitigem Fehlalignement der anderen Prothesenkomponente, in keiner signifikanten Verminderung des Versagerrisikos der Knie-Endoprothese resultiert. Was ist eine computerassistierte Knienavigation? Verschieden extra- und intramedulläre Systeme wurden in den vergangenen Jahrzehnten entwickelt, um die Knie- Endoprothesen optimal zu platzieren. Trotz der Entwicklung verschiedener Orientierungshilfen zur Verbesserung der Genauigkeit bei der konventionellen Implantation von Knieprothesen, bestehen weiterhin diverse Einschränkungen. Diese Systeme führen leider, auch bei erfahren Chirurgen, nicht immer zu einer reproduzierbaren präzisen Achseinstellung, sodass nach verbesserten Optionen gesucht wurde. Seit der Einführung der computer-assistierten orthopädischen Chirurgie (CAOS) stehen nun eine Anzahl von Navigationssystemen zur Verfügung, die alle nach ähnlichen Prinzip funktionieren: Eine Raumkamera kann anatomische Markierungspunkte über fest am Knochen angebrachte Sensoren in dreidimensionaler Auflösung mit einer Sonde erfassen und über eine Infrarotkamera an ein kabelloses, PC-basiertes Na- vigationssystem reproduzierbar weiterleiten und ausmessen. Das System arbeitet auf röntgenfreier Basis und erfordert keinerlei präoperative Computertomographie oder intraoperative Durchleuchtung. Der Operateur kann intraoperativ die mehrdimensionale Darstellung dieser Markierungspunkte und die erfassten Daten als Entscheidungshilfe für die optimale Achsausrichtung und Orientierung der Prothese ausnützten, um Achsen und Ebene frei einzustellen. Die Präzision der Methode wurde mit 1 0 Rotations- und 1mm Translationabweichung angegeben. erlaubt dem Operateur eine Verbesserung der Implantationsgenauigkeit, eine Erleichterung der chirurgischen Ausführung, ermöglicht jeden Schritt der Operation zu verifizieren und bietet Unterstützung bei der Ausrichtung der Instrumente, der Probeimplantate und der endgültigen Prothesen. Intraoperativ bietet sich dem Operateur die Möglichkeit jede Osteotomie mit Hilfe der sog. «resection plane probe» dreidimensional zu überprüfen und auf dem Bildschirm zu visualisieren. Dieser Vorteil verbessert die Genauigkeit jeden einzelnen Schnittes (Abbildungen 1A-1D). (Abbildung 1 A) (Abbildung 1 B) Der Operateur kann bei grösstmöglicher Schonung der Weichteile und des Knochens mit der computer-assistierten Navigation die optimale Ausrichtung der Schnittebene erreichen. Intraoperative Übersichtsaufnahme zur Darstellung der proximalen Resektion der tibialen Knochenschnitt mit der computerassistierten MIS Knie Navigation durch einen minimal-invasiver «midvastus» Zugang. Intraoperative Detailaufnahme der proximalen tibialen Resektion mit der «Freihand-Technik» mit einem mobilen Schnittblock. Der Chirurg stellt den Schnittblock in die gewünschte Position gemäss Varus/Valgus, Flexion/Extension und Slope anhand der Daten auf dem Computer ein. Der Schnittblock wird dann in der gewünschten Position mit kleinen Nägeln fixiert. Anschliessend wird der entsprechende Knochenschnitt mit der Säge durchgeführt. Luzerner Arzt 89/

3 (Abbildung 1 C) Auf dem Computermonitor werden die gewünschte drei-dimensionalen Daten zur Ausrichtung der Schnittebene grafisch dargestellt. Hier beispielhaft die Darstellung der gewünschten Schnitteinstellung des proximalen Tibiaschnitts unter Berücksichtigung von Varus/Valgus, Resektionstiefe und Slope. (Abbildung 1 D) Der Operateur kann während der gesamten Operation die Genauigkeit der durchgeführten Schnitte mit einer sog. «verification plane probe» auf dem Bildschirm präzis visualisieren, definieren, eventuell nachkorrigieren und schlussendlich dokumentieren, was die zusätzliche Bedeutung der Navigation als Qualitätssicherungstool zu Dokumentation- und Beweiszwecken