Medizinische Hochschule Hannover
Unfallchirurgische Klinik
(Direktor: Prof. Dr. med. C. Krettek, FRACS)
Die roboterassistierte Reposition von Femurschaftfrakturen
mittels intraoperativer dreidimensionaler Bildgebung
-
Eine experimentelle Studie
Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin der
Medizinischen Hochschule Hannover
Vorgelegt von
Jan Bredow
aus Köln
Hannover 2009
Angenommen vom Senat der Medizinischen Hochschule Hannover
am 08.09.2009
Gedruckt mit Genehmigung der Medizinischen Hochschule Hannover
Präsident/Präsidentin: Professor Dr. med. Dieter Bitter-Suermann
Betreuer der Arbeit: PD Dr. med. Thomas Gösling
Referent: PD Dr. med. Joachim Lotz
Korreferent: PD Dr. Ing. Christof Hurschler
Tag der mündlichen Prüfung: 08.09.2009
Promotionsausschussmitglieder:
Prof. Dr. Henning Windhagen
Prof. Dr. Claus Petersen
Prof. Dr. Michael Winkler
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG .................................................................................................. 5
1.1 Einführung ................................................................................................. 5
1.1.1 Vorangegangene Arbeit........................................................................ 7
1.2 Anatomie des Femurs ............................................................................... 8
1.3 Femurschaftfraktur.................................................................................. 10
1.3.1 Klassifikation ...................................................................................... 11
1.3.2 Behandlung von Femurschaftfrakturen .............................................. 12
1.3.3 Repositionshilfen ................................................................................ 12
1.3.4 Komplikationen bei Femurschaftfrakturen.......................................... 14
2 FRAGESTELLUNG ...................................................................................... 16
3 MATERIAL UND METHODEN...................................................................... 18
3.1 Reposition am exponierten Femur......................................................... 18
3.1.1 Roboterinstallation.............................................................................. 18
3.1.2 Roboterassistierte Reposition des exponierten Femurs..................... 26
3.1.3 Repositionsversuche .......................................................................... 28
3.2 Reposition am Kadaver........................................................................... 30
3.2.1 Reposition am Kadaverfemur............................................................. 30
3.2.2 Roboterinstallation.............................................................................. 30
3.2.3 Roboterassistierte Reposition am Kadaver ........................................ 31
3.2.4 Repositionsversuche am Kadaverfemur............................................. 33
3.2.5 Manuelle Reposition am Kadaverfemur ............................................. 33
3.2.6 Manuelle Repositionsversuche........................................................... 33
3.3 Fragestellung ........................................................................................... 34
4 ERGEBNISSE............................................................................................... 35
4.1 Ergebnisse der Reposition am exponierten Femur.............................. 35
4.2 Ergebnisse der Reposition am Femur mit Weichteil ............................ 38
5 DISKUSSION................................................................................................ 43
6 ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................ 53
7 LITERATURVERZEICHNIS.......................................................................... 56
8 DANKSAGUNG ............................................................................................ 64
9 CURRICULUM VITAE .................................................................................. 65
10 ERKLÄRUNG NACH § 2 ABS. 2 NR. 5 UND 6 DER PROMO:.................... 67
11 ANHANG....................................................................................................... 68
1 Einleitung Seite 5
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
1 Einleitung
1.1 Einführung
Die gedeckte Marknagelung gilt heute als Standardverfahren zur Behandlung der
Femurschaftfraktur [1-3]. Bei der antegraden Nagelung wird der Nagel am
proximalen Anteil des Femurs im Bereich der sogenannten Fossa piriformis in den
Markraum eingeführt, um nach der Reposition der Fraktur in das distale Fragment
vorgeschlagen zu werden und so die beiden Fragmente in ihrer Position zu
fixieren. Durch hohe Heilungsraten von 90-99% und eine geringe Inzidenz (<10%)
von Infektionen hat sich diese minimal-invasive Technik als Standard etabliert
[4-9].
In der Literatur sind einige Nachteile der Technik beschrieben. Insbesondere das
Fehlen einer direkten Visualisierung des Knochens birgt Schwierigkeiten bei der
Repositionskontrolle. An dieser Stelle ist der intraoperative Einsatz der
Durchleuchtungstechnik [10] entscheidend. Die konventionelle Durchleuchtungs-
technik liefert jedoch lediglich eine zweidimensionale Abbildung einer
Betrachtungsebene. Je gleichmäßiger der frakturierte Schaft ist, desto schwieriger
ist die Orientierung anhand dieser Bildgebung. Es finden sich dazu mehrere
Berichte in der Literatur [10-15]. Die publizierten Studien über
Repositionsprobleme am Femur beschränken sich vorwiegend auf die
Marknagelung als die am weitesten etablierte Methode. Bei Reposition und
Osteosynthese ist die Strahlenbelastung für Patient und Personal noch sehr hoch.
Untersuchungen, die direkt auf die Durchleuchtungszeit eingehen, zeigen hier
Durchschnittswerte zwischen 158 und 316 Sekunden [7,16].
Postoperative Fehlstellungen sind ein weiteres Problem. Während der
intraoperativen Reposition mit der zweidimensionalen Bildgebung ist die exakte
1 Einleitung Seite 6
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Rotation um die Längsachse des Femurs schwer zu beurteilen. So sind
Rotationsdifferenzen von über 10° mit 40 Prozent un d mehr nach einer Reposition
und Fixierung mittels Marknagel in der Literatur beschrieben [6,13].
Aber auch Achsabweichungen in der Sagittal- bzw. der Frontalebene von bis zu
18° [5,6,13,17] und Verkürzungen des Femurs (Beinlä ngendifferenzen) um mehr
als 2 cm [6,13] finden sich bei Anwendung dieser Technik.
Beinlängendifferenzen führen in der Regel zu einem Beckenschiefstand, der
wiederum Veränderungen in der Körperhaltung und der Wirbelsäule (Skoliose)
nach sich zieht. Langfristig führen diese Veränderungen zu chronischen
Schmerzen. Durch Torsionsdifferenzen werden insbesondere die Gelenke
beansprucht, die die neue entstandene Fehlstellung kompensieren müssen. In der
Regel hat dies einen erhöhten Verschleiß zur Folge. Dies führt in einzelnen Fällen
sogar dazu, dass die Fehlstellungen operativ korrigiert werden müssen [15,18].
Die Probleme stehen in enger Beziehung zu den Schwierigkeiten, die exakte
Position bei der Reposition zu erreichen und zu halten. Diese Schwierigkeiten
hängen vor allem auch damit zusammen, dass durch den starken Weichteilmantel
erhebliche Kräfte und Drehmomente auf das Femur wirken [19].
Die computerassistierte Chirurgie hat sich zum Ziel gesetzt, die Präzision der
Reposition bei gleichzeitiger Reduktion der Strahlenexposition zu erhöhen [11,20].
Neue Möglichkeiten zur Behandlung von Femurschaftfrakturen werden immer
weiter erforscht. Einige, wie zum Beispiel die Navigation, sind schon soweit
entwickelt, dass sie bereits in den klinischen Alltag integriert sind [21-24]. Andere
unterstützende Geräte, wie zum Beispiel die Robotertechnik, sind noch in einer
frühen Entwicklungsphase [25-27]. All diese Techniken und Entwicklungen haben
das gemeinsame Ziel, die Repositionsgenauigkeit und die anschließende
Fixierung der Femurfragmente zu optimieren.
1 Einleitung Seite 7
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
1.1.1 Vorangegangene Arbeit
Die vorliegende Arbeit ist ein Teilprojekt im Rahmen des DFG-Projektes
„Roboterunterstützte Femurmarknagelung (KR2161/1 - 1 und - 2).“ In den ersten
Studien wurde die Repositionsarbeit des Systems mit dem Roboter mittels eines
vereinfachten Laboraufbaus evaluiert [26,28-31]. Es wurden für die Darstellung
des frakturierten Femurs CCD-Kameras anstelle der Röntgengeräte verwendet
und die Reposition fand an einem Plastikknochen mit einer Fraktur ohne
Weichteile und damit auch ohne Gegenkräfte statt. Die Ergebnisse [26] dieser
einleitenden Studie waren der Grundstein für die Weiterentwicklung dieser gut
kontrollierbaren und schonenden Methode der roboterassistierten
Frakturreposition.
Dieser Laboraufbau musste im zweiten Schritt in eine eher klinische orientierte
Umgebung übertragen werden. Dazu wurden menschliche Kadaver und die
Kombination aus röntgenologischer Bildgebung und einem Navigationsgerät
verwandt. Man versuchte sich in dieser Studie so nah wie möglich am klinischen
Alltag zu orientieren [32].
Es konnte gezeigt werden, dass die roboterassistierten Frakturrepositionen auch
in der klinischen Simulation durchführbar sind. Die Repositionsergebnisse waren
ungefähr auf dem Niveau der konventionellen Methode, jedoch konnte die
erforderliche Röntgenstrahlungszeit deutlich reduziert werden [32].
Die Repositionsgenauigkeit war nicht besser als die der konventionellen
manuellen Methode. Entscheidend zu sein schien, dass die CCD-Kameras eine
Oberflächenbetrachtung zuließen, während die Durchleuchtung eine projizierte 2-
D Darstellung lieferte. So konnte man zusammenfassend sagen, dass die auf der
2D-Bildgebung basierende roboterassistierte Reposition möglich ist, jedoch,
abgesehen von der herabgesetzten Strahlenbelastung, keine Verbesserung der
Repositionsgenauigkeit bringt. Die zweidimensionale Repositionskontrolle zeigte
sich somit als einflussreichster limitierender Faktor. In dieser Arbeit soll nun die
roboterassistierte Frakturreposition, basierend auf der intraoperativen 3D-
Bildgebung der Fraktur, am Beispiel des Femurs untersucht werden. Hierdurch
1 Einleitung Seite 8
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
wird eine signifikante Verbesserung der Repositionsgenauigkeit erwartet. Die
Ergebnisse dieser Studie werden hier vorgestellt und im Zusammenhang mit den
möglichen Vorteilen für Patienten und Chirurgen diskutiert.
1.2 Anatomie des Femurs
Das Bein bzw. die untere
Extremität lässt sich
anatomisch in vier
Skelettabschnitte einteilen.
Das sind neben dem
Beckengürtel der Ober-
schenkel, der Unter-
schenkel und der Fuß. Im
Folgenden wird der
Oberschenkel beschrieben
werden.
Der Oberschenkelknochen
(Femur) ist der längste
und stärkste Röhren-
knochen des menschlichen Körpers. Kranial liegt das Femur mit dem Caput
femoris dem Acetabulum an, welches das Caput femoris über seinen Äquator
hinaus umschließt. Die Verbindung zwischen dem Hüftkopf und dem Femurschaft
stellt das Collum femoris dar. Das Collum femoris ist beim Erwachsenen gegen
den Femurschaft in einem mittleren Winkel von 128 Grad abgespreizt. Dieser
Winkel wird auch Centrum-Collum-Diaphysen-Winkel (CCD-Winkel) genannt. Bei
normaler Stellung steht das Collum femoris nicht transversal sondern ist um ca.
10 Grad nach außen rotiert (Antetorsionswinkel). Am distalen Ende des Femurs
befinden sich Condylus mediale und laterale, die mit dem Tibiaplateau
artikulieren. Dieses Gelenk wird durch die zwei kräftigen Ligg. cruciata anterius
Abbildung 1: anatomische Übersicht eines Femurs (aus „Atlas der Anatomie des Menschen“; Frank H. Netter)
1 Einleitung Seite 9
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
und posterius, sowie den Innen- und den Außenmenisken (medial und lateral
durch die Ligg. collateralia mediale und laterale geführt) verstärkt. [33]
Am Femurschaft liegt dorsal die Linea aspera (rauhe Linie), die den nach
streckseitig konvex gekrümmten Femur verstärkt und den Muskeln als Ansatz
dient. [34]
Es gibt zwei verschiedene Gruppen von Muskeln, die am Femur ihren Ursprung
beziehungsweise Ansatz haben. Da sind zum einen die Hüftmuskeln. Zu dieser
Gruppe gehören der M. iliopsoas, welcher seinen Ursprung zwischen dem
zwölften Brustwirbelkörper bis vierten Lendenwirbelkörper als auch der Fossa
iliaca findet und am Trochanter major ansetzt, der M.glutaeus maximus, der vom
knöchernden Beckenrand zur Fascia lata und Tractus iliotibialis zieht. Des
weiteren ziehen noch die Abduktoren Mm. Glutei medius und minimus von der
Darmbeinschaufel zum Trochanter major, die Adduktoren M. adductor brevis,
longus et magnus, M. gracilis und M. pectineus entspringen am vorderen
Beckenring und setzen an diversen Stellen des Femurs an. Außenrotatoren sind
der M. piriformis, M. obturatorius externus und internus, die Mm. gemelli sowie der
M. quadratus femoris. Als Innenrotator wirkt der M. tensor fasciae latae, der
außerdem den Tractus iliotibialis spannt. Dieser Tractus iliotibialis dient als
Zuggurtung zum nach lateral gebogenen Femur. Wie man dem Namen
entnehmen kann, verbindet er das Os ilium (Crista iliaca) mit der Tibia. Es sind
der M. tensor fasciae latae von vorne, und der M. glutaeus maximus von hinten,
die in den Tractus iliotibialis einstrahlen. Dadurch wird ein Gegengewicht zu den
Biegekräften, die von medial auf den Femur wirken, geschaffen. Dabei wirken sie
auf das Kniegelenk stabilisierend und unterstützen auch die Abduktion.
Neben den genannten Hüftmuskeln gibt es noch die Oberschenkelmuskeln, die
sich in Extensoren und Flexoren kategorisieren lassen. Die Extensoren sind der
M. quadriceps femoris, der aus dem M. rectus femoris und dem M. vastus
medialis, lateralis und intermedius besteht, sowie der M. sartorius. Als Flexoren
bezeichnet man M. biceps femoris, M. semitendinosus und M. semimebranosus.
1 Einleitung Seite 10
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Diese Muskeln werden auch ischiokrurale Muskulatur genannt, da sie allesamt
vom Sitzhöcker zu den beiden Unterschenkelknochen ziehen. [34]
Gefäße
Die A. iliaca externa geht in Höhe des Leistenbands in die A. femoralis über, aus
welcher nach kurzem Verlauf die A. profunda femoris abzweigt und welche ab
dem Adduktorenschlitz zur A. poplitea wird. Aus dieser Arterie werden dann auch
die weiter distal gelegenen Regionen arteriell versorgt.
Der venöse Rückstrom erfolgt oberflächlich über die V. saphena magna und
parva, in der Tiefe über die Vv. Tibialis anteriores und posteriores in die V.
poplitea und schließlich in die V. femoralis. [34]
Nerven
Der Plexus lumbalis stammt aus den Vorderästen der Spinalnerven Th 12 bis L 4.
Der Plexus lumbalis gibt im weiteren Verlauf folgende Äste ab: N. oturatorius, N.
femoralis, N. ilioinguinalis, N. genitofemoralis, N. cutaneus femoris lateralis.
Der Plexus ischiadicus kommt aus den Spinalnerven L4 bis S3, woraus der N.
glutaeus superior und inferior, N. cutaneus femoris posterior als auch der N.
ischiadicus, der sich dann in N. tibialis und N. peroneus communis aufteilt,
entspringen.
1.3 Femurschaftfraktur
Man teilt die Femurschaftfrakturen in zwei Gruppen. Zum einen die Low-Energy-
Traumata, welche häufig bei älteren Menschen mit Osteoporose auftreten. Zum
anderen die High-Energy-Traumata, welche eher bei jüngeren Patienten auftreten.
Diese ereignen sich meist nur nach großen Gewalteinwirkungen (z.B. nach
1 Einleitung Seite 11
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Verkehrsunfällen o.ä.) [35], da es großer Kräfte bedarf den stärksten
Röhrenknochen des menschlichen Körpers zu frakturieren [34].
