Due to the reversing age pyramid in Germany, more and more people are already suffering from joint cartilage damage. But not only age, but also accidents and sports injuries and being overweight can lead to irreversible cartilage defects. Although there are various treatment options, the previous methods cannot be considered a permanent cure. As part of the international research project BIO-CHIP, a promising treatment method with novel drugs was to be investigated. The patient's own cartilage cells from the nose serve as the starting material for the drug, a manufactured cartilage implant. These are isolated, multiplied and ultimately cultivated on a matrix to form a cartilage implant. In addition to toxicological and biological safety tests, an essential prerequisite for the approval of the implant is the assessment of the viability. This was previously carried out on the basis of histology from the pathology department. The aim of the present work was the development and validation of a standardized and objective viability test for the chondrocytes within the cartilage matrix. For this, the LDH was used as a marker for irreversibly damaged cells. The LDH concentration could be measured with the CyQuant LDH assay by measuring the absorption. It could be proven that LDH has the required stability and detectability in the medium. With the help of the lysis, of cultivated mini-cartilage implants, the maximum achievable LDH concentrations could be determined. A calibration curve was generated using these concentrations. This serves to assess the viability of future measured absorptions of the supernatant medium. The developed method does not require any invasive interventions on the implant and is characterized by its simple implementation, since only the protrusion has to be measured. The validation of the method certified a high level of robustness, linearity, accuracy and precision. / Aufgrund der sich umkehrenden Alterspyramide in Deutschland leiden bereits jetzt immer mehr Menschen an Gelenkknorpelschäden. Doch nicht nur das Alter, sondern auch Unfälle und Sportverletzungen und Übergewicht können zu irreversiblen Knorpeldefekten führen. Obwohl es diverse Behandlungsmöglichkeiten gibt, können die bisherige Methoden nicht als dauerhafte Heilung betrachtet werden. Im Rahmen des internationalen Forschungsprojektes BIO-CHIP sollte eine vielsprechende Behandlungsmethode mit neuartigen Arzneimitteln untersucht werden. Als Ausgangsmaterial des Arzneimittels, ein hergestelltes Knorpelimplantat, dienen patienteneigene Knorpelzellen aus der Nase. Diese werden isoliert, vermehrt und letztlich auf einer Matrix zu einem Knorpelimplantat kultiviert. Wesentliche Voraussetzung für die Implantatfreigabe stellt neben toxikologischen und biologischen Unbedenklichkeitstests die Beurteilung der Viabilität dar. Diese wurde bisher anhand von Histologieschnitten von der Pathologie durchgeführt. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung und Validierung eines standardisierten und objektiven Viabilitätstests für die Chondrozyten innerhalb der Knorpelmatrix. Hierfür wurde die LDH als Marker für irreversibel geschädigte Zellen verwendet. Die LDH Konzentration konnte mit dem CyQuant LDH-Assay durch die Messung der Absorption gemessen werden. Es konnte nachgewiesen werden, dass LDH die erforderliche Stabilität und Nachweisbarkeit im Medium besitzt. Mithilfe der Lyse, analog zum Herstellungsprozess, gezüchteter Mini-Knorpelimplantate, konnten die maximal erreichbaren LDH Konzentrationen ermittelt werden. Mithilfe dieser Konzentrationen wurde eine Eichkurve generiert. Diese dient als Beurteilung der Viabilität zukünftig gemessener Absorptionen des Überstandmediums. Das entwickelte Verfahren erfordert keine invasiven Eingriffe am Implantat und zeichnet sich durch eine einfache Durchführung aus, da nur der Überstand gemessen werden muss. Die durchgeführte Validierung der Methode bescheinigte eine hohe Robustheit, Linearität, Genauigkeit und Präzision.

