Medizinische Hochschule Hannover - GBV · 2019-05-13 · (Femur) ist der längste und stärkste Röhren-knochen des menschlichen Körpers. Kranial liegt das Femur mit dem Caput femoris

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



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.



1.1.1 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



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)



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.



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



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]



1.3.2 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



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.



1.3.3.2 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



Fehlstellungen zeigen sich als Torsionsfehler, Beinlängendifferenzen oder als eine

ausgeprägte Varus- bzw. Valgusstellung der Beine.

2 Fragestellung Seite 16


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


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


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)



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)



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



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



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



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.



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



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



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



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



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



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



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.



3.2.3 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



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



3.2.4 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.



3.3 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


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]



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


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]



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 [°]



4.2 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



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



Tabelle 5 Translationale Abweichung am Femur mit Weichteilmantel in [mm]


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


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



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



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


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



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



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



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



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



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



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.



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



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



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


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.



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).



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


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Intraoperative Kraftbestimmung bei der Reposition von Femurschaftfrakturen. DGU 2005, 69 Jahrestagung Deutsche Gesellschaft für Unfallchirurgie 2005

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cholecystectomy. Surg Endosc 1998;12:1091

8 Danksagung Seite 64


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


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


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


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


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


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

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Medizinische Hochschule Hannover - GBV · 2019-05-13 · (Femur) ist der längste und stärkste Röhren-knochen des menschlichen Körpers. Kranial liegt das Femur mit dem Caput femoris