1.3.1 Klassifikation
Die am weitesten verbreitete Klassifikation ist die Klassifikation der
Arbeitsgemeinschaft für Osteosynthese (AO), die nun auch von der Orthopaedic
Trauma Association (OTA) übernommen wurde [36]:
• Einfache Frakturen: A1 spiralförmig
A2 schräg
A3 quer
• Keilfrakturen: B1 Drehkeil
B2 Biegungskeil
B3 fragmentierter Keil
• Komplexe Frakturen: C1 spiralförmig
C2 etagenförmig
C3 ausgedehnte Trümmerzone
Abbildung 2: AO-Klassifikation von Femurschaftfrakturen [Müller 90]
1 Einleitung Seite 12
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
1.3.2 Behandlung von Femurschaftfrakturen
Für die Therapie der Femurschaftfraktur stehen mehrere Verfahren zur
Verfügung:
- unaufgebohrter Marknagel
- aufgebohrter Marknagel
- Fixateur externa
- Platten- oder Verbundosteosynthese
Die am häufigsten durchgeführte und anerkannteste Methode bei der Behandlung
von Femurschaftfrakturen stellt heute Verriegelungsnagelung dar, wobei noch
über die aufgebohrte und nichtaufgebohrte Technik debattiert wird [37-40]. Die
Problematik bei der Behandlung ergibt sich dadurch, dass das
Repositionsergebnis provisorisch so lange gehalten werden muss, bis die korrekte
Stellung verifiziert und fixiert worden ist. Das Ziel bei der Reposition von
Femurschaftfrakturen ist es die korrekte Achse, Länge und Rotation der beiden
Hauptfragmente zu rekonstruieren, dabei toleriert man Fehlstellungen der
Zwischenfragmente zugunsten des periostalen Verbundes [34]. Um eine
möglichst rigide Retention der Reposition folgen zu lassen, bedient man sich
einiger Hilfsmittel.
1.3.3 Repositionshilfen
Entscheidend bei der Reposition ist das vorsichtige und schonende Vorgehen des
Chirurgen. Grobe oder wiederholte Repositionen können zu weiteren
Weichteilschädigungen führen, welche einen negativen Effekt auf die Heilung der
Fraktur, die Wundheilung, das Infektionsrisiko und die funktionelle Rehabilitation
haben können [41]. Man braucht häufig Hilfsgeräte, da durch den kräftigen
1 Einleitung Seite 13
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Weichteilmantel erhebliche Kräfte zwischen den Hauptfragmenten bei der
Reposition wirken können, die der Chirurg erst überwinden muss, um dann die
exakte und schonende Reposition und Retention durchführen zu können. In
Untersuchungen aus der eigenen Arbeitsgruppe konnten hier maximale Kräfte von
411 N und maximale Drehmomente von 74 Nm gefunden werden [42]. Der
voluminöse Weichteilmantel des Femurs verantwortet bei der manuellen
Reposition noch eine weitere Schwierigkeit. Die Manipulation des zentral
gelegenen Knochens ist direkt nicht möglich. Die im klinischen Alltag zur
Frakturreposition eingesetzten Hilfsmittel funktionieren alle auf mechanischer
Basis und können als Repositionswerkzeuge angesehen werden.
1.3.3.1 Extensionstisch
Das Prinzip des Extensionstisches beruht auf einem Zug in Längsrichtung des
Schaftes, welcher der Verkürzung der Frakturenden durch die Weichteile
entgegenwirkt [7].
Durch das Erreichen eines Kräfte- und Momentgleichgewichtes richtet sich der
Knochen im Weichteilverbund entlang seiner ursprünglichen Achse aus. Über
einen Steinmann-Pin, welcher in das distale Femurende eingebracht wird, der Zug
ausgeübt. Alternativ kann die Extension auch über einen so genannten „Schuh“
erfolgen, der eine sichere Einspannung des Fußes im Extensionstisch ermöglicht.
Das Zug- und Gegenzugprinzip bedingt die Notwendigkeit einer proximalen
Abstützung. Da das proximale Frakturende nicht am OP-Tisch fixiert ist, werden
das Scham- und Sitzbein gegen einen Poller abgestützt. Hierbei sind
Schädigungen des N. pudendus bis hin zur erektilen Dysfunktion beschrieben
[43,44]. Studien zeigen zudem eine Verlängerung der Gesamtoperationszeit durch
die Verwendung eines Extensionstisches [14,45,46]. Es zeigt sich, dass die
Benutzung eines Extensionstisches zu einer höheren Rate an Fehlstellungen im
Vergleich zur manuellen Reposition führt [14]. Außerdem ist eine sichere
Retention der Fraktur nicht gegeben, da durch äußere Kräfte und Momente
während der Operation das Gleichgewicht des Zug- und Gegenzugsprinzip gestört
werden kann.
1 Einleitung Seite 14
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
1.3.3.2 Distraktor
Der Distraktor stellt eine Verbindung zweier Schanzschrauben über einer Spindel
dar [47,48]. Hierdurch kann einerseits entlang der Spindel eine Distraktion erzeugt
werden, andererseits bietet dieses Verfahren die Möglichkeit das erreichte
Repositionsergebnis zu fixieren. Nachteilig bleibt hierbei jedoch, dass es durch die
feste Verbindung zu einem Verlust an Freiheitsgraden mit eingeschränkter
Mobilität der beiden Frakturfragmente gegeneinander kommt, was zu einer
erschwerten Reposition führt.
1.3.3.3 Joystick
Die „Joystick“-Methode beruht auf dem Einbringen je einer Schanzschraube im
proximalen und distalen
Fragment des frakturierten
Femurs [49]. Diese Schanz-
schrauben dienen dem
Operateur dazu, direkt den
Knochen, durch den Weich-
teilmantel hindurch, zu
manipulieren. Nachteilig sind
jedoch die alleinige Kraft-
aufbringung des Operateurs
sowie die fehlende Retention
der Reposition.
1.3.4 Komplikationen bei Femurschaftfrakturen
Als mögliche Komplikationen bei der Versorgung von Femurschaftfrakturen treten
neben Nachblutungen, Infektionen, Thrombosen, Embolien, ARDS, und
Pseudarthrosebildung [35], insbesondere Fehlstellungen auf [35,37]. Diese
Abbildung 3: Darstellung der Joystick-Reposition
über zwei Schanzschrauben mit T-Griff
1 Einleitung Seite 15
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Fehlstellungen zeigen sich als Torsionsfehler, Beinlängendifferenzen oder als eine
ausgeprägte Varus- bzw. Valgusstellung der Beine.
2 Fragestellung Seite 16
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
2 Fragestellung
Die Idee zur Entwicklung der roboterassistierten Reposition von
Femurschaftfrakturen mittels intraoperativer dreidimensionaler Bildgebung ergab
sich aus den fortbestehenden Schwierigkeiten bei der Behandlung der
Femurschaftfraktur mittels Marknagel. Die hohe Strahlenexposition und die
Komplikationen nach Fehlstellungen bei der geschlossenen Behandlung von
Femurschaftfrakturen sind ausführlich beschrieben (siehe Kapitel 1.1). In diesen
Punkten erwarten wir durch die roboterassistierte Reposition mit unserem
Verfahren eine deutliche Verbesserung.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Genauigkeit der roboterassistierten
Reposition von Femurschaftfrakturen unter Verwendung dreidimensionaler
Bildgebung untersucht. Bisher wurde die roboterassistierte Reposition von
Femurschaftfrakturen ausschließlich mit einer zweidimensionalen Bildgebung
durchgeführt. Die Repositionsergebnisse waren im Vergleich zu den
konventionellen Repositionsmethoden nicht besser.
Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer roboterassistierten
Frakturreposition basierend auf einer intraoperativen dreidimensionalen
Bildgebung.
Auf Grundlage der Erkenntnisse der vorherigen Studien (siehe Kapitel 1.1.1)
führten wir mit dem neu entwickelten System zunächst Vorversuche an
exponierten Femora durch. Die Erkenntnisse aus dem Vorversuch sollten
anschließend für die Reposition am Kadaver genutzt werden. Die
Repositionsgenauigkeit des Systems war der primäre Zielparameter.
Folgende Fragen sollen im Rahmen der Arbeit beantwortet werden:
Ist eine roboterassistierte Frakturreposition auch mit einer komplexeren
dreidimensionalen Bildgebung möglich?
2 Fragestellung Seite 17
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Welche Repositionsgenauigkeit kann mit einer roboterassistierten Reposition
mittels dreidimensionaler Bildgebung im Vergleich zu der konventionellen
Joystick-Methode erreicht werden?
Wie viel Zeit benötigt eine roboterassistierte Reposition im Vergleich zu der
konventionellen Methode?
3 Material und Methoden Seite 18
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
3 Material und Methoden
3.1 Reposition am exponierten Femur
Der Roboter wurde als Manipulator mit 1:1 Aktion vom Chirurgen ausgehend
eingesetzt. Es sollte die relative Position der beiden Hauptfragmente bezogen auf
alle 6 Freiheitsgrade nach der Reposition mit dem Femur vor Frakturierung
verglichen werden, um so die exakte Fehlstellung ermitteln zu können. Dazu
wurde ein passives optisches Navigationssystem (VectorVision, BrainLAB,
München, Deutschland, http://www.brainlab.com) genutzt (Abbildung 5). Die
Zielgröße war die Repositionsqualität als Abweichung gegenüber dem intakten
Femur.
3.1.1 Roboterinstallation
Hardware
Für die Versuche wurde ein
Industrieroboter (RX 90,
Stäubli Tec-Systems,
Bayreuth, Germany,
http://www.staubli.com)
ausgewählt (Abbildung 4). Die
Nennlast beträgt 6 kg, die
Höchstlast 11 kg. Der Roboter
besitzt eine Wiederholungs-
genauigkeit von +/- 0,02 mm
bei einer Reichweite von 985
mm (alle Daten Hersteller-
angaben). Die Steuerung
erfolgte über
Abbildung 4: Roboter Stäubli RX 90 (Stäubli Tec-Systems; Faverges, Frankreich)
3 Material und Methoden Seite 19
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
den CS7B Controller, der in V+ programmierbar ist. Zur Befestigung des Roboters
wurde in den Forschungswerkstätten der Medizinischen Hochschule eine fahrbare
Konsole konstruiert, die durch einen Rollmechanismus ein einfaches Manövrieren
des Roboters erlaubte. Nach Justierung des Roboters am Operationstisch kann
durch einen Kurbelmechanismus ein fester Stand des 150 kg schweren Roboters
erreicht werden. Am Roboterarm ist eine sechsarmige Kraft-Momentendose
(Modell FT Delta SI-660-60; Fa. Schunk, Lauffen, Germany,
http://www.schunk.de) angebracht. Diese ist über den bereits beschriebenen ISA-
Slot mit einem herkömmlichen Personalcomputer (Pentium® 4 2.8 GHz,
Microsoft® Windows® 2000) verbunden.
Dieser wird im Folgenden die Kontrolleinheit genannt. Die Kontrolleinheit ist über
eine Ethernet TCP/ IP Socket Verbindung mit der CS7B-Kontrolleinheit des
Roboters verbunden. Zur
Programmierung des Roboters wurde
Zero als Frame-based C-Library,
basierend auf Vorarbeiten des IRP der
TU Braunschweig, genutzt [50].
Als Steuerungs-Tool für die
Repositionsbewegung durch den
Chirurgen wurde ein ForceFeedback
Joystick (Microsoft SideWinder Force
Feedback 2, Microsoft Corporation, USA,
http://www.microsoft.com) eingesetzt. Für
die Bildgebung wurde ein kommerzieller
3D-Röntgenbildverstärker (Siemens
Siremobil Iso C 3D, Siemens AG, Medical
Solutions; Erlangen, Germany)
eingesetzt, der auch in der täglichen OP-
Praxis der Unfallchirurgischen Klinik genutzt wird. Die Zuordnung der beiden
Hauptfragmente, des Roboters im Raum und der durchgeführten
dreidimensionalen BV-Bildgebung erfolgte über das o.g. Navigationssystem. Die
Daten des Navigationssystems wurden sowohl während der Reposition zur
Abbildung 5: Navigationssystem (VectorVision, BrainLAB, Munich, Germany)
3 Material und Methoden Seite 20
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Schanzschraube
30°Führung
90°Führung
Konterschrauben
Fixierschraube
Klemmvorrichtung
Abbildung 6: Darstellung der distalen Drei-
Punkt-Fixierung am Knochenmodell.
Steuerung, als auch prä- und postoperativ zum Repositionsvergleich benötigt. Der
Anschluss an die Kontrolleinheit erfolgte über eine zweite Ethernet TCP/ IP-
Socket-Verbindung.
Zur Fixierung des proximalen
Fragmentes wurde der Prototyp
eines pneumatischen Fixierungs-
armes des AO-Development-
Institutes genutzt (ADI, Davos,
Schweiz, http://www.ao-asif.ch).
Dieser besitzt an seinem Ende
eine Vorrichtung zur Fixierung
zweier Schanzschrauben. Der
Fixierungsarm konnte am OP-
Tisch befestigt werden. Sein Ende
ließ sich über eine Höheneinstellung und vier Scharniergelenke frei im Raum
positionieren. Die Fixationseinheit ist an ein Druckluftsystem angeschlossen, das
durch Betätigung eines Fußschalters eine Blockierung der Gelenke und der
Höhenverstellbarkeit herbeiführt. Die Fixierung der Schanzschrauben erfolgte im
Schenkelhals. Die Fixierung des distalen Fragmentes am Roboterarm erfolgte
durch eine in vorherigen Studien der Arbeitsgruppe bereits getestete
Dreipunktfixierung mit einem Schanzschraubenwinkel von 90 Grad (Abbildung 6).
Die Schanzschraube wurde hierbei monokortikal in die anteriore Kortikalis
eingebracht. Zwischen Roboterarm und Haltegerät befinden sich zum einen die
o.g. Kraft- /Momentendose, zum anderen ein pneumatischer Knickschutz (ULS
100, IPRIntelligente Peripherie für Roboter GmbH, Schwaigern, Germany,
http://www.iprautomation.com). Die Fixierung des Haltegerätes erfolgte durch eine
Steckverbindung, die durch eine Konterschraube gesichert wurde.
Software
Die Programmierung der Kontrolleinheit erfolgte in Visual C++® 7.1 (Microsoft
Corporation, USA, http://www.microsoft.com). Das Steuerungsprogramm
verarbeitete die eingehenden Informationen des Navigationssystems, des
3 Material und Methoden Seite 21
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Joysticks und der Kontrolleinheit des Roboters. Die Repositionseingaben des
Chirurgen wurden so in gezielte Bewegungen des distalen Fragmentes in Relation
zu dem proximalen Fragment umgesetzt. Als weitere eingehende Information
werden die Daten der Kraft-/Momentendose verarbeitet. Das
Steuerungsprogramm besaß eine Maske für den Informationsaustausch mit dem
Chirurgen. Um Positionen einzelner Elemente durch das Navigationssystem im
Raum bestimmen zu können, müssen diese mit einer Referenzbasis versehen
sein. Das verwendete Navigationssystem ist ein passives optisches System, d.h.
die Referenzbasen werden durch Reflektion des ausgesendeten Wellenspektrums
erkannt und die Koordinaten im Raum bestimmt. Jede Referenzbasis erzeugt ein
eigenes Koordinatensystem.
Das verwendete Navigationssystem kann im benutzten 2D-Modus drei
Referenzbasen gleichzeitig erkennen. Um eine Identifizierung der Referenzbasen
zu gewährleisten, müssen die reflektierenden Markerkugeln in einer bestimmten
Position zueinander angeordnet sein (Abbildung 8). Vorgesehen sind eine
sogenannte Y-Geometrie, eine T-Geometrie und eine SMS-Geometrie. In der
Nutzung des Repositionsmoduls des Navigationssystems ist die Y-Geometrie als
Abbildung 7: Gesamtaufbau mit exponiertem Femur; im Vordergrund der Siemens ISO-C 3D
3 Material und Methoden Seite 22
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Referenzbasis für das proximale Fragment, die T-Geometrie als Referenzbasis für
das distale Fragment und die SMS-Geometrie als Referenzbasis für ein
Instrument (z.B. Bohrer) vorgesehen (siehe 3.1.2 Abbildung 11). Wir haben diese
Festlegung übernommen. Basierend auf den mechanischen Testungen in
vorherigen Studien unserer Arbeitsgruppe sind bei der verwendeten Halterung die
Abweichungen zwischen der Position des distalen Fragmentes und des
Roboterarms als gering anzusehen. Somit wäre es ausreichend, Roboter und
distales Fragment lediglich mit einer gemeinsamen Referenzbasis (z.B. der T-
Geometrie) zu versehen. Um jedoch mögliche relative Bewegungen des Roboters
zum distalen Fragment als störenden Faktor auszuschließen, wurde der Roboter
zusätzlich durch die SMS-Geometrie referenziert. Das gesamte System bestand
nunmehr aus mehreren Subsystemen mit eigenen Koordinatensystemen
(Navigationssystem, Bildwandler mit erzeugten dreidimensionalen Abbildungen,
proximales Fragment, distales Fragment und Roboter).