Die stark limitierte intrinsische Regenerationsfähigkeit des hyalinen Gelenkknorpels stellt auch in der modernen Medizin eine große Herausforderung dar. Während eine Vielzahl von knorpelchirurgischen Techniken am Kniegelenk koexistieren, bleibt die Selektion des am besten geeigneten Therapieverfahrens eine zentrale Herausforderung des orthopädischen Chirurgen. Hierzu bieten in Zeiten evidenzbasierter Medizin medizinische Register die Möglichkeit, klinische Behandlungsdaten systematisch in einem breiten Patientenkollektiv zu erfassen, die klinische Versorgungsrealität adäquat abzubilden sowie neue Behandlungsstrategien und Hypothesen zu generieren. Das Knorpelregister der DGOU bietet als webbasierte Registerform eine besonders moderne, effiziente und unbürokratische Form der Patientennachverfolgung über subjektiv bewertete und validierte Funktionsscores. Für das gesamte Registerkollektiv von 100 Patienten an der Orthopädischen Klinik-König-Ludwig Haus ergaben sich bereits sechs Monate nach dem knorpelchirurgischen Eingriff signifikant höhere Funktionsscores im IKDC und KOOS, welche sich auch im mittelfristigen Verlauf von zwölf Monaten noch signifikant erhöht gegenüber ihren präoperativen Werten zeigten. Die mediale Femurkondyle und knorpelige Patellarückfläche waren im Registerkollektiv am häufigsten von Defekten betroffen. Meist handelte es sich hierbei um drittgradige Defekte nach ICRS degenerativer Genese. Während das mechanische Débridement bei großflächigem, arthrotischem Gelenkknorpelverschleiß keine suffiziente Therapieoption bietet, ist zum Nutzen und Effektivität des Débridements bei fokalen, umschriebenen Gelenkknorpeldefekten bisher nur wenig bekannt. Im Registerkollektiv zeigte sich für das isoliert mechanische Débridement von Gelenkknorpeldefekten eine signifikante Verbesserung der subjektiven Funktionsscores. Im Falle begleitend durchgeführter meniskuschirurgischer Eingriffe zeigt sich die Datenlage deutlich heterogener und bietet Anlass für weiteren wissenschaftlichen Diskurs. / The very limited ability for intrinsic regeneration of the hyaline cartilage poses an enormous challenge even in the days of modern medicine. While there exists a plethora of surgical techniques for cartilage repair, the orthopedic surgeon is regularly faced with the challenge of selecting the most appropriate therapeutic modality. Therefore, in times of evidence-based medicine, medical registries provide the ability of systematic patient evaluation, thereby reflecting data of real word clinical care in the routine setting, which allows for the development of new treatment strategies and hypotheses. The cartilage registry DGOU as a fully web based organized registry provides a particularly modern, efficient and unbureaucratic way for systematic patient evaluation and follow-up with the use of patient reported outcome measures. With respect to the included collective of a total of 100 patients at the orthopedic department König-Ludwig-Haus, significantly improved patient reported outcome measures of the KOOS and IKDC were observed as early as six months after the initial surgical procedure. Patient reported outcomes were still improved significantly in the mid-term follow-up of twelve months after the initial surgery. The medial femoral condyle and the patellar surface turned out to be the most frequent site of cartilage defects. Most of the times, cartilage defects were graded as grade III defects according to ICRS. Cartilage damage was mostly due to degenerative deterioration. According to the literature available, the usage of the mechanical debridement cannot be recommended for the extensive, arthritic type of cartilage defect. However, data on the efficiency of mechanical debridement for focal, non-arthritic cartilage defects are sparse and controversial. In this study, for the patients evaluated, a significant improvement of the patient reported outcome measures were observed after the mechanical debridement of focal cartilage defects. In the cases of concomitantly performed meniscal surgery, data turned out to be of a more heterogenous appearance which gives cause for further scientific discourse.