widerspiegelt. Hier die intraoperative Dokumentation der drei-dimensionalen Achsausrichtung der proximalen Tibiaschnittebene auf dem Computer. Im Vergleich hierzu wird das konventionelle Vorgehen durch die Abhängigkeit von extra-medullären Orientierungshilfen oder intra-medullären Steckachsen limitiert. Durch die Ausmessung erlaubt die Computer-Navigation eine Rekonstruktion und Optimierung der idealen biomechanischen Gelenksverhältnisse. Dem Operateur wird eine signifikante höhere Implantationsgenauigkeit und Weichteilmanagement gegenüber der konventio- nellen Methode ermöglicht. Das computerbasierte Navigationssystem trägt dazu bei und verbessert die Entscheidungsfindung für die Ausrichtung und die Orientierung der Instrumente, Prozesse und Implantate (Abbildungen 2A-2B). (Abbildungen 2A-B) Das computerbasierte Navigationssystem verbessert die Entscheidungsfindung für die Ausrichtung und Orientierung der Instrumente, Prozesse und Implantate. Weiterhin kann der Operateur die intraoperative virtuelle Planung von Implantatgrösse und -positionierung, sowie Inlayhöhe nach einer Plausibilitätsprüfung selbst an die gewünschte Kinematik des Gelenkes anpassen und dokumentieren. Hier die gewünschte Einstellung der distalen Femur Schnittebene bezüglich distalen und ventralen Resektionstiefe, Flexion/Extension, Rekonstruktion der Gelenkslinie und Inlayhöhe (2A), sowie der Varus/Valgus und Rotationsverhältnisse (2B). 66 Luzerner Arzt 89/2012

4 Während der gesamten Operation können die durchzuführende Schritte und Schnitte auf dem Bildschirm präzise visualisiert, definiert, eventuell nachkorrigiert und schlussendlich dokumentiert werden. Das spiegelt die zusätzliche Bedeutung der Navigation als Qualitätssicherungstool zu Dokumentation- und Beweiszwecken wider. Vorteile der Computerassistierte Knienavigation Verschiedene Autoren haben nachgewiesen, dass die Implantation von Knie- Endoprothesen mit Unterstützung der computer-assistierten Navigation auf Grundlage der Auswertung konventioneller radiologischer Bilder eine verbesserte Präzision bei verringerter Varianz der Achseinstellung bedeutet. Zusätzlich haben weitere Autoren zeigen können, dass mit Hilfe der computer-assistierten Navigation eine verbesserte reproduzierbare drei-dimensionale Ausrichtung (i.e. in der frontal-, sagittal-, und transversal Ebene) der einzelnen Prothesenkomponenten (gemessen auf Grundlage der Computertomographie) möglich ist. Obwohl eine Metaanalyse von Bauwens K et al. (2007) mit 3423 Patienten keinen Unterschied bei der mittleren Genauigkeit der postoperativen, mechanischen Achsverhältnisse im Vergleich von navigierten und konventionell implantierten Knie-Endoprothese aufdecken könnte, zeigte diese Analyse doch eine 25%ige Verminderung der Anzahl der Ausreisser von mindestens 3 starken Achsabweichung bei Verwendung der Navigation. Weiterhin zeigte eine andere Metaanalyse von Mason JB et al. (2007) mit gleicher Patientenzahl eine signifikante Verbesserung der Genauigkeit und der Reproduzierbarkeit der Ausrichtung der Prothesenkomponenten bei Verwendung einer computer-assistierten Navigationstechnik im Vergleich zum konventionellen Vorgehen. Es wurden insgesamt 29 Studien, die einen Vergleich zwischen den Ergebnissen einer computer-assistierten Navigation und konventioneller Implantationstechnik anstellten, identifiziert. Eine Achsabweichung (Varus/Valgus) von mehr als 3 fand sich bei 9% der computer-assistierten navigierten Implantationstechnik im Vergleich zu 31,8% bei der konventionellen Vorgehensweise. Mason JB et al. interpretierten die fehlenden Unterschiede der Achsverhältnisse in der vorangegangenen Metaanalyse als analytischen Fehler der Autoren. Zusätzlich zu diesen konventionellen radiologischen