Alle diese Koordinatensysteme
mussten in ein Basiskoordinaten-
system transferiert werden. Dieser
Prozess nennt sich Registrierung.
Die Registrierung wurde vom
verwendeten Navigationssystem
durchgeführt und wird daher nicht
weiter ausgeführt. Auf die
Kalibrierung und die Transformation
der BV-Bilder wird ebenfalls nicht
weiter eingegangen, da diese
ebenfalls durch das kommerziell
erhältliche Navigationssystem
gewährleistet werden. Das
Navigationssystem nutzt als
Bezugskoordinatensystem das
Koordinatensystem der Y-Geometrie. Der Registrierung zwischen dem Roboter
Abbildung 8: Navigationssystem und installierte DRB-Geometrien
3 Material und Methoden Seite 23
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
und den anderen Subsystemen kommt entscheidende Bedeutung bei. Der
Software auf der Kontrolleinheit ist es nun möglich alle entscheidenden Punkte
und Relationen im Raum (Y-Geometrie, T-Geometrie, SMS-Geometrie,
Frakturenden, Frakturzentrum) zu bestimmen. Der Manipulator muss an der
Eingabemaske eingeben, ob es sich um einen linken oder rechten Oberschenkel
handelt.
Die Joystickachsen mussten dementsprechend gespiegelt werden. Die
Frakturreposition begann mit der Akquisition einer dreidimensionalen Abbildung
des distalen und des proximalen Femurs. Die dreidimensionale Reposition wurde
hierbei in zwei zweidimensionale Repositionen unterteilt. Die Bewegungsebene
entsprach hierbei der angewählten Betrachtungsebene. Durch einen Kippschalter
am Joystick war es möglich, die Betrachtungsebene dahingehend zu verändern,
Abbildung 9: Darstellung der Joystickfunktionen. Weitere Informationen im Text.
3 Material und Methoden Seite 24
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
dass sich beide Fragmente je nach Betätigung des Schalters nach oben oder
unten um die Knochenachse drehten.
Bei Manipulationen wurde das proximale Fragment bei starrer Verbindung zur Y-
Geometrie als fix angesehen. Im Bild war ausschließlich das distale Fragment
entsprechend der durchgeführten Manipulation in Relation zum proximalen
Fragment zu bewegen.
Für translationale Bewegungen eignet sich die Abbildung bzw. Visualisierung am
PC sehr gut, da die Bewegung intuitiv möglich ist [51]. Um eine Rotation
durchzuführen, drückt man zuerst eine dafür belegte Taste am Joystick, die in den
Rotationsmodus führt. Während diese gedrückt wird, kann man nun mit einer
Rechts- bzw. Linksbewegung des Joysticks eine Außen- bzw. Innenrotation des
Femurs durchführen. Eine Bewegung nach oben bzw. unten führt zu einer Re –
bzw. Antekurvation. Zudem gibt es die Möglichkeit, über ein Drehen des in der
Senkrechten belassenen Joysticks nach rechts bzw. links eine Valgus- bzw.
Varusstellung herbeizuführen. Der Drehpunkt für alle diese Rotationen liegt im
Frakturzentrum.
Abbildung 10: Proximale Fixierung am exponierten Femur
3 Material und Methoden Seite 25
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Die Fähigkeiten des Force Feedback Joysticks (Abbildung 9) erlauben es, dass
dieser die wirkenden Kräfte, welche über den Kraft-Drehmoment-Sensor am
Roboterarm [42] gemessen werden, direkt weitergibt. Das heißt, dass der Chirurg
durch den Widerstand am Joystick direkt merkt, wie die Kräfte während der
Reposition zwischen den Frakturfragmenten wirken. Dies geschieht zum Beispiel
durch Kontakt der Fragmente oder durch Spannung im Weichteilbereich.
Zur Sicherheit stoppt der Roboter über den Kraft-Drehmoment-Sensor den
Repositionsvorgang, falls zu große Kräfte oder Momente [42] auftreten.
Dem Chirurgen, der am PC reponiert, stehen neben der Visualisierung auch
weitere Information am Bildschirm stets zur Verfügung. Dies sind die Sichtbarkeit
der Referenzbasen für das Navigationssystem, die akut wirkenden Kräfte und
Momente, die Repositionsdauer und die Quantifizierung der getätigten Bewegung
des distalen Fragmentes in Bezug auf die vorherige Abbildung (Kapitel 5,
Abbildung 24).
Über die vorher gemessenen Referenzwerte ist es nun möglich, die
Repositionsqualität exakt zu bestimmen.
Sicherheitseinstellungen
Das System besitzt zwei verschiedene Ebenen der Sicherheitseinstellung. Die
eine basiert auf der Software, die andere rein auf der verwendeten Hardware. Die
wichtigste Softwarekomponente nutzte die Daten der Kraft-/ Momentendose. In
der Kontrolleinheit wurden in jeder Abfrageschlaufe diese Werte verarbeitet.
Neben der Anzeige auf dem Monitor, die dem Chirurgen als Warnhinweis auf die
schrittweise steigenden Kräfte und Momente diente, existierte ein
Stoppmechanismus. Wurde ein zuvor festgelegter Schwellenwert überschritten,
waren lediglich Bewegungen möglich, die zu einer Verringerung der Kräfte/
Momente führten. Ein kurzfristiges Überschreiten der Schwelle war nicht möglich.
Des weiteren wurden die Positionen der SMS-Geometrie (Navigationssystem) und
der Roboterhand (CS7B-Kontrolleinheit) permanent auf Übereinstimmung
überprüft. Bei Divergenz stoppte der Roboter. Eine Bewegung des Roboters
erfolgte nur, wenn das Navigationssystem alle drei Referenzbasen als sichtbar an
3 Material und Methoden Seite 26
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
die Kontrolleinheit meldete. Ein alleiniger Ausschlag des Joystick-Hebels führte
nicht zu einer Bewegung. Wichtig war das Umgreifen des Hebels mit der Hand,
welches registriert wurde. Hierdurch wurde eine Weiterführung der Bewegung
nach Loslassen des Hebels vermieden. Die zweite Sicherheitsebene arbeitete
Software-unabhängig. Dies war notwendig, um bei einem Absturz, einem Fehler
der Software oder einem Verlust der Verbindung eine Fehlsteuerung mit
Schädigung des Gewebes oder des Knochens zu vermeiden. Diese Ebene wurde
durch den mechanischen Knickschutz gewährleistet. Die Abschaltschwelle lag hier
oberhalb der Abschaltschwelle für die Kraft-/ Momentendose.
3.1.2 Roboterassistierte Reposition des exponierten Femurs
In diesem Vorversuch sollte nun von der Möglichkeit Gebrauch gemacht werden,
das Repositionsergebnis auf das intakte Femur zu beziehen. Hierzu wurde ein
reverses Frakturmodell entwickelt. Revers bedeutet in diesem Zusammenhang,
dass die translatorische und rotatorische Bewegung der Fragmente
gegeneinander jederzeit auf das intakte Femur rückgerechnet werden konnte, um
so die reale Fehlstellung anzuzeigen.
Die Messung erfolgte wie bereits erwähnt über das Navigations-system. Die im
proximalen und distalen Fragment angebrachten Y- und T-Geometrien wurden zur
Referenzierung der Fragmente genutzt (siehe Kapitel 3.1.1 Abbildung 8).
Es galt zunächst, die
Genauigkeit der
Messung durch das
Navigationsgerät zu
validieren. Aus der
klinischen Praxis war
bekannt, dass zur
Abbildung aller
Geometrien im
Navigationssystem im
Rahmen der Operation Abbildung 10: Befestigung der DRB am exponierten Femur
3 Material und Methoden Seite 27
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Abbildung 11: Schematische Darstellung der
notwendigen Transformationen
gelegentlich ein Positionswechsel des Navigationssystems notwendig ist. Es
wurde daher die Konstanz des Referenzwertes in einem definierten Arbeitsraum
untersucht. Statt das Navigationssystem gegenüber den Geometrien zu bewegen,
erfolgte die Positionsänderung der Geometrien.
Grundvoraussetzung für die korrekte Bestimmung der Fehlstellung war, dass sich
weder die Position der Y-Geometrie noch der T-Geometrie bezogen auf das
proximale bzw. distale Fragment verändern durften. Hier traten zwei
Schwierigkeiten auf. Zum einen erfolgte die Frakturierung der Femora unter
Krafteinwirkung in Drei-Punkt-Biegung, die zu einer Lockerung der Geometrien
führte, zum anderen war eine Lagerung der formalinfixierten Kadaver mit den
herausstehenden Markern bezogen auf die Positionsbeibehaltung nicht sicher. Es
war daher notwendig, einen Aufbau für die Referenzgeometrien zu konstruieren,
der eine De- und Remontage in der gleichen Position sicherstellte.
Basierend auf den CAD-Konstruktionen des Herstellers wurden mit dessen
Genehmigung für jedes Femur je eine Y- und T-Geometrie in den
Forschungswerkstätten der MHH nachgebildet.
Für die Fixierung der Geometrien am Knochen wurde eine Art Sockel geschaffen.
Dieser wurde mit zwei konventionellen Kortikalisschrauben (4,5 mm AO-
Großfragment, Clinicalhouse, Bochum, Deutschland,http://www.clinicalhouse.de)
wie eine Osteosyntheseplatte am Knochen fixiert (Abbildung 10). Mittig fand sich
ein Gewindeloch. Die Bodenplatte der Geometrien konnte durch Verschraubung in
dem Gewindeloch lediglich in einer einzigen Position gegen den Sockel fixiert
werden. Somit war eine De-
und Remontage der Geometrie
über die Sockelplatte am
Knochen in derselben Position
zu beliebigen Zeiten möglich.
Die wenig auftragende
Sockelplatte war durch den
Weichteilmantel geschützt. Um
das Fragment-Geometrien-
Konstrukt noch stabiler zu machen, konstruierten wir eine Geometrie ohne
3 Material und Methoden Seite 28
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Justierungsmöglichkeiten. Diese Justierungs- bzw. Verstellmöglichkeiten wären im
klinischen Einsatz natürlich essentiell, doch
konnten wir so für unsere Versuchsreihe
eine höhere Messgenauigkeit erzielen. An
zwei Femora wurde die Konstanz der Marker-
Geometrien bezüglich der
Referenztransformation untersucht. Hierzu
wurden bei fixiertem Sockel an jedem Bein nach dem Ausmessen der
Bezugstransformation die Y- und T-Geometrie entfernt, die Geometrien auf einem
festen Brett abgelegt und anschließend wieder remontiert und die aktuelle
Transformation über das Navigationsgerät und die Kontrolleinheit bestimmt.
Dieser Vorgang wurde vierzig Mal wiederholt. Als Toleranzgrenze wurde eine
Abweichung von 2 Grad für die Rotation und 2 mm für die Translation gewählt.
Diese Werte erscheinen aus der klinischen Praxis als untere Grenze des
Bereichs, der im konventionellen Röntgen verlässlich messbar ist.
3.1.3 Repositionsversuche
Für die Repositionsversuche standen uns aus dem Anatomischen Institut der
Medizinischen Hochschule Hannover 14 exponierte Oberschenkelknochen zur
Verfügung. Für die Experimente wurden exponierte Knochen verwendet, das heißt
von jeglichem Weichteilgewebe befreite Femora. Zudem benutzten wir
ausschließlich intakte Knochen, die zuvor nicht durch Platten, Nägel oder
Prothesen chirurgisch verändert wurden.
In der folgenden Abbildung 13 sind die einzelnen Versuchsschritte im
Flussdiagramm dargestellt. Wie im Repositionsmodell beschrieben, wurde
zunächst die Referenztransformation für das Femur im intakten Zustand bestimmt
und diese gespeichert. Im Anschluss hieran erfolgte nach Demontage der
Geometrien die Fraktur des Femurs in der Schaftmitte. Anschließend wurde mit
einer oszillierenden Säge eine Sollbruchstelle in die mediale Kortikalis in
Schaftmitte gesägt. Das Femur wurde dann durch 3-Punkt-Biegung frakturiert.
Nach Remontage der Geometrien erfolgte die zufällige Dislokation der beiden
proximal
distal
medial lateral
anterior
posterior
Abbildung 12: Femurachsen
3 Material und Methoden Seite 29
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Hauptfragmente. Nun wurde die Fraktur in zufälliger, alternierender Reihenfolge
von einem der vier Manipulatoren reponiert und anschließend die Fehlstellungen
bzgl. der Rotation berechnet. Danach wurde die Fraktur wieder disloziert und ein
zweites Mal vom selben Manipulator reponiert. Dieser Vorgang wurde so oft
wiederholt, bis alle vier Manipulatoren jeweils zwei Repositionen durchgeführt
hatten.
Für die roboterassistierte Reposition wurde das oben vorgestellt Repositionsmodul
bestehend aus Roboter, Navigationssystem, Bildverstärker, Kontrolleinheit und
Joystick genutzt (siehe
3.1.1 Abbildung 7).
Nach Verbindung von
Roboter und Knochen
über das dargestellte
Haltegerät konnte mit
der Reposition durch
Generierung des
dreidimensionalen CT-
Bilddatensatz begonnen
werden (Abbildung 13).
Die Bilder wurden über
das Navigationssystem
an die Kontrolleinheit
gesendet. Hier erfolgte
durch den Chirurgen in
der Arbeitsmaske die
Bestimmung der
Längsachsen und des Frakturzentrums. In der Repositionssoftware wurde der
komplexe Vorgang einer dreidimensionalen Reposition auf eine einfachere
zweidimensionale Reposition reduziert. Mit Hilfe der Einrichtung einer
zweidimensionalen Visualisierung ist es dem Chirurgen nun möglich, die Fraktur in
einer zweidimensionalen Projektion einer dreidimensionalen Szene intuitiv zu
Exponierter Femur X
Montage der Y-
und T-
Geometrien
Ausmessen der
Referenztransformation
Demontage
der
Geometrien
Frakturierung des
Femurs
Remontage der
Geometrien
Dislokation der
Fraktur
Roboterassistierte
Reposition
Messen der
Fehlstellung
Kadaverfemur X
Abbildung 13: Flussdiagramm der Messung der
Fehlstellung für die roboterassistierte Reposition
3 Material und Methoden Seite 30
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
manipulieren (siehe Kapitel 3.2.3, Abbildung 14). Diese Vereinfachung der
räumlichen Darstellung bzw. der Wahrnehmung ist für die Reposition hilfreich.
Mittels eines zusätzlichen Knopfes am Joystick, kann der Chirurg die Abbildung
der beiden Hauptfragmente des Femurs auf dem Bildschirm um die
Knochenachse drehen/schwenken, womit er die Fraktur nun von jedem Winkel
aus betrachten und manipulieren bzw. reponieren kann. Das heißt, dass die
Bewegungsebene auch der Betrachtungsebene entspricht. War der Chirurg mit
der Reposition zufrieden, stoppte die Messung der Repositionszeit und die
Frakturstellung wurde über die Transformation der Geometrien bezogen auf die
Referenztransformation bestimmt.
3.2 Reposition am Kadaver
3.2.1 Reposition am Kadaverfemur
Nach Abschluss der Vorversuche am exponierten Femur erfolgte die Testung der
dreidimensionalen roboterassistierten Reposition am Kadavermodell, das heißt
dem Femur mit Weichteilmantel. Als Vergleichsgruppe zur roboterassistierten
Reposition am Kadaver diente die manuelle Reposition an den gleichen
Kadavern.
Primäre Zielgröße war die Repositionsgüte als Abweichung der Rotation und
Translation gegenüber dem intakten Femur. Ferner wurden die Repositionszeiten
verglichen.
3.2.2 Roboterinstallation
Es wurde mit der exakt gleichen Hard- und Software aus dem Vorversuch
gearbeitet.
3 Material und Methoden Seite 31
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
3.2.3 Roboterassistierte Reposition am Kadaver
Die Repositionsversuche
am Femur des Kadavers
führten wir an insgesamt
sieben Kadavern, das
heißt 14 verschiedene
intakten Femora durch.
Auch in dieser
Versuchsreihe prüften wir
mit vier Manipulatoren
unser Verfahren auf die
Dauer und Qualität der
Reposition.
