Planung der Korrektur komplexer Deformitäten

J. Fürmetz1,3 – F. Wolf2,3 – P. H. Thaller3

1Service de traumatologie du sport et de chirurgie arthroscopique, BG Unfallklinik Murnau, Murnau/Staffelsee, Allemagne
2Clinique de chirurgie, Klinikum Penzberg, Penzberg, Allemagne
33D-Chirurgie, Centre musculo-squelettique LMU (MUM), LMU Klinikum München, Munich, Allemagne

En cas de déformations complexes, une planification préopératoire précise dans tous les plans est une condition essentielle avant l’opération proprement dite et peut éviter des complications et des interventions ultérieures. Tout comme les techniques chirurgicales elles-mêmes, les méthodes de planification continuent d’évoluer, de sorte que la planification en 3D est de plus en plus utilisée en plus de la représentation en 2D. Celle-ci se base sur les principes de la planification en 2D, mais fournit beaucoup plus d’informations, par exemple pour l’anatomie fémoro-patellaire. La production d’instruments spécifiques au patient (PSI) ou l’utilisation de la robotique similaire à celle utilisée dans la prothèse du genou sont de nouvelles possibilités offertes par la planification 3D.

Mots-clés
correction des déformations – planification préopératoire – imagerie 3D – planification end-point-first – planification 3D

La planification des opérations de correction des déformations a considérablement évolué au cours des dernières décennies. Grâce à de nombreux travaux dans le domaine, avec une compréhension toujours meilleure de l’anatomie, de la biomécanique et de la maladie de base, différentes procédures de planification et de correction avec des plaques, des clous et des fixateurs ont été développées. Le principe simple selon lequel une malformation variqueuse équivaut à une correction au niveau du tibia et une malformation valgisante au niveau du fémur a été réfuté depuis longtemps et, dans la mesure du possible, on corrige désormais l’origine de la malformation [1]. De plus, l’axe de la jambe est modifié de manière individualisée en fonction de la déformation, du degré d’arthrose et de l’instabilité existante et, si possible, les maladies concomitantes sont également traitées [2]. Il convient d’éviter un plan articulaire du genou incliné, de sorte que les doubles ostéotomies sont de plus en plus souvent utilisées [3].

Certaines étapes de différentes méthodes de planification sont similaires. Cependant, jusqu’à présent, les méthodes de planification se sont concentrées sur une procédure chirurgicale ou une déformation spécifique. La méthode Miniaci pour les ostéotomies Open- and Closedwedge avec ostéosynthèse par plaque ou la méthode CORA(« center of rotation of angulation ») développée par Paley et Tetsworth pour les corrections complexes fournissent des informations importantes pour la procédure chirurgicale [1, 3]. En y regardant de plus près, la méthode Miniaci ou l’analyse de l’état actuel de Strecker fournissent souvent des solutions réalisables pour des déformations simples [9]. Dans de nombreux cas, le centre de rotation (« hinge ») ou « angulation correction axis » (ACA) selon Paley ne se trouve pas dans la CORA, de sorte que la règle d’ostéotomie3 selon Paley est finalement appliquée. Cela est souvent acceptable pour les déformations simples proches du genou et permet une hauteur d’ostéotomie et une ostéosynthèse standardisées.

Les principes de planification d’une correction d’axe et d’un allongement simultanés au moyen d’un clou intramédullaire de distraction ont été décrits par Baumgart en 2009 sous le nom de « Reverse Planning Method » [10]. La « End_Point-First Technique » (EPF) de Thaller et al. contient également ce principe et peut être appliquée universellement à toute forme d’ostéotomie avec des procédures d’ostéosynthèse internes ou externes [11]. Les différentes étapes essentielles à la planification de corrections complexes sont décrites ici à titre d’exemple pour les ostéotomies proches du genou.

La planification de la correction de déformations complexes après EPF peut être réduite, de manière simplifiée, à trois étapes :

• Définition du nouvel axe mécanique de la jambe (nMA/point final),
• Définition du type et de la hauteur de l’ostéotomie en fonction de l’objectif de la correction et des caractéristiques de l’implant,
• Ajustement du segment ostéotomisé au point nMA/final en fonction de l’objectif de correction et des caractéristiques de l’implant.

En cas d’ostéotomie proche du genou avec JLCA pathologique, il existe un risque de surcorrection, c’est pourquoi, avant de planifier l’ostéotomie, il faut par exemple procéder à un parallélisme de l’espace articulaire du genou en corrigeant graphiquement un segment (voir ci-dessous).

