Förderprojekte

Förderbeginn 01.07.2012

Beurteilung der Kniebewegung mittels dynamischen MRT und Validierung der Rotationsachse

Prof. Dr. Maximilian Rudert
Universität Würzburg
Orthopädische Klinik - König-Ludwig-Haus

Dr. Alexander Nedopil
Universität Würzburg
Orthopädische Klinik - König-Ludwig-Haus

Prof. Dr. Stephen Howell
University of California, Davis
Biomedical Engineering

Der physiologische Ablauf einer Kniebewegung ist abhängig von der knöchernen Formvorgabe von Femur, Tibia und Patella und den stabilisierenden Weichteilstrukturen wie beispielsweise den Menisken sowie des vorderen und hinteren Kreuzbandes. Trotz intensiver Erforschung der Kinematik des Kniegelenkes besteht noch Uneinigkeit, ob die Kniebeugung und -streckung einer Kreisform gleicht und somit die Tibia um eine Achse um den Femur rotiert.

Die Erforschung dieser Frage hat Auswirkung sowohl auf die kniegelenkerhaltende als auch auf die kniegelenkrekonstruierende orthopädische Chirurgie.

In dem gemeinsamen Projekt der orthopädischen Klinik der Universität Würzburg und der University of California in Davis wird mittels dynamischer MRT, welche die Beurteilung der Weichteilstrukturen und der Knochen während einer Kniebewegung erlaubt, die Rotation der Tibia um den Femur untersucht und die Rotationsachse(n) bestimmt. Mithilfe des an der UC Davis entwickelten virtual axis finder wird die Messmethode überprüft und so für weitere Untersuchungen validiert.

Die Förderung durch BaCaTeC ermöglicht die Implementierung des virtual axis finder an der Universität Würzburg.

Abschlussbericht
Die Behandlung des degenerativen Knorpelverlust im Kniegelenk (Gonarthrose) ist ein zentrales Aufgabengebiet des operativ tätigen Orthopäden. Bei massivem Gelenkverschleiß ist oft nur der Gelenkersatz (Knieprothese) als Behandlungsoption ausreichend effektiv, um dem Patienten einen schmerzfreien Alltag zu gewährleisten. Hierbei kann die Knieprothese anhand zweier unterschiedlicher Prinzipien eingesetzt werden.

1. Die femorale und tibiale Komponenten werden senkrecht zur Schwerkraft eingesetzt und das Kniegelenk wird begradigt (mechanische Ausrichtung). Diese Methode ist das klassische Prinzip des Kniegelenkersatzes. Zahlreiche Studien belegen, dass ca. 20% der Patienten nach einem Kniegelenkersatz nicht mit dem Ergebnis zufrieden sind. Mögliche Ursachen hierfür sind, dass bei der mechanischen Ausrichtung die Beweglichkeit des Kniegelenks nicht ausreichend Beachtung findet und dass das Kniegelenk nur als Last tragendes Gelenk ersetzt wird. Zum anderen sind die Mehrzahl der Kniegelenke in der gesunden Bevölkerung nicht gerade und somit zwängt die „Begradigung“ das Kniegelenk in eine unphysiologische Position. Die hohe Anzahl an unzufriedenen Patienten führte zur Entwicklung eines neuen Prinzips: die kinematische Ausrichtung.

2. Bei der kinematischen Ausrichtung werden die femorale und tibiale Komponenten so ausgerichtet, dass die physiologische Bewegungsachse des Kniegelenks wieder hergestellt wird. Da das Kniegelenk hierbei nicht in eine unphysiologische Position gezwängt wird, müssen stabilisierende Seitenbänder nicht gelockert werden.

Dr. Howell an der University of California, Davis entwickelte das Prinzip der kinematischen Ausrichtung und wendet es seit 2006 erfolgreich an.

Das von der BaCaTeC geförderte gemeinsame Projekt der Universität Würzburg und der University of California, Davis untersucht das Grundprinzip der kinematischen Ausrichtung und dient der Weiterentwicklung und Präzision der Operationstechnik. Mithilfe einer an der Universität Würzburg entwickelten Sequenz der Kernspintomographie (MRT) und einer speziellen Bewegungsschiene kann das Kniegelenk dynamisch, d.h. während der Bewegung, untersucht werden (dynamische MRT). Diese Untersuchung ermöglicht es, einen kompletten Bewegungsumfang darzustellen und die Bewegungsachsen im Kniegelenk zu lokalisieren.

Die Ergebnisse der dynamischen MRT Untersuchung unterstützen das Grundprinzip der kinematischen Ausrichtung: Der Großteil der Knieflexion und Extension folgt einer Flexions- und Extensionsachse und die tibiale Rotation folgt einer Innen- und Aussenrotationsachse. Die genaue anatomische Lokalisation der Achsen kann anhand der MRT-Daten bestimmt werden.

Zusammenfassend sind die Ergebnisse des Projekts ein wissenschaftliches Fundament der kinematischen Ausrichtung. Zum anderen können mithilfe der MRT-Daten die intraoperative Ausrichtung der Komponenten präzisiert werden. Die Auswirkung der erhöhten Präzision auf die Patientenzufriedenheit wird in einem weiterführenden Projekt untersucht.

Das Resultat des gemeinsamen Projekts wurde in einer einschlägigen orthopädischen Zeitschrift publiziert (Orthopedics) und im Rahmen eines Scientific Exhibit am jährlichen Kongress der amerikanischen Akademie für Orthopädie (AAOS 2014) präsentiert.