Um die Geometrien am
Femur der Kadaver zu
platzieren, wurde,
nachdem man den Femur
palpiert hatte, am
proximalen sowie distalen
Ende des anterioren
Femurs jeweils eine ca.
fünf cm lange
Längsinzision bis auf die
Cortikalis durchgeführt.
Anschließend wurden die
Fixierungsschienen und
Geometrien wie oben
beschrieben am Femur
installiert und der
Referenzwert am intakten Knochen bestimmt. Nach der Demontage der
Geometrien wurde das Femur auf die Frakturierung vorbereitet. Dazu wurde auf
Translation nach distal
(unabhängig von Betrachtungsebene)
bei ap Betrachtung: Translation nach medial
bei seitl. Betrachtung: Translation nach anterior
Translation nach proximal
(unabhängig von Betrachtungsebene)
bei ap Betrachtung: Translation nach lateral
bei seitl. Betrachtung: Translation nach posterior
Außenrotation
Innenrotation
Rekurvation
Antekurvation
Valgus
Varus
Abbildung 14: Joystick-Aktion mit der hieraus resultierenden
Bewegung des distalen Fragmentes
3 Material und Methoden Seite 32
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Höhe des Femurschafts ein weiterer ca. drei cm langer Längsschnitt bis auf den
Schaft gesetzt und in dessen Folge mit einer oszillierenden Säge eine
Sollbruchstelle in die mediale anteriore Schaftmitte gesägt. Mittels 3-Punkt-
Biegung wurde das Femur nun frakturiert. Danach wurde ein röntgendurchlässiger
Keil im Bruchspalt positioniert, damit proximaler und distaler Teil des Femurs für
die Software klar erkennbar sind.
Nach der Remontage der Geometrien wird nun die Fraktur wieder über das
gesamte System aus Navigation, Roboter und 3D ISO-C auf dem Arbeitscomputer
visualisiert. Daraufhin erfolgte eine zufällige Dislokation der beiden
Hauptfragmente und die Fraktur wurde von einem Manipulator reponiert
(Abbildung 14) und zwar so lange bis die Testperson mit der Reposition zufrieden
war. Anschließend wurde die Fraktur wieder disloziert und schließlich von jedem
der vier Manipulatoren jeweils zweimal reponiert.
Abbildung 15: Gesamtübersicht des Versuchaufbaus
3 Material und Methoden Seite 33
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
3.2.4 Repositionsversuche am Kadaverfemur
Die roboterassistierte Reposition am Kadaver erfolgte nach gleichem Muster wie
die roboterassistierten Repositionen am exponierten Femur im Vorversuch.
3.2.5 Manuelle Reposition am Kadaverfemur
Im Anschluss an die roboterassistierten Repositionen des Femurs folgte die
Reposition der selben Präparate mittels „Joystick-Methode“ (siehe Kapitel 1.3.3.3
„Repositionshilfen“). Die Ergebnisse beider Methoden konnten somit direkt
verglichen werden, da beide am selben Präparat durchgeführt wurden. Die
manuelle Reposition führte ein erfahrener Oberarzt der Unfallchirurgischen Klinik
der Medizinischen Hochschule Hannover durch.
3.2.6 Manuelle Repositionsversuche
Die manuellen Repositionsversuche wurden auch an den Femora der sieben
Kadaver, welche bereits durch die roboterassistierte Methode reponiert wurden,
durchgeführt.
Die manuelle Reposition erfolgte über die sogenannte „Joystick-Methode“. In das
proximale und distale Fragment wurde je eine Schanzschraube eingebracht. Zur
Manipulation der Fragmente wurden die T-Handgriffe an den Schanzschrauben
belassen. Den Vorteil dieser Methode, nämlich die mögliche
Gegeneinanderbewegung der Hauptfragmente in allen sechs Freiheitsgraden,
machte man sich hier zunutze. Kontrolliert wurde die Reposition stets mittels
Bildverstärker. Damit die Reposition in mehreren Ebenen kontrolliert werden
konnte, wurde der Chirurg von einem Assistenten am Bildverstärker unterstützt.
Auch bei der manuellen Reposition wurden die Geometrien genutzt, um später
Aussagen über die Qualität der Reposition treffen zu können. Um vergleichbare
Ergebnisse zu erhalten, wurde auch die manuelle Reposition anhand der
Geometrien evaluiert. Sobald der Chirurg mit seiner Reposition zufrieden war,
erfolgte durch den Assistenten über das Navigationssystem das Ausmessen der
Reposition.
3 Material und Methoden Seite 34
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
3.3 Fragestellung
Als Zielparameter diente die nach Beendigung der Reposition gemessene
Abweichung der Fragmentstellung für Rotation und Translation bezogen auf den
intakten Zustand. Dieses ist die verbliebene Fehlstellung. Des weiteren wurde die
Repositionsdauer gemessen. Die Datenanalyse erfolgte mit dem Programm SPSS
(Version 11.5, SPSS Inc., Chicago, Illinois, USA, http://www.spss.com).
Zum Vergleich der Fehlstellungen bzw. der Repositonsgenauigkeit der beiden
Repositionsgruppen wurde ein gepaarter T-Test genutzt. Dabei verglich man die
Mittelwerte der vier mittels Roboter erzielten Repositionsergebnisse mit denen des
Chirurgen. Es wurden folgende Nullhypothesen aufgestellt:
• Die Achsfehlstellung zwischen den Hauptfragmenten nach Reposition
unterscheidet sich nicht zwischen den Repositionsgruppen.
• Die Translationsfehlstellung zwischen den Hauptfragmenten nach
Reposition unterscheidet sich nicht zwischen den Repositionsgruppen.
Der Vergleich der Dauer der Reposition erfolgte zwischen den Gruppen mittels
gepaartem T-Test. Folgende Nullhypothesen wurden aufgestellt:
• Die Dauer der Repositionen unterscheidet sich zwischen den Gruppen
nicht.
4 Ergebnisse Seite 35
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
4 Ergebnisse
4.1 Ergebnisse der Reposition am exponierten Femur
Von den 13 exponierten Femora konnten alle erfolgreich reponiert werden. Unter
diesen Femora waren acht einfache Typ A Frakturen, vier Keilfrakturen (Typ B)
und zudem verwendeten wir zwei der Keilfrakturen ein weiteres Mal und
frakturierten diese erneut, so dass auch zwei Repositionen an komplexen
Frakturen (Typ C) simuliert werden konnten [36]. Durch den fehlenden
Weichteilmantel konnten diese Femora unter vereinfachten Bedingungen
reponiert werden. Von den Ergebnissen der 4 Manipulatoren ist hier der Mittelwert
aller Ergebnisse zusammengefasst.
Tabelle 1 Repositionszeit am exponierten Femur in [min].
Gruppe Mittel Stabw Min Max
Roboter 04:14 02:13 01:36 12:57
Repositionsdauer am exponierten Femur
04:14
01:00
02:00
03:00
04:00
05:00
06:00
07:00
08:00
Repositionsdauer
Zei
t in
[m
in]
Abbildung 16: Darstellung der Repositionsdauer am exponierten Femur. Das Ergebnis zeigt
den Mittelwert der Repositionsdauer aller vier Manipulatoren in allen Vorversuchen. Angabe in
[min]
4 Ergebnisse Seite 36
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Bei den Repositionszeiten der exponierten Knochen fallen große Schwankungen
auf. So konnte eine Fraktur innerhalb von 96 Sekunden reponiert werden, jedoch
benötigte man im längsten Falle für eine Reposition einer Fraktur 12 Minuten 57
Sekunden. Im Mittel wurde die exponierten Femora in 4:14 Minuten reponiert.
Tabelle 2 Translationale Abweichung am exponierten Femur in [mm]
Im Durchschnitt lag die axiale Abweichung nach Reposition der exponierten
Femora bei 2,1 mm. Die maximale Abweichung wurde bei 11,3 mm gemessen.
Bei 0,06 mm lag die minimale Abweichung nach Reposition. Die laterale
Verschiebung betrug im Schnitt 1,662 mm. Die minimale bzw. maximale laterale
Abweichung betrug 0,158 mm bzw. 4,86 mm.
axiale Abweichung Laterale Abweichung
Gruppe Mittel Stabw Min Max Mittel Stabw Min Max
Roboter 2,1 2,078 0,06 11,3 1,662 1,169 0,156 4,86
Translationale Abweichung am exponierten Femur
2,1
1,662
0
1
2
3
4
5
axiale Abweichung Laterale Abweichung
Ab
we
ich
un
g in
[m
m]
Abbildung 17: Darstellung der translationalen Abweichung am exponierten Femur. Das
Ergebnis zeigt den Mittelwert der Abweichung aller vier Manipulatoren in allen Vorversuchen.
Angabe in [mm]
4 Ergebnisse Seite 37
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Tabelle 3 Achsfehlstellungen am exponierten Femur in [°]
Innen-/ Aussenrotation Ante-/ Rekurvatum Varus/ Valgus
Gruppe Mittel Stabw Min Max Mittel Stabw Min Max Mittel Stabw Min Max
Roboter 2,04 1,97 0,02 8,97 1,74 1,298 0 5,46 1,48 1,11 0,01 5,52
Der mittlere Innen- bzw. Aussenrotationsfehler lag bei 2,04°. Die maximale
Abweichung in der Rotation betrug 8,97°, die Minima le 0,02°.
Die durchschnittliche Abweichung in Bezug auf Varus /Valugs wurde mit 1,48°
gemessen. Das Maximum konnte bei 5,52° gemessen we rden.
Die mittlere Ante-/ Rekurvation des reponierten Femurs betrug 1,74°. Als minimale
Abweichung wurde hierbei 0° und als maximale Abweic hung 5,46° gemessen.
Achsfehlstellungen am exponierten Femur
1,481,74
2,04
0
1
2
3
4
5
Innen-/ Aussenrotation Ante-/Rekurvation Varus/ Valgus
Ac
hs
feh
lste
llun
ge
n in
[°]
Abbildung 18: Darstellung der Achsfehlstellungen am exponierten Femur. Das Ergebnis zeigt
den Mittelwert der Abweichung aller vier Manipulatoren in allen Vorversuchen. Angabe in [°]
4 Ergebnisse Seite 38
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
4.2 Ergebnisse der Reposition am Femur mit Weichteil
Im Folgenden werden die Repositionsgenauigkeit und –dauer der Versuche am
Femur eines Kadavers präsentiert. Wir verwendeten hierzu sieben Kadaver,
wovon jeweils beide Beine für die Versuche genutzt wurden. Jeder der vier
Manipulatoren, die das Robotersystem nutzten, reponierte jeden Femur zweimal.
Zudem wurden die frakturierten Femora (allesamt Typ A Frakturen) anschließend
von einem erfahrenen Oberarzt der Unfallchirurgie mittels „Joystick-Methode“
manuell reponiert. Ein Femur musste für die Auswertung der manuellen
Reposition verworfen werden, da die Messung der Reposition unvollständig war.
Außerdem konnte ein weiterer Femur nur einmal manuell reponiert werden, da er
anschließend nicht mehr brauchbar für unsere Versuche war. In der Auswertung
wurden die Mittelwerte der Ergebnisse der vier roboterassistierten Repositionen
zusammengefasst und mit den Ergebnissen der manuellen Methode verglichen.
Tabelle 4 Repositionsdauer am Femur mit Weichteilmantel in [min]
Repositionsdauer
Gruppe Mittel Stabw Min Max
Roboter 06:14 04:52 02:01 31:20
Manuell 02:16 00:43 00:49 03:31
4 Ergebnisse Seite 39
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
In Tabelle 4 und Abbildung 19 werden die Repositionszeiten der Femora der
Kadaver aufgezeigt. Gegenübergestellt werden hier die roboterunterstützten
Repositionszeiten der manuellen Methode. Im Mittel liegt die manuelle
Operationszeit bei 2:16 Minuten, die roboterassistierte bei 6:14 Minuten. Diese
Differenz der Repositionsdauer zwischen der manuellen und roboterunterstützten
Methode zeigt im gepaarten T-Test einen signifikanten Unterschied (p<0,01). Im
besten Fall konnte manuell sogar in 49 Sekunden das gewünschte Ergebnis
erreicht werden, dies gelang mittels Roboter in 2:01 Minuten. Mit maximal 31:20
Minuten benötigte die roboterunterstützte Reposition mehr Zeit als die längste
manuelle Reposition mit 3:31 Minuten.
Repositionsdauer am Femur mit Weichteilmantel
06:14
02:1600:00
02:00
04:00
06:00
08:00
10:00
12:00
Repositionszeit
Zei
t in
[m
in]
Roboter Manuell
*
Abbildung 19: Darstellung der Repositionsdauer am Femur mit Weichteilmantel. Die Grafik
zeigt den Mittelwert der Abweichung aller vier Manipulatoren in allen Versuchen und das
Ergebnis der manuellen Reposition. Angabe in [min]
* p<0,05
4 Ergebnisse Seite 40
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Tabelle 5 Translationale Abweichung am Femur mit Weichteilmantel in [mm]
axiale Abweichung Laterale Abweichung
Gruppe Mittel Stabw Min Max Mittel Stabw Min Max
Roboter 2,00 1,65 0,02 6,73 1,98 1,15 0,37 7,13
Manuell 3,69 2,31 0,43 8,97 3,37 2,75 0,52 12,98
Die translationale Abweichung beinhaltet die axiale sowie die laterale
Verschiebung zwischen dem proximalen und dem distalen Femur.
Die durchschnittliche axiale Abweichung lag bei 2,00 mm mit der
roboterunterstützten Reposition und mit der manuellen Methode bei 3,69 mm. Die
maximale Abweichung wurde bei der manuellen Reposition bei 8,97 mm und bei
6,73 mm mit der roboterunterstützten Methode gemessen. Diese Differenz
zwischen den beiden Methoden ist statistisch signifikant (p=0,007).
Die laterale Verschiebung betrug im Schnitt 1,98 mm nach der
roboterunterstützten und 3,37 mm nach der manuellen Reposition. Der
Translationale Abweichung am Femur mit Weichteilmantel
2,00 1,98
3,693,37
0
1
2
3
4
5
6
7
axiale Abweichung Laterale Abweichung
Ab
we
ich
un
g in
[m
m]
Roboter Manuell
* *
Abbildung 20: Darstellung der translationalen Abweichung am Femur mit Weichteil. Die Grafik
zeigt jeweils den Mittelwert der Abweichung aller vier Manipulatoren in allen Versuchen und das
Ergebnis der manuellen Reposition. Angabe in [mm]
* p<0,05
4 Ergebnisse Seite 41
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Unterschied zwischen manuellen und der Robotermethode ist statistisch
signifikant (p=0,024).
Tabelle 6 Achsfehlstellungen am Femur mit Weichteilmantel in [°]
Innen-/ Aussenrotation Ante-/ Rekurvatum Varus/Valgus
Gruppe Mittel Stabw Min Max Mittel Stabw Min Max Mittel Stabw Min Max
Roboter 2,89 2,65 0,07 16,15 1,24 0,97 0,01 4,81 1,11 0,87 0 3,56
Manuell 8,42 8,55 0,01 31,65 1,85 1,38 0,04 5,02 2,53 1,96 0,12 6,28
Der mittlere Rotationsfehler um die Femurschaftachse (Innen-/ Aussenrotation)
lag mit Hilfe des Robotersystems bei 2,89°, bei der manuellen Variante wurde der
durchschnittliche Rotationsfehler bei 8,42° gemesse n. Die maximale Abweichung
in der Rotation betrug bei der roboterunterstützten Methode 16,15° und bei der
Achsfehlstellung am Femur mit Weichteilmantel
1,24 1,11
2,89
8,42
1,85 2,530
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Innen-/ Aussenrotation Ante-/Rekurvation Varus/ Valgus
Ab
wei
chu
ng
en in
[°]
Roboter Manuell
*
*
Abbildung 21: Darstellung der Achsfehlstellungen am Femur mit Weichteil. Die Grafik zeigt
jeweils den Mittelwert der Abweichung aller vier Manipulatoren in allen Versuchen und das
Ergebnis der manuellen Reposition. Angabe in [°]
* p<0,05
4 Ergebnisse Seite 42
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
manuellen Reposition 31,64°. Hier besteht eine stat istische Signifikanz in der
Differenz der beiden Methoden (p=0,009).
