Ilmenau, Techn. Universiẗat, Diss., 1996.

Techn. University, Diss., 2002--Dresden.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--Dresden.

Die Ruptur des vorderen Kreuzbandes (VKB) zählt zu den häufigsten Bandverletzungen des Menschen und wird vor allem bei jungen, aktiven Menschen primär operativ versorgt. Obwohl sich das Verständnis der Anatomie, Funktion und die Operationstechniken stetig verbessert haben ist heute die Revisionsrate nach VKB - Operation hoch. Die optimale Platzierung der Insertionspunkte ist unter arthroskopischen Bedingungen einer der kritischsten Schritte der Operation. Das Ziel der Studie war, ein Bildwandler (BV) basiertes Navigationsverfahren zu entwickeln und zu evaluieren, mit dem der femorale Bohrkanal anhand etablierter geometrischer Schablonen präzise navigiert angelegt werden kann. Die Anlage des tibialen Bohrkanals sollte in Relation zur Anatomie des Patienten auf BV-Bildern dargestellt werden können. Zur Ermittlung der Präzision des Systems wurden Insertionspunktlagen anhand abgewandelter geometrischer Schablonen mit dem Navigationssystem bestimmt, deren Lage am Modell radiologisch ausgewertet und mit den geplanten Sollwerten statistisch verglichen wurde. Außerdem wurden der Einfluss von Projektionsfehlern des BV-Bildes durch Rotation der Modelle um die Quer- und Längsachse und der Einfluss von Planungsungenauigkeiten untersucht. Das am Modell entwickelte System wurde anschließend im klinischen Einsatz auf Praktikabilität validiert. Es hat sich gezeigt, dass die femoralen Insertionspunkte am Modell unabhängig von der verwendeten Schablone mit einer hohen Präzision bestimmt werden können. Die medianen Abweichungen vom Sollwert in proximal-distaler (PD) - Richtung und in anterior-posteriorer (AP) - Richtung lagen bei allen Schablonen unter 1,00 mm. In PD-Richtung zeigte die Schablone nach Hertel et al. eine signifikant geringere Abweichung vom Sollwert als die Schablone nach Klos et al.. In AP-Richtung wurden mit der Schablone nach Hertel et al. signifikant geringere Abweichungen als mit den beiden anderen Schablonen erreicht. Bei Bestimmung des Projektionsfehlers durch Rotation lag die mediane Abweichung pro 1°-Rotation um die Längsachse in proximal-distaler (PD) - Richtung bei 0,31 % bzw. 0,07 mm und in anterior-posteriorer (AP) - Richtung bei 0,36 % bzw. 0,17 mm. Bei Quer-Rotation lag die mediane Abweichung pro 1°-Rotation in PD-Richtung bei 0,25 % bzw. 0,06 mm und in AP-Richtung bei 0,64 % bzw. 0,30 mm. Bei den Untersuchungen zur Abweichung durch Planungsungenauigkeit hat sich gezeigt, dass bei allen drei Schablonen Planungsfehler in anterior-posteriorer Richtung entlang der Blumensaat-Linie (BSL) die geringsten Auswirkungen auf die Lage des femoralen Insertionspunktes haben. Abweichungen bei der Planung in Richtung DISTAL / BSL(post.) und PROXIMAL / BSL(post.) haben die größten Fehler erbracht. / The Anterior Cruciate Ligament (ACL) is one of the most often torn ligaments of the musculoskeletal system. Especially in young and active people torn ACL are mainly treated surgically. Despite an increasing knowledge of the anatomical, functional and operative aspects about the ACL, there is still a high rate of long-time failures. Optimal positioning of the ACL-graft during arthroscopic reconstruction is of paramount importance in order to get good results. The aim of this project was to develop and evaluate a fluoroscopically based navigation system which could be used to precisely place the femoral drill hole with help of geometrical templates. The placement and orientation of the tibial tunnel was intended to be displayed on x-rays in relation to the patient’s anatomy. To determine the system’s precision, insertion sites where defined at the fluoroscopic image using geometrical templates and marked on plastic femur models with the help of navigation. The position of the insertion sites on the model was radiologically identified and statistically compared with the aimed ones. Additionally the influence of fluoroscopic projection errors due to axial and planar rotation of the models was tested. Following the model tests, the developed system was clinically tested in the OR to test its feasibility. The model tests revealed a high precision in femoral placement of the insertion sites independent from the three used templates (Hertel et al. / Klos et al. / Cazenave et al.). The median deviations from the aimed positions were in proximal-distal (PD) and in anterior-posterior (AP) direction both below 1.00 mm. In PD-direction the template by Hertel et al. showed a significantly lower deviation from the aimed position than the template developed by Klos et al.. In AP-direction the template by Hertel et al. showed a significantly lower deviation than the two others. The mean projection error due to longitudinal rotation per 1° was for PD-direction 0.31 % (0.07 mm) and in AP-direction 0.36% (0.17 mm). For planar rotation the median projection error per 1° was 0.25% (0.006 mm) for PD-direction and 0,64% (0.30 mm) for AP. The tests for deviation from the aimed position due to imprecise planning revealed for all templates least deviation along the Blumensaat-line (BSL) and most deviation in direction DISTAL / BSL(post.) and PROXIMAL / BSL (post.).