Définition du nouvel axe mécanique de la jambe (1). Toute planification EPF commence par la définition de la nMA sur le cliché de la jambe entière. Pour les déformations monofocales du fémur ou du tibia, cela se fait en traçant la nMA par 2 points fixes. Pour les ostéotomies tibiales, la nMA est définie par le centre de la tête fémorale (1er point fixe) et le tracé souhaité par le centre de l’articulation du genou (2e point fixe). Pour les ostéotomies fémorales, la nMA commence au centre de la cheville (1er point fixe) et passe par le genou selon l’objectif de correction (2e point fixe). En présence d’une déformation bifocale ou si une correction monofocale dépasse de plus de 4° la zone physiologique du MPTA ou du mLDFA, une nouvelle nMA virtuelle est créée à un angle de 87° par rapport au plan de l’articulation du genou ou le fragment distal du tibia et le fragment proximal du fémur sont déplacés à l’intérieur d’un logiciel de planification jusqu’à la cible de correction souhaitée. Dans certains cas, une répartition plus favorable des ostéotomies peut être obtenue en ajustant l’angle de la nMA par rapport au plan articulaire du genou dans les plages normales de mLDFA et MPTA (85-90°). Pour les ostéotomies d’allongement/raccourcissement, le point final sur la nMA est préalablement défini en plus, conformément à l’objectif de correction.

Définition du type et de la hauteur de l’ostéotomie en fonction de l’objectif de la correction et des caractéristiques de l’implant (2). Pour les corrections proches du genou, l’ostéotomie se fait principalement au niveau de la métaphyse afin d’obtenir ici la meilleure consolidation possible dans l’espace d’ostéotomie. Si une ostéotomie à ciel ouvert/clos avec ostéosynthèse par plaque s’avère judicieuse, il faut tenir compte des possibilités de fixation grâce aux trous de vis prédéfinis (fig. 1). Une ostéotomie avec clou ou stabilisation par fixateur est principalement réalisée par voie percutanée (technique du trou de forage/burin), de sorte qu’en fin de compte, on obtient toujours une situation d’openwedge. La position du clou dans la métaphyse, le point d’entrée du clou, les options de verrouillage à proximité de l’articulation et la liaison de forme avec la diaphyse doivent être pris en compte afin d’obtenir la correction souhaitée. Il en résulte souvent des ostéotomies à environ 8-12 cm de l’articulation du genou (Fig. 2). En cas d’ostéotomie avec des fixateurs, il est généralement possible d’ostéotomiser au niveau de la CORA afin d’éviter une translation déstabilisante des fragments [12].

Virtuelle Durchführung der Korrektur (3). Bei Achskorrekturen mit Platten gibt es die Möglichkeiten der closed wedge/open wedge Korrekturen mit lateralem oder medialem Scharnier. Bei Nagelkorrekturen empfiehlt es sich virtuell den Nagel bereits in das diaphysäre Fragment formschlüssig zu platzieren das korrigiert wird. Jetzt wird das Fragment mit Nagel an den geplanten End-Point bewegt, welcher durch die nMA und gewünschte Beinlänge vorgegeben wird. Bei Plattenkorrekturen oder Fixateuren ist dies nicht zwingend notwendig. Hier wird das zu korrigierende Fragment einfach auf den Endpunkt bewegt. Bei Verlängerungen sollte wegen der simultanen Längen und Achsänderung nicht nur die Endposition geplant werden, sondern auch die direkte postoperative Situation. Dieser Schritt ist bei Nagelkorrekturen entscheidend, denn er zeigt ein mögliches Mismatch zwischen Nagel und Kortex. Ist dies der Fall, muss die Osteotomiehöhe oder sogar das Verfahren geändert werden.

Besonderheiten bei vergrößertem „joint line convergence angle“

Durch Anlegen der Tangenten an das distale Femur und die proximale Tibia erhält man den sog. „joint line convergence angle“ (JLCA). Ist dieser außerhalb der Norm (> 2°), dann spricht diesfür eine ligamentäre Instabilität und/oder für einen unikompartimentellen Knorpelverlust. Da bei entsprechender Achsveränderung auch der JLCA beeinflusst wird, sollte dieser mit in die Planung einbezogen werden. Viele Arbeiten berichten von einer Überkorrektur, wenn dies nicht berücksichtigt wird [13]. Ein JLCA > 2° sollte deshalb vor der eigentlichen Planung angeglichen werden. Hierfür müssen nur Femur oder Tibia komplett ausgeschnitten im Planungsprogramm so bewegt werden, dass die Tangenten parallel sind und somit die postoperative Korrektur des JLCA antizipiert wird. Weitere Methoden, um einem erhöhten JLCA Rechnung zu tragen, wie die Differenz zwischen belasteter Ganzbeinaufnahme und liegender Knieaufnahme vom Korrekturwinkel abzuziehen, existieren.

