Präzision standardisierter Iso-C-Arm-basierter navigierter Bohrungen am proximalen Femur

Zusammenfassung

Die Navigation basierend auf einem Bildwandler ist eine neue Anwendung in der computerassistierten Chirurgie. Im Rahmen der vorliegenden Studie wurde die Präzision von Iso-C-Arm-basierten Bohrungen am proximalen Femur untersucht. An 9 Kunststoffknochen wurden je 2 Bohrungen mit 135° und 100° Anstiegswinkel zur Schaftachse in Richtung Femurkopf gesetzt. Als Ziel der 3,2-mm-Bohrkanäle wurde das Zentrum einer zuvor von kranial in den Femurkopf implantierten 4-mm-Stahlkugel gewählt.

Die Bohrungen wurden standardisiert mit einer navigierten Bohrmaschine durchgeführt, die in einen Bohrständer integriert wurde. Die jeweilige Stellung des navigierten Bohrers vor Beginn der Bohrung und am tiefsten Punkt des Bohrkanals im Navigationsmodus wurde dokumentiert. Nach Anlage der Bohrkanäle wurde ein CT der Präparate angefertigt und über eine entsprechende Software die Koordinaten des Mittelpunktes des Eintritts und des Endes eines Bohrkanals und der Stahlkugel vermessen. Über eine Vektorrechnung erfolgte die Kalkulation des kleinsten Abstands zwischen der aus dem Zentrum des Anfangs und Endes des Bohrkanals definierten Geraden und dem Zentrum der Kugel, auf welche die Bohrung gerichtet war. Weiterhin wurden die Koordinaten des Schnittpunktes des Lotes zum Kugelzentrum mit der Geraden kalkuliert (x_v, y_v und z_v), um die Richtung der Abweichung des Bohrkanals vom Zentrum der Kugel zu evaluieren.

Für die 135°-Bohrung ergab sich ein Median der kleinsten Abweichung des Zentrums des Bohrkanals und des Zentrums der Kugel von 2,5 (1,6–3,7) mm, bei der 100° Zielbohrung betrug der Median 3,1 (1,8–4,2) mm. Die Richtung der Abweichung zeigte bei allen 9 135°-Bohrungen tendenziell primär nach dorsal, während 4 der 100°-Bohrungen primär nach dorsal, 3 nach kranial und je eine nach kaudal und ventral abwichen.

Aus unserer Sicht liegt für die bildwandlergestützte Navigation bei Anwendungen im Bereich des proximalen Femurs eine ausreichende Präzision und Reproduzierbarkeit vor. Diese Technik kann in Zukunft am Patienten eingesetzt werden.

Abstract

C-arm navigation is a new tool in computer assisted surgery. The aim of this study is to evaluate the accuracy of Iso-C-arm based drill holes in the proximal femur. In nine artificial proximal femura, two holes with an angle of 135° and 100° in relation to the shaft axis were drilled in the direction of the femoral head. The defined target of the 3.2 mm drillings was a 4 mm steel ball, which had previously been placed and fixed at the cranial center of the femoral head.

All the drillings were standardized with a navigated drilling machine fixed to a frame which only allowed movement of the system in the direction of the drill. During navigation the positions of the drill before commencement and at the deepest point of the canal were recorded. After drilling all specimens were evaluated by CT, and the coordinates of the center of the start and the end of the drilled hole and the center of the ball were determined. Using vector calculation, the smallest distance between the straight line, defined by the center of the starting point and the end point of the drill hole, and the center of the ball was calculated. Additionally, the coordinates of the intersection between the perpendicular to the center of the ball and the straight line were determined (x_v, y_v, z_v), to evaluate the direction of misplacement of the drilled canal in relation to the target.

For the 135° drill holes, a median of 2.5 mm for the smallest distance between the straight line, given by the center of the start and the end of the hole, and the center of the ball was investigated (range 1.6 –3.7 mm). For the 100° holes the median was 3.1 mm (range 1.8 –4.2 mm). The main plane of deviation in all of the 135° holes was posteriorly, whereas in the 100° holes posterior deviation occurred in four cases, cranial in three cases, and in one case each caudal and anterior deviation occurred.

In our opinion, the accuracy of fluoroscopy based navigation applied in the region of the proximal femur is sufficient and reproducible. This technique can be used for implant placement at the proximal femur in the future.