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Der Orthopäde

, Volume 47, Issue 10, pp 811–819 | Cite as

Abriebanalyse mit virtuellen CAD-basierten Röntgenaufnahmen in der Endoprothetik

  • M. Haversath
  • S. Klebingat
  • die VITAS-Gruppe
  • M. Jäger
Leitthema

Zusammenfassung

In der Endoprothetik unterliegen die artikulierenden Gelenkpartner einem permanenten Verschleiß. Dieser bewirkt u. a. einen Substanzverlust durch Abrieb. Die freigesetzten Abriebpartikel führen im periimplantären Gewebe zur aseptischen Inflammation mit Osteoklastenaktivierung und aseptischer Prothesenlockerung. Aufgrund des hiermit verbundenen und teilweise ausgedehnten Knochensubstanzverlustes stellt die „Abrieberkrankung“ („particle disease“) den orthopädischen Chirurgen vor große Herausforderungen. Durch die stetige Verbesserung der Materialeigenschaften von Polyethylenen konnte die Abriebrate in den vergangenen Jahrzehnten nachweislich gesenkt und die durchschnittliche Prothesenstandzeit verlängert werden. Die zunehmend geringer ausgeprägten Abriebeigenschaften der neuen Materialien erschweren ihre präzise Analyse und Evaluation mittels graphisch basierter Software im Langzeitverlauf, die konventionelle Röntgenbildserien semiautomatisch auswerten. Die 1974 entwickelte radiostereometrische Analyse gilt hingegen weiterhin als sehr präziser, aber aufwendiger und kostenintensiver Goldstandard. Im vorliegenden Beitrag wird die Validierung einer neuen und innovativen Messmethode beschrieben und ihr Einsatz anhand der ersten 5‑Jahres-Ergebnisse einer multizentrischen Studie zur Abriebanalyse dargestellt.

Schlüsselwörter

Gelenkprothese Hüftgelenk Röntgenbild „Computer-aided design“ Digitale Radiographie 

Abkürzungen

ASTM

American Society for Testing and Materials

CAD

„Computer-aided design“

DRR

„Digitally reconstructed radiograph“

EBRA

Einzelbildröntgenanalyse

HAS

„Hip analysis suite“

ROMAN

„Roentgen monogrammetric analysis“

RSA

Radiostereometrische Analyse

UHMWPE

Ultrahochmolekulargewichtiges Polyethylen

Endoprosthetic wear analysis using virtual CAD-based radiographs

Abstract

The articulating parts of an endoprosthetic joint are subjected to constant wear, which results in loss of material. In peri-implant tissue, the wear debris particles cause aseptic inflammation with osteolysis and aseptic loosening. Due to the associated bone resorption—which can be considerable—“particle disease” represents a significant challenge for orthopedic surgeons. Continuous improvements in the material properties of polyethylene during the past decades have resulted in reduced wear and longer implant survival times. To evaluate wear properties in polyethylene liners after total hip arthroplasty in vivo, different graphics-based, semiautomatic software packages were developed to measure femoral head penetration in radiographic image series. However, the reduced wear properties of the new materials rendered their precise analysis and evaluation more difficult, and no software was able to reproduce the accuracy of the complex and expensive radiostereometric analysis first described by Selvik in 1974, which is still viewed as the gold standard. The aim of this study is to describe the validation of a novel and accurate method to analyze polyethylene wear in vivo using virtual computer-aided detection/diagnosis (CAD)-based radiographic images. Furthermore, its use is presented based on the first 5‑year follow-up results of a multicenter approach evaluating the impact of vitamin E-blended polyethylene in cementless total hip replacement. Our data support the high accuracy of CAD-based virtual evaluation.