Akute Patellaluxationen sind häufige Kniegelenksverletzungen. Sie gehen oft mit einer Verletzung des medialen patellofemoralen Ligaments (MPFL) einher, was zu rezidivierenden Patellaluxationen und patellofemoraler Instabilität führen kann. Ein möglicher Therapieansatz ist die Rekonstruktion des MPFL. Zahlreiche Operationstechniken sind hierzu in der Literatur beschrieben, darunter Fixationen mit Interferenzschrauben, Bohrkanälen, Nahtankern oder Nahtfixationen am Knochen oder Weichgewebe. Sie werden meist mit einem autologen Sehnentransplantats durchgeführt und unterscheiden sich hauptsächlich in der Art dessen patellarer Fixation. Meta-Analysen zeigen nach wie vor hohe Komplikationsraten und teilweise wenig zufriedenstellende Ergebnisse etablierter MPFL-Rekonstruktionen. Ein vielversprechender Ansatz zur Senkung der Komplikationsraten sind patellare Fixationsmethoden, die auf das Einbringen von Fremdmaterial und Bohrungen durch die Patella verzichten. Solche implantat- und/oder bohrkanalfreien Fixationsmethoden sind bereits in der Literatur beschrieben, bis jetzt existieren jedoch nur wenige Studien zu deren biomechanischen Eigenschaften. Ziel dieser Arbeit war der Vergleich biomechanischer Eigenschaften von fünf unterschiedlichen implantatfreien patellaren Fixationsmethoden beim MPFL- Ersatz mit dem nativen MPFL und mit nativen Extensorensehnen. Dazu wurde ein porcines Modell benutzt. Die Hypothese dieser Studie war, dass die patellare Weichteilfixation eines autologen Sehnentransplantats ohne Implantate oder Bohrkanal eine vergleichbare primäre Ausrissfestigkeit wie das native MPFL zeigt. 60 Patellae und Extensorensehnen wurden aus porcinen Hinterläufen extrahiert und randomisiert auf 6 Versuchsgruppen aufgeteilt (n=10). In den Gruppen 1 und 2 wurden patellare Weichteilfixationen getestet. In den Gruppen 3 und 4 wurden Bohrkanalfixationen mit unterschiedlichem Nahtmaterial durchgeführt (Gruppe 3: resorbierbarer Faden der Stärke USP 0, Gruppe 4: nicht-resorbierbarer Faden der Stärke USP 3). In Gruppe 5 erfolgte die patellare Fixation mittels V-förmigen Bohrkanal mit Durchmesser von 4,5 mm. In der sechsten Versuchsgruppe wurde zum Vergleich das native Gewebe getestet. In einer weiteren Versuchsgruppe wurden native porcine Extensorensehnen biomechanisch untersucht. Die biomechanische Testung gliederte sich in mehrere Abschnitte. Zunächst erfolgte eine Präkonditionierung mit 10 Setzzyklen mit einem Kraftintervall von 5 - 20 N. Es folgte eine zyklische Testphase von 1000 Messzyklen mit einem Kraftintervall von 5 - 50 N. Im Anschluss wurde die maximale Kraft bis zum Versagen angewendet. Dabei wurden die Parameter maximale Ausrisskraft, Yield Load, Steifigkeit, Elongation nach 1000 Zyklen sowie die Versagensart untersucht. In der Versuchsgruppe des nativen Gewebes wurde direkt die maximale Kraft bis zum Versagen angewendet. Die höchsten maximalen Ausrisskräfte wurden in Gruppen 1 und 2 gemessen (321,8 ± 53,5 N und 242,0 ± 57,4 N) und waren mit dem nativen Gewebe vergleichbar (252,1 ± 129,3 N, p > 0,05). Ein signifikant niedrigerer Yield Load im Vergleich zum nativen Gewebe zeigte sich in den Gruppen 3 (p < 0,01) und 4 (p = 0,01). Während der zyklischen Belastung war die Elongation der Präparate in Gruppe 3 signifikant höher im Vergleich zu den anderen Gruppen (5,3 ± 1 mm, p < 0,05). Alle Gruppen wiesen ähnliche Steifigkeiten wie das native Gewebe vor (p > 0,05). Die getesteten Fixationsmethoden zeigten signifikante Unterschiede in ihren biomechanischen Eigenschaften (p < 0,05). Insbesondere die Weichteilfixationen in Gruppen 1 und 2 wiesen adäquate biomechanische Eigenschaften im Vergleich zum nativen Gewebe vor. Durch die Kombination aus geringerer Invasivität, Verzicht auf das Einbringen von Fremdkörpern, einfacher Anwendbarkeit und guter Primärstabilität sind patellare Weichteilfixationen vielversprechende Alternativen bei der MPFL-Rekonstruktion. und guter Primärstabilität sind patellare Weichteilfixationen