Die durchschnittliche Abweichung in Bezug auf Adduktion bzw. Abduktion (Varus/
Valgus) lag bei 1,11° bei der roboterunterstützten und bei 2,53° bei der manuellen
Reposition.
Das Maximum konnte bei der Variante mit Robotersystem bei 3,56° und im
manuellen Versuch bei 6,28° gemessen werden. Die Di fferenz zwischen der
roboterunterstützten Variante und der manuellen war statistisch signifikant
(p=0,004).
Die mittlere Ante-/ Rekurvation des reponierten Femurs betrug mit dem
Robotersystem 1,24° und 1,85° bei der manuellen Rep osition. Als maximale
Abweichungen wurden hierbei 4,81° bei der Repositio n mit dem Robotersystem
und 5,02° bei der manuellen Variante gemessen. Die Differenz der Ergebnisse in
diesem Fall ist statistisch nicht signifikant (p=0,077).
5 Diskussion Seite 43
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
5 Diskussion
Die Wiederherstellung der anatomischen Achsverhältnisse ist von entscheidender
Bedeutung bei der Behandlung der Femurschaftfrakturen [52]. Speziell die
Antetorsionsdifferenz stellt ein häufiges Problem in der Behandlung mittels
intramedullärem Marknagels dar [53-60]. Fehlstellungen führen zu Änderungen
der Mechanik des gesamten Beines mit Auswirkungen auf die benachbarten
Gelenke. Schmerzen, Arthrose und Bewegungseinschränkungen können die
Folge sein [61-64].
Ziel dieser Arbeit war die Durchführung einer roboterassistierten Frakturreposition
im Master-Slave-Verfahren basierend auf einer dreidimensionalen, intraoperativen
Frakturdarstellung. Es wurden hierzu nach Etablierung des Systems
vergleichende Untersuchungen an humanen Ganzkörperspendern durchgeführt.
Mit der roboterassistierten Reposition konnte hierzu im Vergleich zur
konventionellen manuellen Reposition eine signifikante Verbesserung der
Präzision erreicht werden. Allerdings ist die Repositionszeit hierdurch signifikant
verlängert.
Um die Reposition zu optimieren haben sich schon einige mechanischen Hilfen
bei der intramedullären Marknagelung etabliert [7,46,47,49,65,66]. Auch
computerunterstützte Methoden finden hier seit geraumer Zeit Anwendung
[11,67]. Die Idee zur Hinzunahme eines Roboters zur Reposition von Frakturen
erfolgte erstmalig 1995 [27]. Außer den theoretischen Beschreibungen zur
Umsetzung des Einsatzes eines Roboters bei der Reposition einer
Femurschaftfraktur von den Forschungsgruppen um Füchtmeier [25] und
Warisawa [68], gibt es keine Veröffentlichungen zu diesem Thema. Neben den
Ergebnissen unserer Forschungsgruppe sind keine Daten bzw. Publikationen über
die Repositionsqualität am Kadaver bekannt. Aufbauend auf den Grundlagen, die
in dieser Forschungsgruppe zuvor geschaffen wurden [26,28-32,42,69-72], war es
5 Diskussion Seite 44
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
das Ziel dieser Arbeit, einen Roboter als Hilfsmittel für die intramedulläre
Marknagelung einzusetzen, mit dem eine exaktere Reposition möglich wird. Der
Roboter wurde hierbei zunächst im Master-Slave-Verfahren als Manipulator
eingesetzt. Jede Aktion des Roboters wurde durch den Chirurgen initiiert. Der
Einsatz des Marknagels [9] ist heute das Verfahren der Wahl in der Therapie von
Femurschaftfrakturen [1-3]. Dabei müssen die reponierten Fragmente solange in
der korrekten Position gehalten werden, bis der Marknagel fixiert ist [34]. Für diese
auszuübende Kraft bietet sich unser Robotersystem besonders an, da der
Roboter das distale Fragment umfassen und beliebig lange in einer Position
halten kann. Der Marknagel kann somit positioniert werden, ohne dass die
Fragmente von einem Chirurgen bewegt bzw. gehalten werden müssen.
Das Ziel einer jeden Reposition am Schaft ist es, die anatomischen
Achsverhältnisse zwischen dem proximalen und distalen Hauptfragment
wiederherzustellen. Beide werden dann mittels zuvor beschriebener Methoden
fixiert.
Die dreidimensionale Bildgebung hat zu einer deutlichen Verbesserung der
Präzision geführt. Bereits in den ersten Arbeiten unserer Gruppe konnte der
Roboter eine sehr hohe Präzision erreichen [26]. Die Versuche erfolgten jedoch
am exponierten Präparat unter Oberflächendarstellung der Frakturenden durch
CCD-Kameras. Die 2D-Darstellung im Bildverstärker zeigte sich im weiteren
Verlauf als limitierender Faktor der Präzision [32]. Die 3D-Darstellung mit dem
ISO-C erlaubte eine Oberflächenabbildung der Fraktur, die den optischen
Abbildungen mit den CCD-Kameras nahe kommt. Die Auflösung des ISO-C ist
jedoch geringer. Des weiteren müssen die Hauptfragmente in einem
Navigationssystem referenziert werden. Anderenfalls wäre bei jeder Kontrolle ein
erneuter Scan mit der hieraus resultierenden Verzögerung und vor allem deutlich
erhöhten Strahlenexposition notwendig. Die Ergebnisse der Vorversuche am
exponierten Knochen mit 3D-Darstellung durch den ISO-C überzeugten (vgl.
Tabellen 1-3, Abbildungen 16-18), so dass anschließend die Versuche am
Kadaver mit intaktem Weichteilmantel durchgeführt wurden. Um hier valide
Ergebnisse zu erzielen, wurden die vom Chirurgen mittels Robotersystem
5 Diskussion Seite 45
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Abbildung 22: Bild aus Sicht des Navigationssystems
reponierten Frakturen ebenfalls von einem erfahrenen Chirurgen manuell
reponiert. So konnten die Ergebnisse neben der Literatur auch direkt mit einer
Vergleichgruppe verglichen werden.
Die Versuche zur Reposition mit unserem Robotersystem bedürfen einer
sorgfältigen Vorbereitung. Dabei gilt es einige Aspekte besonders zu beachten.
Die Installation der DRB-Geometrien am Femur muss gründlich durchdacht sein.
So ist es wichtig, dass die proximale Geometrie während der Reposition nicht die
distale Geometrie für das optische Navigationssystem verdeckt (Abbildung 22).
Wenn dieser Fall eintritt, muss zwar nur die optische Einheit des
Navigationssystems in eine andere Position gebracht werden, jedoch wird dabei
der flüssige Repositionsablauf gestört. Die DRB-Geometrien müssen solide fixiert
sein. Es darf dort zu keinen Verschiebungen kommen, da die anschließende
Reposition auf den Messwerten der DRB im Zusammenspiel mit dem 3D –
Datensatz basiert. Dies könnte zu Differenzen in der visualisierten Darstellung der
Frakturfragmente und der eigentlichen Position im Bruchspalt führen. In unseren
Versuchsreihen trat dieses Problem nicht auf, jedoch sind in der Literatur andere
5 Diskussion Seite 46
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Operationen beschrieben, die aufgrund unkorrekt eingelesener DRB – Positionen
zu einem ungenügenden Ergebnis führten [73].
Der Roboter muss bei der Reposition das distale Fragment sicher führen können.
Um die Kraft vom Roboter auf das distale Fragment zu übertragen verwendeten
wir eine 3-Punkt-Fixierung (Abbildung 6), die sich schon in vorangegangenen
Versuchen in unserer Arbeitsgruppe etabliert hatte [32]. Bei der Installation dieses
Haltegerätes ist unbedingt darauf zu achten, dass die Schanzschraube, die im 90°
Winkel monokortikal in die anteriore Kortikalis eingebracht wird, solide greift. Dazu
empfiehlt es sich, mit einem Gewindedreher die Bohrung nach zu bearbeiten. In
einem Fall während unserer Versuche, in dem wir auf ein Gewinde für die
Schanzschraube verzichteten,
brach die Kortikalis des
Femurs eines Kadavers mit
einem insgesamt sehr
porösen Knochenstatus
während der Reposition.
Neben der zusätzlichen
Beanspruchung des Femurs
führte dies unmittelbar zu
einem Stabilitätsverlust für
den Roboterarm bei der
Reposition.
Bevor man die Reposition am Arbeitscomputer mittels Joystick durchführen
(Abbildung 23) kann, wird ein dreidimensionales Bild der Fraktur erzeugt. Es ist
darauf zu achten, dass von beiden Fragmenten des Femurs genügend zu
erkennen ist. Denn schließlich wird genau dieses Bild später aus allen Ebenen auf
dem Arbeitscomputer zu sehen sein. Damit die Software das distale und das
proximale Fragment auseinander halten kann, ist es zwingend notwendig, dass
die beiden Fragmente sich nicht berühren. Je nach Bruchlage und Bruchtyp war
es schwierig, den röntgendurchlässigen Keil weichteilschonend zwischen den
Fragmenten im Bruchspalt zu positionieren. Zukünftig muss vor allem im Hinblick
Abbildung 23: Arbeitsplatz und Sicht des Chirurgen während der Reposition
5 Diskussion Seite 47
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
auf einen komplett nicht-exponierten Frakturbereich die Software hier eine sichere
Segmentierung der Fragmente auch bei Kontakt gewährleisten.
Die eigentliche Reposition am Arbeitscomputer beginnt für den Chirurgen, indem
er sich eine Repositionsstrategie zurechtlegt. In der Versuchreihe der exponierten
Femora konnte dies vernachlässigt werden, da sich die Fragmente frei im Raum
bewegen konnten und der Chirurg im Prinzip jede Manipulation des distalen
Fragmentes mit dem Roboter über den Joystick durchführen kann. Bei der
Reposition am Kadaver ist jedoch entscheidend, die Anatomie des Oberschenkels
zu kennen und mit der der visualisierten Fraktur zu verknüpfen. So ist es zum
Beispiel nahezu unmöglich für den Roboter, eine vom Chirurgen gewünschte
Distraktion des proximalen Fragments auszuführen, wenn dieser bei ungünstiger
Valgusstellung gegen den kräftigen Tractus iliotibialis ziehen muss. Dies zeigt,
dass der Chirurg am Arbeitscomputer stets gefordert ist, die Visualisierung in den
Kontext der realen Fraktur zu setzen. Als sinnvolle Orientierungshilfe für den
Chirurgen am Arbeitscomputer hat sich die Linea aspera erwiesen.
Während der Reposition mittels Joystick werden dem Chirurgen am
Arbeitscomputer durchgehend die am Femur wirkenden Kräfte gezeigt (Abbildung
24). Gemessen werden diese direkt am Roboterarm durch die Kraft-/
Momentendose. Diese kann bei Überschreiten von bestimmten Kräften (die dafür
notwendige Schwelle kann vorher programmiert werden) den Arbeitsprozess des
Roboters umgehend unterbrechen. Durch die immer präsente Kraftanzeige und
den eingesetzten Force-Feedback-Joystick ist es dem Chirurgen möglich, ein
Gefühl für die Reposition zu bekommen. Der Joystick arbeitet ebenfalls mit den
gemessenen Kräften und gibt diese als rückkoppelnde Kräfte direkt an die Hand
des Chirurgen am Joystick weiter.
Ein weiterer Unterschied zu konventionellen Repositionsmethoden ist der Einsatz
der Bildgebung. Die konventionelle Behandlung einer Femurschaftfraktur mittels
intramedullärem Marknagel benötigt den großzügigen Einsatz eines
Bildverstärkers, was zu einer hohen Strahlenexposition von Patient und OP-
Personal führt [74]. Während für das Robotersystem ein einziger kompletter 3D-
Scan vor der eigentlichen Reposition gefahren wird, muss der Chirurg bei der
5 Diskussion Seite 48
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
manuellen Methode seine Manipulation ständig unter Einsatz eines
Bildverstärkers überprüfen. Dabei ist der Chirurg bzw. das Operationsteam
unmittelbar der Strahlung des Bildverstärkers ausgesetzt. Ein 3D-Scan kann auch
in Abwesenheit oder sicherem Abstand des OP-Personals durchgeführt werden,
was zu einer geringeren Strahlenexposition des Personals führt. Nachdem die
Fraktur auf dem Arbeitscomputer visualisiert ist, werden alle Veränderungen, die
während der Reposition auftreten, durch das Navigationssystem und die DRB-
Geometrien registriert. Es ist also kein weiterer Einsatz eines Bildverstärkers mehr
notwendig. So ist das Personal ausschließlich der Röntgenstrahlung ausgesetzt,
die zur Ausrichtung des ISO C 3D nötig ist. Anschließend führt der
dreidimensionale Bildverstärker den Scan rund um die Fraktur selbstständig
durch.
Navigationsgeräte haben sich schon seit geraumer Zeit in der Klinik etabliert, auch
in der Forschung werden Navigationssysteme für die diffizilen Rotationsanalysen
in der Orthopädie/Unfallchirurgie eingesetzt [75-77]. Es bietet sich daher an, einen
Roboter auf Basis der exakten Messungen eines Navigationssystems
einzusetzen. In der Literatur findet man auch schon einige erfolgreiche
Anwendungen von Navigationssystem in Verbindung mit einem Roboter [76,78-
80].
Auch wenn ältere Robotereinsätze in der Orthopädie/Unfallchirurgie sich nicht
dauerhaft durchsetzen konnten [81-83], so ist dennoch ein zunehmender Einsatz
von computerassistierten Verfahren zu registrieren [11,67]. Man kann sagen, dass
sich die Unfallchirurgie durch den Roboter in einem gewissen Wandel befindet
[76,78-80,84]. So wurden die Fehler der ersten Roboter erkannt [76,79] und in
Folge dessen neue Systeme entwickelt, die in-vitro erfolgversprechende
Ergebnisse aufweisen [85-87]. Sogar das Vertrauen der Patienten in diese neue
Operationstechnik scheint zu wachsen [88]. Dabei wird jedoch klar, dass sich
Zentren für den Einsatz von Robotern bilden müssen, in denen diese dann
eingesetzt werden [76,87]. Dies wird neben der Wirtschaftlichkeit auch wegen der
speziellen Schulung der Chirurgen als notwendig angesehen [89]. Als besonders
5 Diskussion Seite 49
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
geeignet für den Einsatz von Robotern in der Orthopädie/Chirurgie werden
rekonstruktive Operationen angesehen [89].
Genau für einen solchen Zweck setzen wir unser Robotersystem bei der
Reposition von Femurschaftfrakturen ein. Der Einwand, dass Operationen mit
einem Roboter deutlich mehr Zeit in Anspruch nehmen würden als die
konventionelle Methoden der Chirurgie [76,90], konnte durch unsere Versuche
nicht widerlegt werden. Eine zusätzliche iatrogene Schädigung des Weichteils
aufgrund fehlenden Gefühls während der Reposition über den Joystick [89],
konnte hingegen augenscheinlich nicht festgestellt werden. Allerdings muss man
sagen, dass wir in dieser Arbeit keine exakten Messungen hinsichtlich der
Weichteilschädigungen durchgeführt haben. Um eine Aussage zur
Weichteilschädigung nach der roboterassistierten Reposition treffen zu können,
laufen in unserer Arbeitsgruppe derzeit Studien am Rattenmodell [91].
Abbildung 24: Monitoroberfläche des neuen Repositionsmoduls. Die Fragmente sind nun
segmentiert und dreidimensional abgebildet. Es findet eine Echtzeitmanipulation statt.
5 Diskussion Seite 50
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Ein Vorteil unseres Robotersystems im Gegensatz zu vorherigen Systemen
scheint die intuitive dreidimensionale Manipulation zu sein. Wie schon in der
Literatur beschrieben [92], scheint diese Technik, verglichen mit anderen
Systemen, eine Erleichterung für den Chirurgen darzustellen. Zudem erlaubt die
Reposition mittels Roboter einen wohldosierten Kraftaufwand, der zur
Überwindung der Retraktionskräfte notwendig ist. Während der Chirurg häufig nur
durch ruckartige Bewegungen die Kraft aufbringen kann, die notwendig ist, um die
Retraktionskräfte zu überwinden, so ist es dem Roboter durch seine Motoren
möglich, völlig gleichmäßig die vom Chirurgen gewünschten Bewegungen
auszuführen. Zur Sicherheit wird, wie oben beschrieben, neben dem subjektiven
Sicherheitswerkzeug des Force-Feedback-Joysticks, auch die begrenzende Kraft-/
Momentendose eingesetzt. Die wichtigste Komponente für die guten
Repositionsergebnisse scheint aber die bessere Visualisierung der Bruchstelle zu
sein. Durch den dreidimensionalen Bildverstärker kann die Software die Fraktur in
einer hohen Qualität am Arbeitscomputer darstellen. Für den Chirurgen sind am
Arbeitscomputer nachträglich die Größe der Visualisierung, die grafische
Auflösung der Fragmente und jede Ebene der Fraktur darstellbar. In Verbindung
mit den anatomischen Kenntnissen des Oberschenkels kann sich der Chirurg nun
ein exaktes Bild der jeweils vorliegenden Situation machen, was bei der
konventionellen Methode in dem Ausmaß nicht möglich ist.