Keywords

Joint prosthesis Hip joint Radiographic image Computer-aided design Digital radiography 

Notes

Mitglieder der Vitas-Gruppe

M. Jäger (Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Universitätsmedizin Essen), S. Landgraeber (Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Universitätsmedizin Essen), M. Haversath (Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Universitätsmedizin Essen), S. Warwas (Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Universitätsmedizin Essen), A. v. Wasen (Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Universitätsmedizin Essen), H. Windhagen (Klinik für Orthopädie, Diakovere Annastift, Medizinische Hochschule Hannover), T. Flörkemeier (Klinik für Orthopädie, Diakovere Annastift, Medizinische Hochschule Hannover), S. Budde (Klinik für Orthopädie, Diakovere Annastift, Medizinische Hochschule Hannover), J. Kubilay (Klinik für Orthopädie, Diakovere Annastift, Medizinische Hochschule Hannover), Y. Noll (Klinik für Orthopädie, Diakovere Annastift, Medizinische Hochschule Hannover), K.-S. Delank (Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Universität Halle), J. Baghdadi (Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Universität Halle), R. Willburger (Orthopädie und Unfallchirurgie, Katholisches Klinikum Bochum, Ruhr-Universität Bochum), M. Dücker (Klinik für Orthopädie, Marienhaus Klinikum St. Josef, Bendorf), A. Wilke (Orthopädie, Unfall‑, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Elisabeth-Klinik, Bigge-Olsberg), F. Hütter (Orthopädie, Unfall‑, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Elisabeth-Klinik, Bigge-Olsberg)

Einhaltung ethischer Richtlinien

Interessenkonflikt

M. Haversath, S. Klebingat, die VITAS-Gruppe und M. Jäger geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Dieser Beitrag beinhaltet keine von den Autoren durchgeführten Studien an Menschen oder Tieren.

Literatur

  1. 1.
    Ayers DC, Greene M, Snyder B et al (2015) Radiostereometric analysis study of tantalum compared with titanium acetabular cups and highly cross-linked compared with conventional liners in young patients undergoing total hip replacement. J Bone Joint Surg Am 97:627–634CrossRefGoogle Scholar
  2. 2.
    Bracco P, Oral E (2011) Vitamin E‑stabilized UHMWPE for total joint implants: a review. Clin Orthop Relat Res 469:2286–2293CrossRefGoogle Scholar
  3. 3.
    Callary SA, Solomon LB, Holubowycz OT et al (2017) Accuracy of methods to measure femoral head penetration within metal-backed acetabular components. J Orthop Res 35:988–996CrossRefGoogle Scholar
  4. 4.
    Damm P, Schwachmeyer V, Dymke J et al (2013) In vivo hip joint loads during three methods of walking with forearm crutches. Clin Biomech (Bristol, Avon) 28:530–535CrossRefGoogle Scholar
  5. 5.
    Estok DM 2nd, Bragdon CR, Plank GR et al (2005) The measurement of creep in ultrahigh molecular weight polyethylene: a comparison of conventional versus highly cross-linked polyethylene. J Arthroplasty 20:239–243CrossRefGoogle Scholar
  6. 6.
    Glyn-Jones S, Mclardy-Smith P, Gill HS et al (2008) The creep and wear of highly cross-linked polyethylene: a three-year randomised, controlled trial using radiostereometric analysis. J Bone Joint Surg Br 90:556–561CrossRefGoogle Scholar
  7. 7.
    Jäger M, Van Wasen A, Warwas S et al (2014) A multicenter approach evaluating the impact of vitamin e‑blended polyethylene in cementless total hip replacement. Orthop Rev (Pavia) 6:5285CrossRefGoogle Scholar
  8. 8.
    Ren S, He K, Girshick R et al (2017) Faster R‑CNN: towards real-time object detection with region proposal networks. Ieee Trans Pattern Anal Mach Intell 39:1137–1149CrossRefGoogle Scholar
  9. 9.
    Selvik G (1989) Roentgen stereophotogrammetry. A method for the study of the kinematics of the skeletal system. Acta Orthop Scand Suppl 232:1–51CrossRefGoogle Scholar
  10. 10.
    Stilling M, Kold S, De Raedt S et al (2012) Superior accuracy of model-based radiostereometric analysis for measurement of polyethylene wear: a phantom study. Bone Joint Res 1:180–191CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Springer Medizin Verlag GmbH, ein Teil von Springer Nature 2018

Authors and Affiliations

  • M. Haversath
    • 1
  • S. Klebingat
    • 2
  • die VITAS-Gruppe
  • M. Jäger
    • 1
  1. 1.Klinik für Orthopädie und UnfallchirurgieUniversitätsmedizin EssenEssenDeutschland
  2. 2.Lehrstuhl für Medizinische Telematik und MedizintechnikOtto-von-Guericke-Universität MagdeburgMagdeburgDeutschland

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