vielversprechende Alternativen bei der MPFL-Rekonstruktion. / Purpose: The purpose of this study was to compare primary fixation strength and biomechanical properties of five different patellar fixation techniques without implants in medial patellofemoral ligament (MPFL)-reconstruction in a porcine model. Our hypothesis was that patellar fixation with soft tissue suture shows similar primary fixation strength to native MPFL. Methods: 60 domestic porcine patellae and extensor tendons were harvested and randomized into 6 groups. In group 1 and 2 soft tissue suture fixation techniques were used. In group 3 and 4 osseous tunnel reconstruction methods were performed with different sutures (absorbable suture USP 0 and non-absorbable suture USP 3). In group 5 fixation was performed with a v-shaped osseous tunnel with 4.5 mm diameter. In group 6 the stability of the native tissue was tested as comparison. The patella-tendon constructs were preconditioned with 5 cycles between 5 and 20 N with an afterwards cyclic stress testing of 1000 cycles in the range of 5 to 50 N. Subsequently, a maximum load until failure was applied. The native tissue group was solely tested for the maximum load to failure. Results: The highest maximum load to failure was found in group 1 and 2 (321.8 ± 53.5 N and 242.0 ± 57.4 N) and showed comparable results to the native tissue group (252.1 ± 129.3 N, p >0.05). A significantly lower Yield Load was found in group 3 (p=0.003) and 4 (p=0.011). During cyclic testing group 3 resulted in significantly higher elongation compared to the other groups (5.28 ± 1 mm, p <0.05). All groups showed similar stiffness to the native tissue (p >0.05). Conclusion: The examined implantfree patellar fixation methods differ significantly in their biomechanical properties (p <0.05). Adequate maximum values of Fmax compared to the native tissue were observed. Implantfree fixation techniques of free tendon grafts for MPFL-reconstruction are reasonable alternatives as patellar fixation methods.

Zielstellung: Gegenwärtig wird nach Ruptur des vorderen Kreuzbandes (VKB) beim Hund häufig eine laterale Fadenzügelungen (LFZ) vorgenommen. In der vorliegenden Arbeit wurden folgende Ziele verfolgt: (1) Bestimmung der kranio-kaudalen Kniegelenkstabilität nach LFZ und passiver Kniegelenksbewegung. (2) Bestimmung der Schlaufenspannung nach Knotung mit der Hand. (3) Einfluss von vier häufig verwendeten Verankerungsformen auf die LFZ und von drei Kniegelenkwinkeln zum Zeitpunkt der Knotung des Fadenzügels auf den Spannungsverlauf innerhalb des Fadens. Material und Methode: Die kranio-kaudale Kniegelenkstabilität (KKStab) wurde anhand von latero-medialen Röntgenaufnahmen an 10 rechten Kniegelenken orthopädisch gesunder Hunde (>20 kg KM) ex-vivo bestimmt. Die Messung der KKStab erfolgte am intakten Gelenk, nach Durchtrennung des VKB und nach lateraler Ethibondfadenzügelung. Anschließend wurden die Gelenke 350 mal passiv gebeugt und gestreckt und die KKStab nach 50, 100, 250 und 350 Bewegungszyklen erneut bestimmt. Des Weiteren wurde die Spannung in 7 Ethibondfadenschlaufen an einer Materialprüfmaschine bestimmt. Die Spannung in der Schlaufe wurde nach dem ersten (FMax) und nach dem letzten Knoten (FEnd) gemessen. Mit Hilfe eines speziell konstruierten Kraftaufnehmers wurde die Spannung in der lateralen Fadenzügelung über den passiven Bewegungsradius des Kniegelenks in weiteren 9 Kniegelenken in-vitro gemessen. Dabei wurde nach Durchtrennung des VKB jedes Kniegelenk mit 4 Formen der LFZ bei 3 unterschiedlichen Kniegelenkswinkeln zur Zeit der Fixierung der Fadenschlaufe stabilisiert. Ergebnisse: KKStab nach Stabilisierung des Gelenkes betrug im Mittel 3,7 mm und war im Mittel um 2,7 mm größer als bei intaktem Kreuzband. Bereits 250 passive Bewegungszyklen bewirkten eine signifikante Destabilisierung um weitere 1,5 mm. FMax beim Knüpfen von sieben Fadenschlaufen betrug im Mittel 133 N und fiel auf 6 N (FEnd) im Mittel nach dem fünften Knoten