Modell-basierte Röntgenstereometrie-Analyse einer tibialen Keramik-Knie-Endoprothesenkomponente

dc.contributorForst, Raimund
dc.contributorKuwert, Torsten
dc.contributor.advisorSeehaus, Frank
dc.contributor.authorNeureiter, Ines
dc.date.accessioned2021-08-02
dc.date.available2021-07-28
dc.date.created2021
dc.date.issued2021-08-02
dc.description.abstractGegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Bestimmung der Messgenauigkeit einer modell-basierten RSA-Analyse anhand des Migrationsmusters der Tibiakomponente einer Knie-Totalendoprothese aus Keramik im Phantom. Die RSA-Technik ist ein Diagnoseinstrument, welches frühzeitig eine En-doprothesenmigration erkennen lässt. Auch bei der Beurteilung von neuen Endoprothesendesigns und Verankerungsstrategien können mit dieser Methode Informationen gewonnen werden. Als Goldstandard wird im Moment das marker-basierte RSA-Verfahren verwendet, bei dem Messmarker an der Endoprothese und im Knochen angebracht bzw. implantiert werden. Da diese zusätzliche Markerapplikation am Implantat jedoch sehr teuer und zeitaufwändig ist, rückt die modell-basierte Variante der RSA immer mehr in den Vordergrund. Bei der modell-basierten RSA müssen, im Gegensatz zum marker-basierten Verfahren, keine Marker mehr zusätzlich an der Endoprothese befestigt werden. Um die Relativbewegungen zwischen Implantat und Knochen bestimmen zu können, werden Messmarker nur noch in den Knochen eingebracht. Vor dem Hintergrund der stetigen Weiterentwicklung neuer Prothesendesigns und -materialien, auch unter dem Aspekt möglicher implantatassoziierter Allergien, wird diese Studie mit einer Keramikprothese durchgeführt. In der experimentellen Untersuchung wird mittels eines Phantoms die in-vivo Situation am Patienten simuliert und verschiedene Versuchsprotokolle zur Migrationsbestimmung der Messgenauigkeit durchgeführt. Ziel ist es, die modell-basierte Version der RSA-Methode unter Verwendung einer Keramikprothese hinsichtlich ihrer Validität zu überprüfen und die Gleichwertigkeit der Messgenauigkeit der Auswertungsergebnisse gegenüber a.p. und m.l. aufgenommenen Röntgenbildern zu vergleichen. Die Migrationsbewegungen der tibialen Komponente einer Knie-Totalendoprothese aus Keramik zwischen Knochen und Prothese werden mithilfe eines Phantommodells simuliert. Das Phantom ist eine mechanische Vorrichtung, in der eine Knie-Totalendoprothese aus Keramik verankert ist. Über insgesamt vier Präzisionsstellschrauben können Translations- und Rotationsbewegungen der tibialen Komponente in den drei Raumachsen anterior-posterior (z-Achse), medial-lateral (x-Achse) und superior-inferior (y-Achse) gegenüber dem Knochen simuliert werden. Die Bewegungen werden in den Schritten 0,02 mm, 0,05 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,5 mm, 0,9 mm, 1,5 mm und 0,04°, 0.1°, 0,2°, 0,4°, 1,0°, 1,8°, 3,0° für jede Achse insgesamt acht Mal simuliert und in jeweils anterior-posterior (a.p.) und medio-lateral (m.l.) aufgenommenen Röntgenbildern festgehalten. Um eine spätere Auswertung mittels Röntgensoftware und einen Vergleich mit dem marker-basierten Verfahren zu ermöglichen, wurden zusätzlich drei Tantalummarker am tibialen Implantat und fünf in der Halterung am Phantom integriert. Für die radiostereometrische Analyse wird ein Kalibrierbox aus Carbonfaser-Platten (Umea Cage 43, RSA BioMedical Innovations AB, Umea, Sweden) sowie die Software MBRSA 3.4 (MedisSpecials, Leiden, Niederlande) verwendet. Die statistische Analyse erfolgte mit dem Statistikprogramm SPSS Version 23 für Microsoft®. Die deskriptiven Daten wurden mittels Standardabweichung (SD), Median, Mittelwert, 25%- und 75%-Quartil dargestellt. In Boxplot und Kreuztabellen wurden die Werte präsentiert. Die Mittelwerte für die Migrationsbewegungen für die Translation bewegten sich in