Auswertungen, konnte ein dreidimensionales Verfahren zur Bestimmung der Komponentenausrichtung zeigen, dass unter Zuhilfenahme der computer-assistierten Navigation eine deutlich höhere Präzision bei der Implantation zu erreichen war. Warum eine «Minimal Invasive» Computerassistierte Knienavigation? Durch die Erfahrung der Laparoskopie, der Knie- und Schulterarthroskopie, sowie der Implantation der Schlitten Knieprothese ist das Interesse an der minimal invasiven Chirurgie auch für die Knie-Endoprothetik seit Jahren zunehmend gestiegen. Bedenken bestanden initial insbesondere bezüglich einer verringerten Präzision bei der Implantatpositionierung bei Verwendung eines minimal invasiven Zugangs, da der Operationssitus nicht in gewohntem Masse einsehbar schien. Der Begriff «Minimal Invasiv» sollte vielmehr durch die Bezeichnung «Weichteilschonende» Computer-assistierte Knienavigation ersetzt werden, weil vor allem das geringere Weichteiltrauma, bedingt durch den schonenden Zugang unter Verwendung von speziell angepassten Instrumente im Vordergrund steht. Im Prinzip wird diese Operation wie die Implantation einer konventionellen Knie-Endoprothese durchgeführt. Allerdings wird ein deutlich verkleinerter Hautschnitt angewendet. Dadurch entsteht kein wesentlicher Weichteilschaden. Die Kniescheibe wird nicht aus ihrem Gleitlager luxiert. Die «Weichteilschonende» Operationsmethode erfordert ein eingespieltes Operationsteam. Durch den verkleinerten Zugang hat der Operateur nur eine beschränkte Sicht auf das Operationsgebiet. Aus einer falschen Einschätzung der Verhältnisse können eine falsche Position der Prothese mit einer Fehlposition und Instabilität der Prothesenteile resultieren. Das Sichtfeld des Operateurs auf den Situs ist stark eingeschränkt, birgt somit Gefahr, dass die für die Implantation notwendige Landmarken und Ebenen nur eingeschränkt beurteilbar sind. Weiterhin ist die mangelnde Übersicht eines der grössten Probleme bei der MIS Technik, hier kann die Computer-Navigation ihre Hauptrolle geltend machen. Aus diesem Grund soll dieser «minimal-invasive» Eingriff nur unter gleichzeitiger Verwendung der Computer-Navigation und durch einen erfahrenen Chirurgen durchgeführt werden. Trotzdem wird allein die Verwendung der computer-assistierten Navigation den Operateur nicht befähigen eine Knie-TEP genau und reproduzierbar zu implantieren. Dies gilt insbesondere für die minimal-invasive Technik. Eine grosse operative Erfahrung im Bereich der konventionellen Knieendoprothetik, chirurgische Fähigkeiten und Vertrautheit mit den Instrumenten sind unabdingbare Voraussetzungen um gute Resultate zu erreichen. Die «Weichteilschonende», computerassistierte Knienavigation bedeutet im besten Fall für den Patienten: geringere postoperative Schmerzen eine frühzeitige schmerzfreie Belastung des Knie einen verkürzte Krankenhausaufenthalt und häufig eine kürzere Rehabilitation was oft mit einer wesentlichen verbesserten Lebensqualität vergesellschaftet ist. Obwohl die Mehrzahl der bisher publizierten Studie noch nicht eindeutig nachweisen konnten, dass die exaktere Positionierung der Prothesenkomponenten klinische Relevanz zeigt, ist kürzlich erstmals eine prospektive randomisierte kontrollierte Studie von Choong PF et al. veröffentlicht worden, die beweist, dass die Wiederherstellung der idealen Beinasche doch klinisch relevant ist. Diese Studie hat eine signifikante höhere Genauigkeit der Wiederherstellung der mechanischen Achse nach einer computer-navigierten Implantation einer Knie-Endoprothese gegenüber einer konventionellen Methode gezeigt. Das wichtigste Resultat dieser Studie war der erstmalige Beweis, dass eine positive Korrelation zwischen der optimalen mechanischen Beinachse und der post-operativen