So führt der Einsatz des Roboters zu einer Verbesserung des
Repositionsergebnisses im Vergleich zu der manuellen Reposition mittels Joystick
Methode. Die Ergebnisse bezüglich der Repositionspräzision fielen in unseren
Testungen eindeutig zu Gunsten des Roboters aus (Tabelle 5 und 6, Abbildungen
20 und 21). Bei Translationsabweichungen sowie den Achsabweichungen für
Varus/Valgus und Innen-/Außenrotation erzielten die Chirurgen mit dem
Robotersystem die statistisch signifikant besseren Ergebnisse. Auch die Ante-/
Rekurvation war in der roboterassistierten Reposition im Mittel genauer als jene
durch den Chirurgen mit der manuellen Methode, nur war dies der einzige
qualitative Wert der keine statistische Signifikanz zeigte. Hinsichtlich der in der
Literatur beschriebenen Komplikationen, die bei der Behandlung von
Femurschaftfrakturen mit Hilfe konventioneller Methoden regelmäßig auftraten
5 Diskussion Seite 51
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
und die Rationale dafür bilden, ein neues System zu entwickeln, stellen sich die
von uns gewonnenen Daten als deutlich überlegen heraus. Die roboterassistierte
Reposition von Femurschaftfrakturen führt zu deutlich weniger Rotationsfehlern.
Der für die komplikationslose Heilung entscheidende Innen- bzw.
Aussenrotationsfehler, der in der Literatur in bis zu 40% der Fälle über 10°
beträgt, konnte mit der roboterassistierten Reposition auf einen Wert von 2,89° im
Mittel reduziert werden. Wir erzielten mit dem Robotersystem auch bei den
anderen rotatorischen Achsabweichungen im Mittel Ergebnisse, die in der
Literatur bisher so nicht beschrieben werden. So beträgt die Add- bzw Abduktion
(Varus/ Valgus) im Mittel 1,11°, die durchschnittli che Ante- bzw Rekurvation 1,24°.
Wie oben beschrieben wurden für diese Achsabweichungen bisher Ergebnisse
zwischen 2 und 18° ermittelt. Translationale Abweic hungen lagen mit unserem
System im Mittel bei 2mm in der axialen und bei 1,98mm in der lateralen
Abweichung. Vergleichbare translationale Repositionsergebnisse lassen sich in
der Literatur nicht finden. Unsere Ergebnisse lassen zusammenfassend darauf
schliessen, dass man postoperative Komplikationen nach Repositionen von
Femurschaftfrakturen [3,5,6,13,15,17,18] durch die Anwendung der
roboterassistierten Repositionsmethoden weiter reduzieren kann.
Nachteilig ist anzumerken, dass der Chirurg, der die manuelle Reposition
durchführte, im Vergleich zu dem Roboter weniger Zeit benötigte, um die
Fragmente zu richten. Hinzu kommt notwendige Zeit für den Aufbau des
Robotersystems. Hier sind vor Einführung eines Systems hohe Anforderungen an
das System zu stellen, um den Zeitverlust zu minimieren oder aber sogar einen
Zeitgewinn zu erzielen.
Fazit
Wir haben ein funktionierendes Robotersystem zur Reposition von
Femurschaftfrakturen entwickelt. Mit Einsatz der intraoperativen
dreidimensionalen Bildgebung durch einen Bildverstärker in Verknüpfung mit
einem Navigationssystem konnte am Kadaver eine signifikante Verbesserung der
5 Diskussion Seite 52
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Präzision bei allerdings verlängerter Repositionsdauer erreicht werden. Bevor ein
solches System jedoch der klinischen Anwendung zugeführt werden kann,
müssen weitere Parameter wie Patientensicherheit, Bedienerfreundlichkeit und
Wirtschaftlichkeit untersucht werden.
6 Zusammenfassung Seite 53
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
6 Zusammenfassung
Einleitung: Die Verriegelungsnagelung hat sich als Methode der ersten Wahl zur
Stabilisierung von Frakturen des Femurschaftes etabliert. Probleme bestehen
weiterhin in der geschlossenen Reposition der Fraktur. Ein Ansatz zur
Erleichterung der Reposition und Verbesserung der Präzision des
Repositionsergebnisses ist der Einsatz eines Roboters. Vorausgegangene
Arbeiten haben ein hohes Genauigkeitspotential durch den Einsatz eines
Roboters im Master-Slave-Prinzip als Manipulator gezeigt. Als limitierender Faktor
hat sich jedoch die intraoperative zweidimensionale Repositionskontrolle über
einen Bildverstärker erwiesen. Ziel dieser Arbeit ist die Schaffung eines
roboterassistierten Repositionsmoduls, welches die Fragmente dreidimensional
darstellt. Die entwickelte Methode wurde mit der konventionellen, manuellen
Reposition bezüglich Repositionsgenauigkeit und Repositionsdauer verglichen.
Material und Methode: Es wurde ein Repositionsmodul aus einem Sechs-Achs-
Reinraum-Industrieroboter (Stäubli RX 90), einem optischen Navigationssystem
(VectorVision, Fa. Brainlab), einem dreidimensionalen Bildverstärker (Siemens
ISO-C 3D) und einem Force-Feedback-Eingabegerät (Microsoft SideWinder Force
Feedback 2) entwickelt. Der Roboter diente hier im Master-Slave-Verfahren dem
Chirurgen als Manipulator. Die Frakturenden wurden nach dreidimensionaler
Darstellung segmentiert und nach Referenzierung über das Navigationssystem in
einer speziell entwickelten Software während des Repositionsvorganges
dargestellt. Dem Chirurgen stand somit eine dreidimensionale
Repositionskontrolle zur Verfügung. Über eine Kraft-Momentendose wurden dem
Chirurgen haptische Informationen über das Eingabegerät rückvermittelt.
Wir führten zwei Versuchsreihen durch. In der ersten Versuchsreihe wurden
exponierte Femora reponiert, bei der zweiten Versuchsreihe wurden
Repositionsversuche am Kadaver mit intaktem Weichteilmantel durchgeführt.
6 Zusammenfassung Seite 54
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Insgesamt standen 14 Kadaverfemora zur Verfügung. Hier wurden Frakturen
durch 3-Punkt-Biegung geschaffen. Diese wurden mit dem erschaffenen Modul
reponiert. Als Zielgröße diente die postoperative Fehlstellung bezogen auf das
Femur vor Frakturierung. Hierzu wurde ein sogenanntes reverses Frakturmodell
genutzt. Eine manuelle Reposition unter zweidimensionaler Bildverstärkerkontrolle
an denselben Kadavern wurde als Vergleichsgruppe herangezogen. Des weiteren
erfolgte der Vergleich der Repositionszeiten. Es wurden folgende Nullhypothesen
aufgestellt:
• Die Achsfehlstellung zwischen den Hauptfragmenten nach Reposition
unterscheidet sich nicht zwischen den Repositionsgruppen.
• Die Translationsfehlstellung zwischen den Hauptfragmenten nach
Reposition unterscheidet sich nicht zwischen den Repositionsgruppen.
• Die Dauer der Repositionen unterscheidet sich zwischen den Gruppen
nicht.
Der statistische Vergleich erfolgte über einen gepaarten T-Test. Als
Signifikanzniveau wurde alpha=0,05 gewählt.
Ergebnisse: Der Einsatz des Roboters führte zu einer signifikanten Verbesserung
des durchschnittlichen Repositionsergebnisses. Nach der roboterassistierten
Reposition war die Translationalfehlstellung signifikant geringer als nach der
manuellen Reposition. (Mittlere axiale Abweichung: 2,00 mm nach
roboterassistierter und 3,69 mm nach manueller Reposition; mittlere laterale
Abweichung 1,98 mm nach roboterassistierter und 3,37 mm nach manueller
Reposition). Auch die Achsfehlstellung war nach der roboterassistierten
Reposition geringer als nach manueller Reposition. Die Innen-/Aussenrotation
(mittlere roboterassistierte Reposition: 2,89°, man uelle Reposition: 8,42°) und der
Varus/Valgus (mittlere roboterassistierte Reposition: 1,11°, manuelle Reposition:
2,53°) waren signifikant geringer. Allerdings stell te sich heraus, dass die
Reposition mittels Roboter (6:14 min) signifikant länger dauerte als die manuelle
Reposition (2:16 min).
6 Zusammenfassung Seite 55
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Schlussfolgerung: Das entwickelte roboterassistierte Repositionsmodul auf
Basis intraoperativer dreidimensionaler Bildgebung erwies sich als erfolgreich. Alle
Frakturen konnten am Kadaver erfolgreich ohne Komplikation reponiert werden.
Die Präzision zeigte sich signifikant gegenüber der manuellen Reposition
verbessert. Jedoch fand sich eine signifikant verlängerte Repositionszeit.
Vergleicht man die Daten mit der Literatur, so konnte durch den Einsatz der
dreidimensionalen Bildgebung ein deutlicher Gewinn in der
Repositionsgenauigkeit erreicht werden. Die Ergebnisse stellen einen wichtigen
Schritt zur Etablierung einer roboterassistierten Frakturreposition dar.
7 Literaturverzeichnis Seite 56
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
7 Literaturverzeichnis
1. Finsen V, Harnes OB, Nesse O, Benum P. Muscle function after plated and nailed femoral shaft fractures. Injury 1993;24:531-534
2. Bucholz RW, Jones A. Fractures of the shaft of the femur. J Bone Joint
Surg Am 1991;73:1561-1566 3. Siebert CH, Lehrbass-Sokeland KP, Rinke F, Arens S, Hansis M. [Local
and systemic trauma in plate osteosynthesis of femur shaft fracture]. Unfallchirurg 1993;96:541-545
4. Bhandari M, Guyatt GH, Tong D, Adili A, Shaughnessy SG. Reamed versus
nonreamed intramedullary nailing of lower extremity long bone fractures: a systematic overview and meta-analysis. J Orthop Trauma 2000;14:2-9
5. Wolinsky PR, McCarty E, Shyr Y, Johnson K. Reamed intramedullary
nailing of the femur: 551 cases. J Trauma 1999;46:392-399 6. Winquist RA, Hansen ST, Jr., Clawson DK. Closed intramedullary nailing of
femoral fractures. A report of five hundred and twenty cases. J Bone Joint Surg Am 1984;66:529-539
7. Kempf I, Grosse A, Beck G. Closed locked intramedullary nailing. Its
application to comminuted fractures of the femur. J Bone Joint Surg Am 1985;67:709-720
8. Finkemeier CG, Schmidt AH, Kyle RF, Templeman DC, Varecka TF. A
prospective, randomized study of intramedullary nails inserted with and without reaming for the treatment of open and closed fractures of the tibial shaft. J Orthop Trauma 2000;14:187-193
9. Krettek C, Schandelmaier P, Tscherne H. Treatment of femoral shaft
fractures with an unreamed solid nail (UFN) and standard locking. Operat Orthop Traumatol 1998:6:179-192
10. Krettek C, Miclau T, Grun O, Schandelmaier P, Tscherne H. Intraoperative
control of axes, rotation and length in femoral and tibial fractures. Technical note. Injury 1998;29 Suppl 3:C29-39
11. Hofstetter R, Slomczykowski M, Krettek C, et al. Computer-assisted
fluoroscopy-based reduction of femoral fractures and antetorsion correction. Comput Aided Surg 2000;5:311-325
12. Kim JJ, Kim E, Kim KY. Predicting the rotationally neutral state of the femur
by comparing the shape of the contralateral lesser trochanter. Orthopedics 2001;24:1069-1070
7 Literaturverzeichnis Seite 57
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
13. Prevot N, Charissoux JL, Fiorenza F, Arnaud JP, Pecout C. [Use of a Russel-Taylor nail for stabilizing fractures of the femur. Apropos of 57 fractures with 30 computed tomographies of the rotation]. Rev Chir Orthop Reparatrice Appar Mot 1998;84:33-40
14. Stephen DJ, Kreder HJ, Schemitsch EH, et al. Femoral intramedullary
nailing: comparison of fracture-table and manual traction. a prospective, randomized study. J Bone Joint Surg Am 2002;84-A:1514-1521
15. Strecker W, Suger G, Kinzl L. [Local complications of intramedullary
nailing]. Orthopade 1996;25:274-291 16. Sugarman ID, Adam I, Bunker TD. Radiation dosage during AO locking
femoral nailing. Injury 1988;19:336-338 17. Grover J, Wiss DA. A prospective study of fractures of the femoral shaft
treated with a static, intramedullary, interlocking nail comparing one versus two distal screws. Orthop Clin North Am 1995;26:139-146
18. Yang KH, Han DY, Jahng JS, Shin DE, Park JH. Prevention of malrotation
deformity in femoral shaft fracture. J Orthop Trauma 1998;12:558-562 19. Krettek C. Prinzipien der intramedullären Knochbruchstabilisierung. Teil 2:
Operationstechnik. Unfallchirurg 2001;104:749-769 20. Hufner T, Pohlemann T, Tarte S, et al. Computer-assisted fracture
reduction of pelvic ring fractures: an in vitro study. Clin Orthop Relat Res 2002:231-239
21. Grutzner PA, Suhm N. Computer aided long bone fracture treatment. Injury
2004;35 Suppl 1:S-A57-64 22. Joskowicz L, Milgrom C, Simkin A, Tockus L, Yaniv Z. FRACAS: a system
for computer-aided image-guided long bone fracture surgery. Comput Aided Surg 1998;3:271-288
23. Mosheiff R, Weil Y, Peleg E, Liebergall M. Computerised navigation for
closed reduction during femoral intramedullary nailing. Injury 2005;36:866-870
24. Okoniewski M, Birke A, Schietsch U, Thoma M, Hein W. [Early results of a
prospective study in patients with computer-assisted femur shaft preparation in total hip endoprosthesis implantation (Robodoc system)--indications, outcome, complications]. Z Orthop Ihre Grenzgeb 2000;138:510-514
7 Literaturverzeichnis Seite 58
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
25. Fuchtmeier B, Egersdoerfer S, Mai R, et al. Reduction of femoral shaft fractures in vitro by a new developed reduction robot system 'RepoRobo'. Injury 2004;35 Suppl 1:S-A113-119
26. Gosling T, Westphal R, Hufner T, et al. Robot-assisted fracture reduction: a
preliminary study in the femur shaft. Med Biol Eng Comput 2005;43:115-120
27. Bouazza-Marouf K, Browbank I, Hewit JR. Robotic-assisted internal fixation
of femoral fractures. Proc Inst Mech Eng [H] 1995;209:51-58 28. Gösling TW, S.; Westphal, R.; Hüfner, T.; Wahl, F.; Krettek, C.