Besonderheiten bei Korrekturosteotomie mit Marknagelosteosynthese

DieHöhederOsteotomie,dieRichtungund der Durchmesser des Aufbohrens im metaphysären Fragment müssen vor der Operation genau berechnet werden, um KomplikationenbeieinerMarknagelkorrektur und ggf. bei einer weiteren internen Verlängerung zu vermeiden und das gewünschte Ausmaß der Deformationskorrektur zu erreichen. In vielen Fallserien zur intramedullären Verlängerung wird das Verfahren ohne gleichzeitige Kontrolle und Korrektur der Achse beschrieben[14, 15]. Dies deutet darauf hin, dass die Bedeutung der präoperativen Planung für die intramedulläre Verlängerung unterschätzt wird oder nicht ausreichend bekannt ist. Bei einer antegraden Verlängerung am Femur ist dies besonders relevant, da hierdurch zwangsläufig durch die Richtung der anatomischen Femurachseeine Valgisierung der Beinachse entsteht und mitunter eine Fehlstellung amEndederVerlängerungproduziertwird. Mithilfe einer exakten präoperativen Planung und häufig auch zusätzlichen Pollerschrauben neben dem Nagel, die die biomechanischen Rückstellkräfte neutralisieren, ist eine hohe Präzision mit diesem Verfahren zu erreichen (. Abb. 2; [16]). Ein weiterer wichtiger Baustein ist die gezielte Konfektionierung des Markraumes mittels starrer Bohrer, wodurch die Marknagellage präzise vorgegeben werden kann. Neben einer gleichzeitigen Achskorrektur und Verlängerung ist nach unserer Meinung vor allem auch bei gleichzeitig erforderlicher Torsionskorrektur die Korrekturosteotomie mit Marknagelosteosynthese von großem Vorteil.

Besonderheiten bei Hexapoden

Sehr komplexe Fehlstellungen lassen sich oft nur durch einen externen Fixateur korrigieren. Hier kommt heutzutage vorwiegend der Hexapodfixateur zum Einsatz, mit dem sich Korrekturen in allen Ebenen und Verlängerungen durchführen lassen (Abb. 3). Wichtig ist hierbei, in der präoperativen Planung die Zielwerte genau zu ermitteln. Neben denWinkelgraden in axialer/koronarer/sagittaler Ebene, wird die Verlängerungs- und ggf. auch Translationsstrecke benötigt. Der Algorithmus der verschiedenenHersteller kannmithilfe dieserDateneinen detaillierten Behandlungsplan für jeden Tag der Kallusdistraktion erstellen. Jedoch benötigt dieses System auch die genaue Information über Osteotomiehöhe und Lage der Ringe zueinander und zur Osteotomie. Deshalb führen wir nach erfolgter Osteotomie und Anlage des Fixateurs nochmals standardisierte Röntgen- oder CT-Aufnahmen und eine zweite Planung anhand dieser Daten durch. Für Details der Planung mit externen Fixateuren verweisen wir auf das Referenzwerk von Paley [12]

Die fertige Planung kniegelenknaher Osteotomien sollte abschließend folgende Details visualisieren:

• Ist-Beinachse (MA),
• Soll-Beinachse (nMA),
• Kniegelenkwinkel (MPTA, mLDFA),
• Art der Osteotomie („open“/„closed“),
• Ausmaß der Osteotomie (Osteotomiespalt/entnommener Keil in Grad/ Millimeter),
• Implantatlage, – JLCA-Korrektur (erster grafischer Schritt) falls erforderlich,
• Verlängerung/Verkürzung falls geplant.

Die 2-D-Ganzbeinstandröntgenaufnahme ist noch immer wesentlicher Ausgangspunkt für die oben beschriebenen Planungsschritte. Die Projektionsradiographie ist jedoch positionsabhängig und wesentliche Winkel für die Planung verändern sich signifikant mit Rotation und Flexion der Beine bei der Bildgebung. Dieser Faktor ist vor allem bei komplexen Deformitäten evident, da hier eine standardisierte patellazentrierte Aufnahme in voller Streckung häufig nicht möglich ist. Zudem bedingen Korrekturen in der Koronarebene je nach Drehachse der Osteotomie auch Korrekturen in der axialen und sagittalen Ebene. Dies ist insbesondere bei komplexen mehrdimensionalen/ multilevel Deformitäten relevant.