Kniefunktion sowie der Lebensqualität nach Implantation einer Knie Endoprothese steht. Zusammenfassung Ähnlich wie bei der konventionellen Methode hängt die Erfolgsquote von der Erfahrung des eingespielten Operationsteams der prae- und post-operativen physiotherapeutischen Mitbehandlung sowie der engen Zusammenarbeit mit den zuweisenden Hausärzten ab. Es gibt auch Hinweise, dass ca. 20 bis 30% aller Revisionen bei exakterem Alignement der Beinachse und der einzelnen Prothesenteilen, sowie adäquater Balancierung der Weichteile nicht eingetreten wären. Die neueste internationale Literatur lässt vermuten, dass eine optimale Platzierung der Prothesenkomponenten und die exakte Wiederherstellung der Beinachse zu einer signifikant verbesserten Lebensqualität führen können, vor allem bedingt durch das funktionelle Ergebnis. unterstützt den Operateur während des Eingriffs durch die synchrone Integration klinischer Untersuchungen, wie die Ausrichtung des zu operierenden Beines und die Bewertung der Weichteilverhältnisse, in den intraoperativen Datensatz mit der exakten Berechnung der Positionierung der Prothesenkomponenten oder der aktuellen kinematischen Situation. Luzerner Arzt 89/

5 Die sogenannte «Weichteilschonende, Computer-assistierte Implantation» einer Knie-Endoprothese, ist eine Operationsmethode, die gegenüber der herkömmlichen («konventionellen») Methode entscheidende Vorteile bietet: - Die Computer-Navigation erlaubt dem erfahrenen Operateur eine präzise und optimale Ausrichtung der einzelnen Prothesenteile in allen dreidimensionalen Achsen. So wird eine bestmögliche Wiederherstellung der Beinachse und der Bandstabilität erreicht. - Der Minimal Invasive Chirurgische Zugang, oder besser gesagt der «Weichteilschonende chirurgische Zugang» erlaubt dem erfahrenen Chirurg eine weichteilschonende Operation unter Benutzung von speziell angepassten und verkleinerten chirurgischen In-strumente. Wir sind uns der Tatsache bewusst, dass die Exaktheit der Implantatpositionierung neben der Stabilität und dem Weichteiltrauma nur ein Ko-Faktor bezüglich der suboptimalen mechanischen Belastung und einer daraus resultierenden Lockerung und Verschleiss darstellt. Im Gegensatz zu den mechanischen Instrumentationssystemen, die auf einer visuellen Kontrolle zur Überprüfung der genauen Ausrichtung und der Stabilität der Prothese beruhen, besteht bei der computerassistierten Navigation zusätzlich die Möglichkeit verlässliche Messergebnisse der Kinematik und der Stabilität zu objektivieren und auf einem Bildschirm zu visualisieren. Bedingt durch den demografischen Wandel mit einer Zunahme des Anteils älterer Menschen, den veränderten und umfangreicheren Sport- und Freizeitaktivitäten, sowie durch die Zunahme der posttraumatischen Arthrose auch bei jungen Patienten nach schweren Unfällen wachsen die Ansprüche der Patienten. Diesen Ansprüchen können wir mit der «weichteilschonenden Methode» und Navigation besser gerecht werden. Der Anspruch, die Motivation und der Wille des Patienten selbst spielen sicher auch eine wichtige Rolle und hängen vom Alter und der Lebenseinstellung ab. Es ist sehr wichtig, dass der Patienten vor einer solchen Operation genauestens aufgeklärt wird, damit das Endresultat mit seinen Erwartungen korrespondiert. Allerdings möchte ich gern zusätzlich darauf hinweisen, keine übertriebene Hoffnung bzw. keine überschätzte Erwartungen zu hegen, weil die Implantation einer Knie-Prothese immer noch eine Operation mit all seinen Schmerzen und möglichen Komplikationen ist. Kontaktadresse: Dr. med. Nicola Biasca Facharzt FMH für Orthopädische Chirurgie und Traumatologie des Bewegungsapparates, Orthopädische Klinik Luzern AG, Hirslanden Klinik St. Anna, CH-6003 Luzern 68 Luzerner Arzt 89/2012