Oberflächen-Matching als Basis anatomischer Achswiederherstellung am Beispiel der Femurschaftfraktur. DGU 2004, 68 Jahrestagung Deutsche Gesellschaft für Unfallchirurgie, Oktober 2004 2004
29. Westphal RW, S.; Finkemeyer, B.; Wahl, F.; Gösling, T.; Hüfner, T.;
Faulstich, J. and Krettek, C. Progress in Robot Assisted Fracture Reduction. In: Video-Proceedings - IEEE ICoRaA, New Orleans, USA, April 2004, Video. ed; 2004
30. Westphal RF, J.; Gösling, T.; Winkelbach, S.;Hüfner, T.; Krettek, C. and
Wahl, F. Fracture reduction using a telemanipulator with haptical feedback. CARS 2003, Proceedings of the 17th International Congress and Exhibition, Computer Assisted Radiology and Surgery, International Congress Series 1256, ISBN: 0-444-51387-6, June 2003, pp 1369 2003
31. Westphal RG, T.; Citak, M.; Hüfner, T.; Wahl, F.; Krettek, C. Automatisierte
Frakturreposition basierend auf Kraftmomentensensorik am Beispiel des Femurschaftes. DGU 2004, 68 Jahrestagung Deutsche Gesellschaft für Unfallchirurgie, Oktober 2004 2004
32. Westphal RW, S.; Gösling, T.; Hüfner, T.; Faulstich, J.; Martin, P.; Krettek,
C. and Wahl, F. A Surgical Telemanipulator for Femur Shaft Fracture Reduction. Int J of of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery, Volume 2, Issue 3, 2006 2006
33. Lippert H. Lehrbuch Anatomie: Urban & Fischer; 2000 34. Nerlich M, Weigel B. Praxisbuch Unfallchirurgie; 2004 35. Smrke D, Princic J. [Plate and screw osteosynthesis in femoral shaft
fractures. Retrospective study of 500 femur shaft fractures]. Unfallchirurg 2000;103:110-114
36. Müller M, Nazarian S, Koch P, Schatzker J. The comprehensive
classification of fractures of long bones: Springer; 1990:S. 128 - 137
7 Literaturverzeichnis Seite 59
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
37. Großstück R, Kilian U, Wernicke F, Otto W. Marknagelung geschlossener Oberschenkelschaftbrüche. Trauma und Berufskrankheit 2002;4
38. Krettek C. Marknagelung geschlossener Femur- und Tibiafrakturen.
Trauma und Berufskrankheit 2000:126 - 128 39. Militz M, Hauck S, Bühren V. Akute Frakturversorgung mit
Kompressionsnagel. Trauma und Berufskrankheit 2001:180 - 187 40. Schütz M, Sturm S, Kolbeck S, Südkamp N. Solider Femurnagel in
unaufgebohrter Marknagelung. Trauma und Berufskrankheit 2000:78 - 85 41. Krettek C, Gosling T. Priciples of Internal Fixation. Lippincott, Philadelphia:
RW Bucholz, JD Heckman, CM Court-Brown; 2006:S 145 - 208 42. Gosling T, Westphal R, Faulstich J, et al. Forces and torques during
fracture reduction: Intraoperative measurements in the femur. J Orthop Res 2006;24:333-338
43. Gibson RJ. Erectile dysfunction induced by orthopedic trauma managed
with a fracture table. J Trauma 2000;48:576 44. Amarenco G, Ismael SS, Bayle B, Denys P, Kerdraon J.
Electrophysiological analysis of pudendal neuropathy following traction. Muscle Nerve 2001;24:116-119
45. Karpos PA, McFerran MA, Johnson KD. Intramedullary nailing of acute
femoral shaft fractures using manual traction without a fracture table. J Orthop Trauma 1995;9:57-62
46. Wolinsky PR, McCarty EC, Shyr Y, Johnson KD. Length of operative
procedures: reamed femoral intramedullary nailing performed with and without a fracture table. J Orthop Trauma 1998;12:485-495
47. Baumgaertel F, Dahlen C, Stiletto R, Gotzen L. Technique of using the AO-
femoral distractor for femoral intramedullary nailing. J Orthop Trauma 1994;8:315-321
48. Moed BR, Watson JT. Intramedullary nailing of the tibia without a fracture
table: the transfixion pin distractor technique. J Orthop Trauma 1994;8:195-202
49. Georgiadis GM, Burgar AM. Percutaneous skeletal joysticks for closed
reduction of femoral shaft fractures during intramedullary nailing. J Orthop Trauma 2001;15:570-571
50. Pelich C WF. Zero ++ - An OOP Environment for Multiprocessor Robot
Control. International Journal of Robotics and Automation 1996:12: 49-57
7 Literaturverzeichnis Seite 60
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
51. Westphal R, Gösling T, Oszwald M, et al. 3D Robot Assisted Fracture Reduction. In, In Proceedings of 10th International Symposium on Experimental Robotics 2006 (ISER 06). Rio de Janiero; 2006
52. Wagner R, Weckbach A. [Complications of plate osteosynthesis of the
femur shaft. An analysis of 199 femoral fractures]. Unfallchirurg 1994;97:139-143
53. Ricci WM, Bellabarba C, Lewis R, et al. Angular malalignment after
intramedullary nailing of femoral shaft fractures. J Orthop Trauma 2001;15:90-95
54. Braten M, Terjesen T, Rossvoll I. Torsional deformity after intramedullary
nailing of femoral shaft fractures. Measurement of anteversion angles in 110 patients. J Bone Joint Surg Br 1993;75:799-803
55. Deshmukh RG, Lou KK, Neo CB, et al. A technique to obtain correct
rotational alignment during closed locked intramedullary nailing of the femur. Injury 1998;29:207-210
56. Krettek C, Miclau T, Blauth M, et al. Recurrent rotational deformity of the
femur after static locking of intramedullary nails: case reports. J Bone Joint Surg Br 1997;79:4-8
57. Sennerich T, Sutter P, Ritter G, Zapf S. [Computerized tomography follow-
up of the ante-torsion angle after femoral shaft fractures in the adult]. Unfallchirurg 1992;95:301-305
58. Smrke D, Beden R, Stankovski V. Bipolar versus total hip endoprosthesis:
functional results. Arch Orthop Trauma Surg 2000;120:259-261 59. Freedman EL, Johnson EE. Radiographic analysis of tibial fracture
malalignment following intramedullary nailing. Clin Orthop Relat Res 1995:25-33
60. McFerran MA, Johnson KD. Intramedullary nailing of acute femoral shaft
fractures without a fracture table: technique of using a femoral distractor. J Orthop Trauma 1992;6:271-278
61. Tetsworth K, Paley D. Malalignment and degenerative arthropathy. Orthop
Clin North Am 1994;25:367-377 62. Kettelkamp DB, Hillberry BM, Murrish DE, Heck DA. Degenerative arthritis
of the knee secondary to fracture malunion. Clin Orthop Relat Res 1988:159-169
7 Literaturverzeichnis Seite 61
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
63. Sharma L, Song J, Felson DT, et al. The role of knee alignment in disease progression and functional decline in knee osteoarthritis. Jama 2001;286:188-195
64. Gugenheim JJ, Probe RA, Brinker MR. The effects of femoral shaft
malrotation on lower extremity anatomy. J Orthop Trauma 2004;18:658-664 65. Gautier E, Ganz K, Krugel N, Gill T, Ganz R. Anatomy of the medial
femoral circumflex artery and its surgical implications. J Bone Joint Surg Br 2000;82:679-683
66. Kuntscher G. [Surgical treatment of open diaphysial fractures of the long
bones.]. Acta Orthop Belg 1962;28:444-449 67. Schmucki D, Gebhard F, Grutzner PA, et al. Computer aided reduction and
imaging. Injury 2004;35 Suppl 1:S-A96-104 68. Maeda Y, Sugano N, Saito M, et al. Robot-assisted femoral fracture
reduction: preliminary study in patients and healthy volunteers. Comput Aided Surg 2008;13:148-156
69. Gosling T, Hufner T, Westphal R, et al. Overdistraction of the fracture
eases reduction in delayed femoral nailing: results of intraoperative force measurements. J Trauma 2006;61:900-904
70. Gösling TM, P.; Westphal, R.; Hüfner, T.; Wahl, F. and Krettek, C.
Verringerung der Torsionsdifferenz bei Frakturen des Femurschaftes durch den Einsatz eines neuen auf Flouroskopie basierenden Navigationsmoduls. DGU 2005, 69 Jahrestagung Deutsche Gesellschaft für Unfallchirurgie, Oktober 2005
71. Gösling TW, R.; Hüfner, T.; Krettek, C. and Wahl, F. Interaktive
roboterunterstützte Reposition von Femurschaftfrakturen. CURAC 2002, Computer und Roboter Assistierte Chirurgie, ISSN: 16192745, October 2002
72. Gösling TW, R.; Faulstich, J.; Hüfner, T.; Wahl, F. and Krettek, C.
Intraoperative Kraftbestimmung bei der Reposition von Femurschaftfrakturen. DGU 2005, 69 Jahrestagung Deutsche Gesellschaft für Unfallchirurgie 2005
73. Jerosch J, von Hasselbach C, Filler T, et al. [Increasing the quality of
preoperative planning and intraoperative application of computer-assisted systems and surgical robots--an experimental study]. Chirurg 1998;69:973-976
7 Literaturverzeichnis Seite 62
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
74. Noordeen MH, Shergill N, Twyman RS, Cobb JP, Briggs T. Hazard of ionizing radiation to trauma surgeons: reducing the risk. Injury 1993;24:562-564
75. Kendoff D, Citak M, Pearle A, et al. Influence of lower limb rotation in
navigated alignment analysis: implications for high tibial osteotomies. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 2007
76. Sparmann M, Wolke B. [Value of navigation and robot-guided surgery in
total knee arthroplasty]. Orthopade 2003;32:498-505 77. Han HS, Seong SC, Lee S, Lee MC. Rotational alignment of femoral
components in total knee arthroplasty: nonimage-based navigation system versus conventional technique. Orthopedics 2006;29:S148-151
78. Bumm K, Wurm J, Rachinger J, et al. An automated robotic approach with
redundant navigation for minimal invasive extended transsphenoidal skull base surgery. Minim Invasive Neurosurg 2005;48:159-164
79. Mack MJ. Minimally invasive and robotic surgery. Jama 2001;285:568-572 80. Maresceaux J, Soler L, Ceulemans R, et al. [Image fusion, virtual reality,
robotics and navigation. Effects on surgical practice]. Chirurg 2002;73:422-427
81. Borner M, Bauer A, Lahmer A. [Computer-assisted robotics in hip
endoprosthesis implantation]. Unfallchirurg 1997;100:640-645 82. Borner M, Bauer A, Lahmer A. [Computer-guidred robot-assisted hip
endoprosthesis]. Orthopade 1997;26:251-257 83. Honl M, Dierk O, Gauck C, et al. Comparison of robotic-assisted and
manual implantation of a primary total hip replacement. A prospective study. J Bone Joint Surg Am 2003;85-A:1470-1478
84. Aas IH. A qualitative study of the organizational consequences of
telemedicine. J Telemed Telecare 2001;7:18-26 85. Anderson C, Ellenhorn J, Hellan M, Pigazzi A. Pilot series of robot-assisted
laparoscopic subtotal gastrectomy with extended lymphadenectomy for gastric cancer. Surg Endosc 2007
86. Camarillo DB, Krummel TM, Salisbury JK, Jr. Robotic technology in
surgery: past, present, and future. Am J Surg 2004;188:2S-15S 87. Cutler L, Boot DA. Complex fractures, do we operate on enough to gain
and maintain experience? Injury 2003;34:888-891
7 Literaturverzeichnis Seite 63
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
88. Miller EA. Telemedicine and doctor-patient communication: an analytical survey of the literature. J Telemed Telecare 2001;7:1-17
89. Hashizume M, Konishi K, Tsutsumi N, Yamaguchi S, Shimabukuro R. A
new era of robotic surgery assisted by a computer-enhanced surgical system. Surgery 2002;131:S330-333
90. Li R, Jensen J, Hill J, Bowersox JC. Quantitative evaluation of surgical task
performance by remote-access endoscopic telemanipulation. Surg Endosc 2000;14:431-435
91. Oszwald M, Westphal R, O'Loughlin PF, et al. A rat model for evaluating
physiological responses to femoral Shaft fracture reduction using a surgical robot. J Orthop Res 2008
92. Himpens J, Leman G, Cadiere GB. Telesurgical laparoscopic
cholecystectomy. Surg Endosc 1998;12:1091
8 Danksagung Seite 64
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
8 Danksagung
Mein Dank am Ende dieser Doktorarbeit geht an meinen Doktorvater PD Dr.
Thomas Gösling für seine Unterstützung und die Möglichkeit in seiner
Arbeitsgruppe mitzuwirken. Weiterhin möchte ich mich bei Dr. Markus Oszwald als
direktem Betreuer und Ansprechpartner, Herrn Werner Kohne, Herrn Bernhard
Vaske, sowie bei meinen Kommilitonen und Mitdoktoranden in dieser
Arbeitsgruppe insbesondere Daniel Klepzig und Markus Küpper für ihre
Hilfsbereitschaft und ihre zahlreichen Ratschläge bedanken.
Mein besonderer Dank gilt Herrn Dr.-Ing. Ralf Westphal für seine große Geduld
und ständige Hilfsbereitschaft. Ohne seinen unermüdlichen Einsatz und sein
Wissen hätte diese Arbeit nicht entstehen können.
Am Ende möchte ich meiner Familie für ihr Vertrauen und ihren Rückhalt danken.
Damit haben sie die Grundlage für mein Studium und diese Doktorarbeit
geschaffen.
9 Curriculum Vitae Seite 65
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
9 Curriculum Vitae
Person
Name: Jan Alexander Bredow
Geburtsdatum: 04.10.1981
Geburtsort: Köln
Staatsangehörigkeit: deutsch
Familienstand: ledig
Wohnort: Hamburg
Ausbildung
1988-1992 Städt. Gemeinschaftsgrundschule der Johanniter in
Köln
1992-2001 Städt. Gymnasium Kreuzgasse in Köln
08/2001-05/2002 Zivildienst als Rettungssanitäter für den Malteser
Hilfsdienst e.V. im städt. Krankentransport in Köln
Seit 10/2002 Studium der Humanmedizin an der Medizinischen
Hochschule Hannover
03/2005 Ärztliche Vorprüfung an der Med. Hochsschule
Hannover
05/2006 Beginn Dissertation
03/2008-06/2008 Erster Teil des Praktischen Jahres, Anästhesiologie;
Medizinische Hochschule Hannover
CA Prof. Dr. med. S. Piepenbrock
06/2008-10/2008 Zweiter Teil des Praktischen Jahres, Chirurgie; Mayo
General Hospital in Castlebar, Irland
Consultant Mr. R. Waldron, MD
10/2008-2/2009 Dritter Teil des Praktischen Jahres, Innere Medizin;
Ev. Krankenhaus Holzminden
CA Dr. med. C. Manegold
06/2009 Ärztliche Prüfung an der Med. Hochsschule
Hannover
9 Curriculum Vitae Seite 66
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
seit 09/2009 Assistenzarzt der Radiologischen Abteilung (Albers-
Schönberg-Institut für Strahlendiagnostik),
AK St. Georg, Hamburg
CA PD Dr. D. Kivelitz
Publikationen
Buchbeitrag: Westphal R, Gösling T, Oszwald M, Bredow J,
Klepzig D, Winkelbach S, Hufner T, Krettek C,
Wahl F (2006): Robot Assisted Fracture Reduction.
STAR 2007
Abstracts: Westphal R, Gösling T, Oszwald M, Bredow J,
Klepzig D, Winkelbach S, Hufner T, Krettek C, Wahl
F (2006): 3D Robot Assisted Fracture Reduction. In
Proceedings of 10th International Symposium on
Experimental Robotics 2006 (ISER 06), Rio de
Janeiro, Brazil, 6-10 July 2006
Westphal R, Gösling T, Oszwald M, Bredow J,
Klepzig D, Winkelbach S, Hufner T, Krettek C, and
Wahl F (2006): Robot assisted reduction of femur
shaft fractures based on intraoperative 3D imaging.
CURAC 2006, Computer und Roboter Assistierte
Chirurgie, Hannover, October 2006
Poster: Oszwald M, Westphal R, Bredow J, Gösling T,
Kendoff D, Hufner T, Wahl F, Krettek C (2007):
Semiautomatic robotic reduction of femoral shaft
fractures with 3D visualization. 7th Annual Meeting of
the International Society for Computer Assisted
Orthopaedic Surgery, Heidelberg, June 2007
Hamburg, Oktober 2009
10 Erklärung nach § 2 Abs. 2 Nr. 5 und 6 der PromO: Seite 67
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
10 Erklärung nach § 2 Abs. 2 Nr. 5 und 6 der PromO:
Ich erkläre, dass ich die der Medizinischen Hochschule Hannover zur Promotion
eingereichte Dissertation mit dem Titel:
„Die roboterunterstützte Repositionen von Femurschaftfrakturen mittels
dreidimensionaler intraoperativer Bildgebung – Eine experimentelle Studie“
in der Abteilung für Unfallchirurgie der Medizinischen Hochschule Hannover unter
Betreuung von Herrn PD Dr. Thomas Gösling ohne sonstige Hilfe selbst
durchgeführt und bei der Abfassung der Dissertation keine anderen als die dort
aufgeführten Hilfsmittel benutzt habe.
