Entwicklung einer passiven Navigationsmethode für die magnetresonanztomographisch – gestützte retrograde Anbohrung der Osteochondrosis Dissecans an der unteren Extremität

Abstract

Das arthroskopische Débridement in Form minimal-invasiver Anbohrung des Nekroseareals der Osteochondrosis Dissecans stellt eine etablierte und weit verbreitete operative Methode dar. Die exakte Anbohrung setzt jedoch die intraoperativ eindeutige Identifizierung der Läsion durch Arthroskopie und/oder Fluoroskopie voraus. In frühen Stadien und bei intaktem Gelenkknorpel über der Defektzone ist eine zweifelsfreie Visualisierung der Osteonekrose nur durch hochauflösende Schnittbildgebung möglich. MRT-navigierte Operationstechniken stellen für Chirurgen und interventionell-tätige Radiologen ein interessantes und stetig wachsendes Anwendungsfeld dar. Im Rahmen dieser Studie soll ein passives Navigationsverfahren für MRT- kontrollierte Interventionen im Muskuloskelettalbereich vorgestellt und dessen Praktikabilität und Präzision am Beispiel der retrograden Anbohrung osteochondraler Läsionen des Talus und des Kniegelenkes evaluiert werden. Zur Etablierung einer auf MRT-Bildgebung basierenden Technik der retrograden Anbohrung wurde ein Navigationsverfahren entwickelt und an humanen Präparaten von Körperspendern evaluiert. Für diese Methode wurde ein Zielinstrument entworfen, welches die Eigenschaft des MRT als Schnittbildverfahren für die Navigation nutzt. An 16 anatomischen Fuß- und 6 Kniepräparaten wurde eine 4.5 mm große osteochondrale Läsion an der medialen Talusschulter bzw. beiden Femurkondylen präpariert und mit Hilfe der passiven Navigationsmethode MRT- fluoroskopisch angebohrt. Die Auswertung der Bohrergebnisse erfolgte unter Verwendung einer radiologischen Befundungssoftware an parallel zum Bohrkanal erhobenen MRT-Datensätzen. Gemessen wurde der Abstand vom Zentrum des Bohrkanals zum Zentrum der Läsion in zur Bohrachse orthogonal verlaufenden Ebenen. Zusätzlich wurden die benötigten Zeiten zum Planen und Durchführen der Navigation sowie des Bohrvorganges erhoben. Alle osteochondralen Läsionen konnten mit Hilfe der entwickelten passiven Navigationsmethode unter MRT- Echtzeitbildgebung mit einer Genauigkeit von 2.0 ± 0.9 mm am Talus und 1.6 ± 0.9 mm am Kniegelenk erreicht werden. Für die Bohrungen am Talus wurden 8.8 ±1.6 min und 14.1 ± 2.2 min an den Femurkondylen benötigt. Statt multipler Korrekturbohrungen war es möglich, das Ziel mit Hilfe der beschriebenen Navigationsmethode in einem Bohrdurchgang zu erreichen. Die Anbohrung osteochondraler Läsionen unter MRT-fluoroskopischer Bildgebung ist mit hoher Genauigkeit möglich. Das entwickelte passive Navigationskonzept auf Basis eines MRT-kompatiblen Zielinstrumentariums stellt bei der Behandlung der Osteochondrosis Dissecans eine Alternative zu herkömmlichen Methoden der Bildgebung und Navigation während des Eingriffes dar.

Arthroscopic drilling is an effective and minimally invasive treatment. However, in early stages, the cartilage layer is intact, and the lesions may not be seen at arthroscopy. Of late, computer-assisted surgery has become a novel challenge for orthopedic surgeons. However, for orthopedic interventions magnetic resonance (MR) fluoroscopy is in its early stages of development. The objective of this study was the development of an innovative passive navigation concept, which is potentially applicable for many magnetic resonance image (MRI)-guided musculoskeletal interventions. The developed method was mainly evaluated in retrograde drilling of artifcial osteochondral lesions of the ankle and knee joint as an example of difficult navigation in drill placement due to poor visualization with X-ray and complex anatomy. To accomplish this objective, a passive navigation device was constructed and evaluated in 16 cadaveric ankle joint specimens and 6 cadaveric knee joint specimens. In each specimen, a cylindrical plug (4.5 mm in diameter) were drilled for simulation of an osteochondral lesion. Feasibility and accuracy of navigated drillings were evaluated. Drillings could be performed with an accuracy of 2.0 ± 0.9 mm (talus) and 1.6 ± 0.9 mm (knee). The time for the navigation and drilling procedures were 8.8 ±1.6 min (talus) and 14.1 ± 2.2 min (knee). Use of this interactive MR-assisted navigation method in combination with a passive aiming device allowed precise and rapid retrograde drilling of osteochondral lesions.