Im Rahmen einer experimentellen Vergleichsstudie zweier bildwandlergestützter Navigationssysteme wurde die 3D-bildwandlergestützte Navigation mit der 2D-bildwandlergestützten Navigation zur Pedikelschraubenplatzierung am Modell getestet. Neben der Präzision der Bohrungen in einem postoperativen CT wurden Bildqualität, Genauigkeit des 3D-Scans, Planbarkeit und Umsetzung der Bohrungen bewertet und verglichen. Mit der 3D- Bildwandler- Navigation wurden 38 der 40 Bohrungen exakt platziert (95%). Eine Planung wurde durch einen Softwarefehler der Alpha-Version auf dem Monitor falsch wiedergegeben. Bei einer weiteren Bohrung wurde der Bohrer verkantet, wodurch Bildschirmdarstellung und Realität voneinander abwichen. Daher kam es in einem Fall zu einer lateralen Perforation der Kortikalis im Bereich des Pedikels, im anderen zu einer kaudalen Perforation. Mit der 2D- Bildwandler- Navigation konnten alle 40 Schrauben ohne Pedikelperforation platziert werden. Zwei dieser Schrauben wurden durch die ventrale Kortikalis gebohrt. Beide Verfahren überzeugten durch hohe Präzision und Zuverlässigkeit. 3 der 4 Fehlplatzierungen waren Anwender einer Software bedingt. Eine optimierte Software und verbesserte Instrumente werden diese Fehlerquote weiter reduzieren. Voraussetzung für die 2D-bildwandlergestützten Navigation sind eine gute Bildqualität sowie normale anatomische Gegebenheiten für standardisierte Projektionen. Die neue 3D-bildwandlergestützter Navigation kombiniert die Vorteile der 2D-bildwandlergestützter Navigation und der CT- basierten Navigation mit einer Verringerung der Strahlenbelastung durch den Wegfall des präoperativen CT`s und somit der Einsatzmöglichkeit im akuten Notfall sowie nach intraoperativen Repositionsmanövern. Da kein Matching erforderlich ist, wird insbesondere bei traumatischer Verletzung oder tumorbedingter Veränderung der dorsalen Wirbelstrukturen ein großer Vorteil zur CT- basierten Navigation erwartet. Aufgrund der universellen Einsatzmöglichkeiten eines Bildwandlers wird für diese neue Technologie ein breites Indikationsspektrum angenommen. / An experimental study to compare 2D- and 3D- Computer-Assisted Fluoroscopic Navigation for pedicle screw placement. Each system was evaluated by a post-operative CT and included the comparison of the palpation of the pedicular canal, the image quality and the accuracy of planning and performance. For this purpose 40 screws have been set to 9 models of lumbar spine. Using the 3D-flouroscopy based navigation 38 from 40 (95%) drillings were placed correctly. One mistake was caused by an error of the navigation-software. The second mistake was due to a drilling mistake, the drill was not shown correctly on the monitor because the drill has been canted. Using the 2D-flouroscopy based navigation all screws could be placed correctly at the pedicle, but two times the corpus has been perforated to ventral. Both techniques are precise and reliable. 3 out of 4 mistakes were caused by incorrect handling the instrument. The other mistake happened because of a software-error. If the software and the instruments will be optimised, the amount of mistakes will be reduced in the future. In case of the 2D-flouroscopy based navigation sufficient image quality, normal anatomical structures and defined projections are required. The new 3D-flouroscopy based navigation combines the benefit of 2D-flouroscopy based navigation and CT-based navigation by reducing the radiation exposure and the preoperative planning time. Therefore, this technique is suitable for use in an emergency or intraoperative repositions. Because no matching-procedure is necessary for CT-based navigation, we expect advantages especially in therapy of traumatic injuries or changes at the dorsal structures of spine caused by tumour. Furthermore, the use of fluoroscopic based navigation extends the range of applications/the spectrum of indication for this new technology.