Ich habe diese Dissertation bisher an keiner in- oder ausländischen Hochschule
zur Promotion eingereicht. Weiterhin versichere ich, dass ich den beantragten
Titel bisher nicht erworben habe.
Hamburg, Oktober 2009
Jan Bredow
11 Anhang Seite 68
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
11 Anhang
Tabelle 7 Ergebnisse der Reposition am exponierten Femur Repositionsdauer Axiale Abweichung Laterale Abweichung Varus / Valgus Ante-/Rekurvation Innen-/Außenrotation
Reposition
Nr (RpNr) Femur Typ Rob1 Rob2 Rob3 Rob4 Rob1 Rob2 Rob3 Rob4 Rob1 Rob2 Rob3 Rob4 Rob1 Rob2 Rob3 Rob4 Rob1 Rob2 Rob3 Rob4 Rob1 Rob2 Rob3 Rob4
1 1 A 10:29 5:10 4:21 3:41 0,699 1,430 0,911 1,576 2,319 2,521 0,829 2,329 0,393 2,384 2,564 0,360 0,979 1,206 1,409 1,160 1,179 0,570 2,259 0,724
2 1 A 12:57 3:25 4:53 3:07 1,020 0,197 0,437 1,227 2,708 0,619 1,330 2,327 0,737 1,248 0,445 1,122 1,999 0,934 1,388 2,461 0,823 1,537 0,088 0,222
3 2 A 5:21 2:02 5:25 2:00 1,722 1,747 0,997 1,846 3,575 4,586 3,707 4,691 1,175 0,296 2,605 1,197 0,823 1,404 0,910 1,631 1,246 0,862 0,401 0,726
4 2 A 5:16 2:20 2:49 2:12 1,720 1,373 1,068 2,163 4,795 4,215 4,491 4,462 0,087 1,249 3,037 0,877 0,266 1,299 1,932 1,026 2,021 1,275 1,249 0,305
5 3 A 4:36 4:31 4:40 3:55 0,559 1,447 1,500 1,601 0,659 0,668 0,558 0,156 1,159 1,848 0,073 1,141 0,520 2,267 4,042 0,375 2,061 0,316 2,325 1,235
6 3 A 8:15 3:50 2:30 3:52 1,105 0,484 1,675 1,176 0,259 0,670 0,525 0,700 0,129 1,660 0,962 0,045 0,672 1,742 1,933 1,777 0,792 1,157 1,518 2,163
7 4 A 10:35 4:05 3:50 3:57 1,232 1,995 1,313 0,875 0,810 0,974 1,017 0,457 0,767 3,812 2,099 1,484 0,605 2,235 1,578 0,220 0,975 0,824 1,802 1,352
8 4 A 7:32 2:25 3:08 2:55 0,105 3,195 0,534 0,334 0,780 2,194 1,184 0,854 0,495 0,779 1,214 0,616 0,828 1,696 1,805 1,475 0,963 1,832 2,656 1,035
9 5 A 3:39 3:09 3:20 3:15 0,818 0,502 1,520 0,800 0,457 0,511 0,648 0,981 0,939 0,293 2,870 0,512 1,515 2,373 1,587 0,472 1,553 0,251 0,139 0,124
10 5 A 7:24 2:58 4:01 2:25 1,176 0,529 0,665 1,464 0,539 0,187 0,296 0,578 0,339 0,172 0,247 0,062 2,233 1,022 0,239 2,153 1,407 0,824 0,410 0,978
11 6 A 7:47 2:50 6:01 4:06 1,013 2,829 0,688 2,309 1,310 2,589 1,047 1,893 1,016 1,088 5,437 3,687 0,430 2,298 1,767 0,556 0,491 0,152 1,314 0,912
12 6 A 10:06 2:35 3:10 2:06 0,345 0,938 0,537 1,257 1,541 0,634 1,970 1,827 1,326 0,687 1,025 1,657 1,680 0,350 0,286 0,471 0,077 1,952 0,888 0,960
13 7 A 8:32 3:20 12:10 3:10 1,517 0,616 1,494 0,050 2,177 2,310 1,991 0,865 0,682 0,102 5,508 0,665 0,194 0,619 2,304 2,358 2,159 1,876 2,430 0,187
14 7 A 2:47 4:26 4:10 2:50 1,365 0,663 0,283 0,242 1,284 1,729 2,587 1,158 0,650 0,555 4,154 3,369 1,769 1,296 3,422 1,247 2,621 1,484 1,868 2,183
15 8 A 4:43 5:02 2:27 3:03 0,616 0,751 0,975 0,551 1,073 1,515 1,354 1,182 1,083 0,273 5,819 3,236 1,983 3,326 2,111 1,919 0,651 0,033 0,958 0,643
16 8 A 7:46 3:41 2:53 2:25 1,179 0,462 0,719 1,045 1,228 1,025 1,316 1,321 0,018 0,024 1,240 0,853 1,971 0,284 1,651 0,505 0,078 0,836 0,035 0,670
17 9 B 2:41 2:22 3:49 2:57 2,045 2,170 1,744 3,018 1,104 1,487 0,816 1,416 0,690 1,071 0,563 6,401 1,063 2,259 0,711 0,095 1,791 3,095 4,744 2,730
18 9 B 4:13 2:05 4:35 2:09 1,761 1,492 2,019 2,793 1,119 1,207 1,468 1,852 0,570 0,030 0,825 5,800 2,127 0,210 0,211 0,195 3,257 2,297 2,801 1,006
19 10 B 5:34 4:50 5:30 3:21 2,293 1,946 2,140 2,743 1,316 0,931 0,860 1,449 2,049 0,385 0,781 4,369 1,352 2,766 2,391 2,671 1,883 2,161 1,623 0,736
20 10 B 8:11 5:35 5:09 4:55 2,466 2,319 2,677 2,462 1,184 2,733 1,550 1,330 5,049 0,495 3,108 2,765 2,708 1,313 2,784 2,179 0,822 3,494 0,839 0,739
21 11 B 4:25 3:10 6:05 3:25 0,843 0,548 0,185 0,099 1,647 1,563 1,442 1,367 4,672 0,314 2,933 1,074 5,461 4,177 4,316 2,692 0,007 2,602 1,044 1,105
22 11 B 6:50 3:25 2:25 3:01 0,239 0,694 0,304 0,064 1,655 1,935 1,571 0,917 1,568 4,135 1,783 0,854 3,670 4,135 5,451 3,842 0,856 0,094 0,833 0,548
23 12 B 3:48 3:10 4:38 6:26 1,780 0,973 2,476 3,913 1,421 0,449 2,928 2,776 5,658 1,756 1,597 2,928 0,706 1,878 0,867 0,004 2,314 1,852 3,576 2,649
24 12 B 3:04 4:08 3:08 3:01 1,896 1,749 2,414 2,381 1,846 1,854 1,482 2,420 2,355 3,533 8,971 0,944 1,207 0,126 0,557 0,698 2,736 0,797 2,367 1,404
25 13 B 10:30 3:16 3:20 3:08 3,913 4,599 4,740 4,871 3,803 3,522 4,861 3,720 4,643 0,079 3,775 0,482 2,018 0,048 1,895 4,384 5,521 3,639 4,563 1,427
26 13 B 4:04 7:14 4:10 4:16 5,706 4,385 4,752 4,390 4,165 3,820 4,384 3,650 1,426 1,159 0,605 2,449 3,292 0,240 1,160 2,932 3,635 4,219 3,591 1,613
27 11 C 2:20 2:10 3:21 2:56 11,255 5,697 5,67 6,005 0,256 0,943 0,755 0,906 7,376 0,283 4,377 2,695 5,272 2,507 3,571 3,988 0,227 0,139 0,067 1,518
28 11 C 1:49 1:50 2:00 2:05 11,295 6,689 0,698 5,7 1,238 1,579 0,828 0,864 7,488 0,346 4,464 3,924 3,277 4,321 3,123 4,797 2,949 0,814 1,237 2,090
29 12 C 6:29 1:55 4:53 2:50 3,479 7,452 0,944 7,703 1,589 1,673 0,364 0,676 5,186 5,947 2,422 3,036 0,609 1,320 0,558 1,410 1,468 2,335 2,178 1,489
30 12 C 3:52 1:36 2:15 2:28 4,001 3,593 1,996 6,619 0,348 1,038 0,565 1,691 1,178 7,792 3,124 2,589 0,699 0,155 0,554 0,298 0,085 1,444 1,364 1,658
11 Anhang Seite 69
Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Unfallchirurgie
Tabelle 8 Ergebnisse der Reposition am Femur mit Weichteilmantel Repositionsdauer Axiale Abweichung Laterale Abweichung Varus / Valgus Ante-/Rekurvation Innen-/Außenrotation
RpNr Femur Rob1 Rob2 Rob3 Rob4 Man Rob1 Rob2 Rob3 Rob4 Man Rob1 Rob2 Rob3 Rob4 Man Rob1 Rob2 Rob3 Rob4 Man Rob1 Rob2 Rob3 Rob4 Man Rob1 Rob2 Rob3 Rob4 Man
1 1 07:50 07:26 08:26 06:35 00:59 3,307 2,168 1,844 3,693 4,842 1,073 0,675 0,815 0,918 3,015 5,549 2,044 2,925 1,612 0,938 0,972 1,308 0,198 0,479 2,231 1,228 0,534 2,264 0,777 0,116
2 1 05:10 09:03 04:56 06:50 k.A. 3,509 0,920 1,691 4,355 4,787 1,350 0,386 1,188 1,703 5,247 3,329 2,677 3,280 1,461 0,007 0,585 0,262 1,811 1,021 3,370 0,600 0,304 2,617 1,105 2,218
3 2 08:55 04:05 04:10 04:15 01:59 5,449 2,920 6,159 6,730 6,849 1,557 0,369 2,958 1,205 1,126 10,571 2,724 1,235 2,236 2,763 1,872 1,842 1,571 0,201 0,502 0,005 0,674 1,618 1,764 2,697
4 2 03:42 04:09 02:40 03:18 01:27 5,282 4,994 6,051 5,196 6,427 1,424 1,672 2,352 1,717 0,561 4,008 0,756 1,824 4,603 3,571 0,803 1,481 0,139 2,607 0,692 0,073 0,034 1,439 0,297 3,043
5 3 08:01 05:01 10:58 03:37 03:13 2,123 1,976 1,044 2,032 2,413 1,844 0,674 1,087 2,253 1,389 6,593 2,264 5,435 0,073 9,665 2,961 1,109 0,422 0,795 2,452 0,929 1,936 3,035 0,803 6,281
6 3 05:40 04:39 07:21 03:25 02:31 2,535 2,190 0,239 1,804 2,642 1,052 0,378 1,859 2,264 0,523 1,196 2,117 7,328 4,599 0,705 0,375 0,294 4,812 1,997 0,045 0,627 1,262 1,641 1,592 4,896
7 4 05:55 05:10 31:20 05:43 02:08 0,326 4,873 2,554 2,959 5,793 2,609 2,204 2,458 1,853 3,581 2,207 2,059 3,300 2,098 0,096 1,075 1,465 0,355 3,173 0,524 0,891 0,082 3,119 2,710 3,183
8 4 06:30 04:59 07:44 05:50 02:21 5,492 4,949 4,427 2,980 2,516 2,376 2,312 2,017 1,707 4,227 0,830 1,890 1,519 2,048 11,662 2,230 1,357 2,276 2,329 0,812 0,423 0,016 0,867 1,978 6,272
9 5 07:10 10:18 05:02 03:04 02:25 3,532 4,571 2,906 0,195 5,232 1,023 2,685 0,802 2,071 4,173 1,434 3,945 1,881 4,017 15,122 0,308 0,545 0,230 0,309 3,310 0,181 1,748 0,202 1,452 1,820
10 5 16:30 05:19 07:16 02:34 00:49 2,777 3,392 2,965 0,022 1,704 1,598 1,176 0,621 1,506 4,907 0,713 1,454 7,544 3,970 15,294 2,253 1,702 0,469 0,274 5,021 1,183 1,600 0,403 0,272 1,535
11 6 03:37 04:58 05:51 20:52 01:48 2,175 3,193 1,890 0,710 0,751 2,233 7,133 1,399 1,272 12,976 1,833 0,340 4,589 3,147 25,488 1,227 0,966 3,324 1,757 1,208 2,117 0,328 1,212 0,588 3,180
12 6 06:45 02:25 03:51 03:55 k.A. 1,746 1,530 2,043 0,804 k.A. 1,615 2,881 1,991 1,494 k.A. 1,701 0,614 1,940 1,010 k.A. 1,883 0,766 0,926 2,115 k.A. 2,597 0,345 0,214 0,272 k.A.
13 7 07:00 02:41 06:13 04:40 02:14 0,405 1,288 0,792 0,072 6,807 1,126 2,079 1,553 2,103 3,573 0,776 1,421 5,743 3,868 3,315 1,492 1,160 2,460 0,181 0,249 3,337 1,354 2,420 1,063 0,899
14 7 06:20 04:21 04:19 08:10 03:06 0,151 1,210 0,050 1,284 8,967 1,860 0,771 0,611 2,618 6,254 1,355 1,582 5,317 8,849 7,982 0,395 0,149 1,395 1,936 2,128 1,754 0,469 1,080 0,694 0,292
15 8 12:03 05:02 03:03 08:12 03:31 0,759 1,187 4,238 2,439 1,491 3,056 2,876 3,009 1,038 2,282 0,536 0,429 16,150 3,281 14,357 0,295 0,850 1,466 0,694 4,154 0,375 1,448 0,718 0,801 5,946
16 8 07:30 04:04 04:51 08:19 02:37 2,275 1,296 2,622 2,913 2,422 1,527 1,800 3,034 2,435 5,337 0,687 0,595 9,060 0,136 31,646 0,710 0,742 0,925 0,128 2,065 1,546 0,906 0,172 2,584 3,369
17 9 03:21 03:13 02:31 31:12 02:52 1,951 0,589 1,514 1,258 0,431 4,488 4,267 3,616 1,280 1,833 2,025 0,168 4,519 10,009 12,978 1,227 1,339 2,581 1,416 2,790 1,202 1,840 0,646 3,560 2,555
18 9 03:17 02:01 03:50 02:58 01:35 1,801 0,716 1,756 0,662 1,403 4,855 3,750 4,091 4,290 1,345 4,896 0,595 0,912 2,986 6,100 0,040 2,267 0,026 2,551 2,335 0,246 0,575 0,792 0,522 0,940
19 10 09:04 03:04 05:44 03:42 02:27 0,203 0,046 0,209 0,060 1,946 1,402 1,452 1,005 0,574 1,462 1,340 1,141 3,371 3,831 1,086 0,608 1,009 2,237 0,126 2,501 0,355 0,743 1,321 1,143 2,250
20 10 11:54 02:42 03:56 02:21 02:57 0,293 0,185 0,433 0,342 3,243 1,818 1,030 1,923 0,878 2,018 4,864 2,454 0,442 0,816 9,251 2,462 1,790 0,248 2,295 1,165 0,674 0,644 0,275 0,870 0,209
21 11 06:30 03:20 08:26 06:08 k.A. 0,972 0,387 1,156 0,149 k.A. 3,289 3,954 2,355 2,742 k.A. 0,730 3,633 1,242 0,140 k.A. 2,212 3,955 0,905 1,158 k.A. 0,000 0,304 0,424 0,461 k.A.
22 11 05:16 03:09 03:22 03:09 k.A. 1,360 1,421 1,370 0,567 k.A. 3,260 1,625 2,638 2,672 k.A. 5,093 1,811 2,490 4,293 k.A. 3,091 0,574 0,195 1,435 k.A. 1,684 1,202 3,473 0,843 k.A.
23 12 17:34 03:42 03:04 02:05 01:39 0,862 1,422 0,974 0,667 3,094 3,461 3,014 0,800 0,719 2,515 2,217 0,408 6,575 2,948 1,576 2,078 0,125 0,007 0,568 1,296 3,023 0,810 1,163 1,396 0,579
24 12 06:27 02:36 04:23 04:18 02:33 1,381 1,676 0,939 0,590 3,630 1,741 1,909 0,775 0,816 2,366 0,078 3,733 0,450 0,884 3,133 0,010 1,373 0,641 0,590 0,059 1,031 0,305 0,585 1,471 0,883