ab. Alle 4 untersuchten LFZ-Formen zeigten eine Zunahme der Fadenspannung bei Beugung des Kniegelenkes. Die LFZ, bei der die Zügelung um die laterale Fabella geführt und in 2 parallelen Bohrungen in der proximalen Tibia fixiert wurde, zeigte die geringsten Spannungsänderungen über einen kompletten Bewegungsradius des Kniegelenks. Die Fixation der LFZ in einen Gelenkwinkel von 70° ergab einen signifikanten Abfall der Fadenspannung in Extension des Gelenkes. Schlussfolgerungen: Eine LFZ aus Ethibondfäden mit fünffacher Knotung erlaubt es nicht, die physiologische Gelenkstabilität nach Durchtrennung des VKB herzustellen. Bereits wenige passive Bewegungszyklen bewirken eine signifikante weitere Destabilisierung. Die in diesem Teil der Studie angewendete Knotentechnik erlaubte es nicht, die manuell in der Fadenzügelung aufgebaute Spannung dauerhaft zu konservieren und sollte deshalb keine Klinische Verwendung haben. Keine der getesteten LFZ-Formen zeigte einen gleichmäßigen Spannungsverlauf bei Bewegung des Kniegelenks. Aus diesem Grund sollten die aktuellen Empfehlungen hinsichtlich „isometrischer“ Verankerungspunkte kritisch betrachtet werden. Die Fixierung der LFZ bei gebeugtem Kniegelenk ist nicht zu empfehlen, da es in Extension zur Destabilisierung kommt.

Zielstellung: Die Ruptur des vorderen Kreuzbandes (VkB) ist die häufigste Ursache einer Lahmheit beim Hund. Im Gegensatz zu der Humanmedizin, wo die anatomische intraartikuläre Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes als Therapie der Wahl gilt, wird die intraartikuläre Rekonstruktion beim Hund nur selten durchgeführt und hat bis jetzt nicht dauerhaften Erfolg. Die anatomische Platzierung der Bohrkanäle ist bei Menschen für den Erfolg der Operation bei Menschen entscheidend. Erstes Ziel der Studie war die Bestimmung der radiologischen Lage des Zentrums des femoralen vorderen Kreuzbandursprungs beim Hund. Zweites Ziel war die Entwicklung und Erprobung eines Zielgerätes für die arthroskopisch-assistierte, anatomische vordere Kreuzbandrekonstruktion beim Hund. Material und Methode: A. Radiologische Studie: Die kraniale Begrenzung des femoralen Ursprungs des vorderen Kreuzbandes (VK) wurde mit einem röntgendichten Draht bei 49 Femora orthopädisch gesunder Hunde (KM > 20 kg) markiert. Anschließend wurde eine Computertomographie und 3D- Rekonstruktion jedes Femurs angerfertigt, anhand derer der Ursprung manuell segmentiert und das Zentrum berechnet wurde. Schließlich wurden, basierend auf den 3D-Modellen, virtuelle Röntgenbilder in zwei Ebenen berechnet. An diesen wurde die Position des berechneten Zentrums mit drei unterschiedlichen Methoden bestimmt (4x4-Gitterbox-Methode und prozentuale Position für die medio-laterale Projektion; Ziffernblattmethode für die disto-proximale Projektion). B. Zielgerät: Hintergliedmaßen (n = 12) von 6 Hundekadavern (KM ≥20 kg) wurden verwendet. Eine Gliedmaße jedes Kadavers wurde zufällig ausgewählt und die kaudo-kraniale Lage des Zentrums des vorderen Kreuzbandansatzes (vKBA) in medio-lateralen Röntgenbildern berechnet und anschließend auf ein justierbares Zielgerät übertragen. Unter arthroskopischer Kontrolle wurde das Zielgerät hinter der lateralen Kondyle eingehakt und ein Steinmann Pin von extra nach intraartikulär platziert. Die Position der resultierenden Bohrkanäle wurde sowohl röntgenologisch bestimmt als auch dreidimensional mit dem anatomischen Zentrum des vKBA der kontralateralen Hintergliedmaßen verglichen. Ergebnisse: A. Radiologische Studie: In der medio-lateralen Projektion befand sich das Zentrum des femoralen Kreuzbandursprungs im zweiten Rechteck von proximal in der kaudalen Spalte. Die mittlere prozentuale kaudo-kraniale und proximo-distale Position war 20,2 % (± 2,2), beziehungsweise 33,8% (± 3,7). Im disto-proximalen Röntgenbild lag in 97,6 % der Femora das Zentrum des femoralen Kreuzbandursprungs zwischen 14:00 und 15:00 Uhr. B. Zielgerät: In allen postoperativen Röntgenaufnahmen lagen die