» Vorteil bei 3-D-Planungen ist eine simultane Darstellung der patellofemoralen Anatomie

Deshalb gewinnt die 3-D-Darstellungen der Beinanatomie immer mehr an Bedeutung. Am häufigsten wird die CT verwendet, jedoch gibt es auch zunehmende Anwendung von MRT und EOS-Aufnahmen zur 3-D-Darstellung. Die DVT(digitale Volumentomographie)-Aufnahmen werden zukünftig realistische 3-D-Darstellungen auch unter Belastung liefern. Bei der CTDiagnostik ist die Darstellung von Hüfte, Knie und Sprunggelenk wie zur Torsionsmessung meist ausreichend und kann in den entsprechenden 3-D-Programmen dargestellt werden. Wesentlicher Vorteil bei 3-D-Planungen ist auch eine simultane Darstellung der patellofemoralen Anatomie und deren Veränderungen. Bei der EOS-Darstellung wird aus anterior-posteriorem und seitlichem Strahlengang ein 3-D-Model simuliert, allerdings kommt hierbei die patellofemorale Anatomie nicht zur Darstellung. Bei den meisten kommerziell verfügbaren Lösungen wird die 3-D-Analyse und -Planung durch den Bioingenieur der Anbieter durchgeführt. Der Arzt wird zwar in den Planungsprozess einbezogen, allerdings bleiben mögliche Fehlerquellen und Validierungen der einzelnen Schritte unbekannt. Der Planungsprozess verliert so seinen Stellenwert als direkte Operationsvorbereitung für den Operateur, was unserer Ansicht nach sehr kritisch zu werten ist.

» Meist wird die 3-D-Analyse und -Planung durch den Bioingenieur der Anbieter durchgeführt

In eigenen Arbeiten haben wir deshalb ein Analyse- und Planungsverfahren entwickelt [17, 18]. Wesentlich relevant ist hierbei die genaue Definition von Landmarken, sodass diese hoch standardisiert und am besten automatisiert bestimmt werden können. Eine genaue Bestimmung von Landmarken auf einem 3-D-Knochenmodell oder in Schnittbildern bedingt zuvor aber einer standardisierten Ausrichtung im 3-D-Koordinatensystem, wodurch die Landmarkenbestimmung unabhängig von der Position während der Bildaquise wird. (. Abb. 4). Zudem kommen mittlerweile zunehmend kommerzielle Lösungen für die direkte Anwendung und Planung durch den behandelnden Arzt auf den Markt (. Abb. 5). Die Simulation und Operationsplanung in 3-D hat den klaren Vorteil der simultanen Erfassung aller 3 Ebenen und auch der Veränderungen im patellofemoralen Gelenk. Durch Veränderung der Schnittebene können so z. B. Detorsionsosteotomien mit gleichzeitiger Varus-/Valgus-Korrektur durchgeführt werden [19]. Weitere Vorteile einer 3-D-Planung sind mögliche Operationshilfen, wie z. B. die in der Knieprothetik verwendete Robotik(die letztlich eine 3-D-Planung mithilfe Navigation umsetzt) oder „patient specific instrumentations“ (PSI) mit 3-D-gedruckten Schnitt- und Bohrhilfen. Bisher publizierte Studien weisen auf eine deutlich verbesserte Präzision der Eingriffe durch diese Maßnahmen hin [20]. Algorithmen basierend auf künstlicher Intelligenz verbessern schon jetzt die einzelnen Schritte, wie die Segmentierung und die Landmarkenbestimmung. Wenn der 3-D-Planungsprozess und die 6 Knie Journal Leitthema daraus entstehenden Operationshilfen zu besseren klinischen Ergebnissen führen und wenn der 3-D-Planungsprozess standardisiert, einfach und für den Kliniker anwendbar wird, ist diese Technologie schon bald für einen täglichen klinischen Einsatz bei komplexen Deformitäten geeignet.

• Folgende Schritte sollten bei der Planung von Korrekturen komplexer Deformitäten berücksichtigt werden:
  • Parallelisierung des „joint line convergence angle“ (JLCA),
  • Bestimmung einer neuen mechanischen Beinachse (nMA),
  • Festlegung der Osteotomiehöhe,
  • virtuelle Durchführung der Korrektur.
• Die Planung von Korrekturen komplexer Deformitäten in 3-D ist aufwendig, bietet aber den großen Mehrwert, alle Ebenen und die resultierenden Veränderungen simultan anzeigen und berechnen zu können.

Interessenkonflikt. J. Fürmetz, F. Wolf und P. Thaller geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Für diesen Beitrag wurden von den Autoren keine Studien an Menschen oder Tieren durchgeführt. Für die aufgeführten Studien gelten die jeweils dort angegebenen ethischen Richtlinien.