a.p. zwischen -0,46 mm ± 0,52 mm und 0,81 mm ± 0,89 mm und für die Rotation -0,91° ± 0,98°. Die Mittelwerte für die Migrationsbewegungen für die Translation bewegten sich in m.l. zwischen -0,47 mm ± 0,50 mm und 0,76 mm ± 0,87 mm und für die Rotation -0,83° ± 0,84°. Nach Valstar et. al (2002) beträgt die Genauigkeit der marker-basierten RSA-Methode 0,05 bis 0,5 mm für Translationsbewegungen und 0,15° bis 1,15° für Rotationsbewegungen. Diese Definition der Messgenauigkeit hat sich in der Literatur etabliert, so dass sich diese Studie an diesen Angaben orientiert. Die Messergebnisse dieser Studie liegen alle, mit Ausnahme von „Alles“ (gleichzeitige Verstellung der Schrauben D1-D3), innerhalb des Toleranzbereiches aus der Literatur. Bei der gleichzeitigen Verstellung aller Schrauben zeigt sich ein Trend zu ungenaueren Messergebnissen sowohl für a.p.- als auch für m.l.-Messungen. Bei der Beurteilung der Migrationswerte im Bereich der x-, y-, und z-Achsen fanden sich minimale Unterschiede, wobei die Auswertung der z-Achse (anterior-posterior) die schlechtesten Ergebnisse lieferte. Die Ergebnisse für die Accuracy wiesen bis auf „Alles“ (gleichzeitige Verstellung der Schrauben D1-D3) und „z-Achse“ (anterior-posterior) bessere Werte für die Aufnahme der Röntgenbilder aus a.p. Sicht auf. Die Ergebnisse der einzelnen Translations- und Rotationsbewegungen lagen innerhalb der Toleranzwerte aus der Literatur. Bei der gleichzeitigen Verstellung der Schrauben D1-D3 (= Alles) ergaben sich Werte für die Accuracy von 0,64 mm m.l. und 0,70 mm a.p., welche außerhalb des Toleranzbereiches von 0,05-0,5 mm liegen. Im Rahmen der durchgeführten Studie konnte bestätigt werden, dass die modell-basierte RSA anhand einer Knie-Totalendoprothese aus Keramik eine gerechtfertigte Alternative zum Goldstandard der klassischen marker-basierten RSA ist und gleichwertige Messdaten innerhalb der vorgegebenen Toleranzen aus der Literatur liefert. Vor dem Hintergrund der stetigen Weiterentwicklung und Verwendung neuer Prothesendesigns/ -materialien gab es in dieser Studie keine Einschränkung oder Probleme in der Gewin-nung und Auswertung der Daten durch Verwendung einer Keramikprothese. Keramikprothesen können unter Berücksichtigung des jeweiligen Prothesendesigns somit für die Gewinnung valider Daten mittels modell-basierter RSA eingesetzt werden. Der Vergleich mit den Ergebnissen der marker-basierten RSA-Studie bestätigte die Möglichkeit der wechselseitigen Anwendbarkeit. Die durchschnittlichen Migrationswerte zeigten nur geringe Abweichungen und lagen alle nahe Null. Die bisher durchgeführten Studien zum Vergleich der marker-basierten und modell-basierten RSA von Seehaus et al. (2009) oder Valstar et al. (2001) bestätigten anhand ihrer Ergebnisse die gleichwertige Anwendbarkeit beider Auswertungsverfahren. Im Vergleich der anterior-posterior und medio-lateral aufgenommenen Röntgenbildern fand sich eine höhere Messgenauigkeit bei der Auswertung von anterior-posterioren Röntgenbildern.de
dc.format.extent53
dc.identifier.opus-id16911
dc.identifier.urihttps://open.fau.de/handle/openfau/16911
dc.identifier.urnurn:nbn:de:bvb:29-opus4-169113
dc.language.isode
dc.rights.urihttp://www.gesetze-im-internet.de/urhg/index.html
dc.subject.ddcDDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften :: 61 Medizin und Gesundheit :: 610 Medizin und Gesundheit
dc.titleModell-basierte Röntgenstereometrie-Analyse einer tibialen Keramik-Knie-Endoprothesenkomponentede
dc.typedoctoralthesis
dcterms.publisherFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
local.date.accepted2021-07-27
local.sendToDnbfree*
local.subject.fakultaetMedizinische Fakultät
local.thesis.grantorFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) Medizinische Fakultät
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