sechs Bohrkanäle im bzw. nahe dem Zentrum des vKBA. Die 3D- Messungen ergaben eine mediane Abweichung der Bohrkanalposition im Vergleich zum anatomischen Zentrum der kontralateralen Seite von 0,6 mm (Bereich:0,2– 0,9 mm). Schlussfolgerung: Die erarbeiteten Referenzwerte können für die Planung sowie die intra- und postoperative Kontrolle der femoralen Bohrung verwendet werden. Die Verwendung eines justierbaren Zielgerätes ermöglicht die präzise anatomische Platzierung des femoralen Bohrkanals für die intraartikuläre Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes. Die beschriebene Methode wird helfen, eine Fehlplatzierung des femoralen Bohrkanals im Zuge der intraartikulären vorderen Kreuzbandplastik zu reduzieren. In Kombination mit dem bereits beschriebenen tibialen Zielgerät sind nun die technischen Voraussetzungen für die arthroskopisch-assistierte anatomische vordere Kreuzbandplastik in der Tiermedizin gegeben. / Objective: Cranial cruciate ligament (CrCL) pathology is the most frequent cause of lameness in dogs. In contrast to human medicine, where anatomic reconstruction of the ACL is considered the treatment of choice, intra-articular repair in dogs is not commonly performed and until now has not met with enduring success. Accurate tunnel placement has been shown to be crucial in obtaining a successful outcome after anterior cruciate ligament reconstruction in humans. The first aim of our study was to define the radiographic location of the center of the femoral attachment of the CrCL in dogs, for the pre- operative planning as well as post-operative control of anatomical placement of the femoral tunnel. Second aim of the study was to develop and validate an aiming device for arthroscopic femoral tunnel placement. Materials and Methods: A. Radiographic study: Using femora from 49 adult, orthopedically sound dogs (BW ≥ 20 kg), a radiopaque marker was placed on the cranial border of the femoral footprint of the CrCL. Computed tomography and 3D reconstruction of each femur was performed subsequently, followed by manual segmentation of the footprint on the 3D models and calculation of its center. Finally, virtual digital radiographs in two planes were produced and the location of the calculated center of the CrCL was expressed using three different methods (4x4 box grid method and percentage position for the medio-lateral projection; o’clock position for the disto-proximal projection). B. Aiming device: Hindlimbs (n=12) of 6 cadaveric dogs weighing ≥20 kg were used. One hindlimb from each cadaver was randomly chosen and the caudo- cranial position of the CrCL center was calculated, on standard medio-lateral stifle radiographs, and transferred onto to an adjustable aiming device. During stifle arthroscopy the aiming device was inserted and guide pin placed from extra-to-intra-articular. The position of the resulting bone tunnel was evaluated on stifle radiographs and also compared with the anatomic center of each contralateral hindlimb, in the three dimensional (3D) space. Results: A. Radiographic study: In the medio-lateral radiographs the center of the femoral footprint was consistently located in the second rectangle from the top of the most caudal column of the 4x4 grid. The mean percentage caudo- cranial and proximo-distal location was 20.2% (± 2.2) and 33.8% (± 3.7), respectively. In the disto-proximal radiograph, the o’clock position of the CrCL center was between 2 and 3 o’clock in 97.6% of the femora. B. Aiming device: According to the postoperative radiographs, the location of all 6 intra-articular tunnel openings was consistent with the results of the radiographic study. In 3D space, arthroscopic femoral drilling resulted in a median deviation of the drill tunnels of 0.6 mm around the CrCL center. All tunnel openings were located within the CrCL insertion. Conclusions: The reported data can be used to plan and verify the placement of the femoral tunnel opening during intra-articular anatomic CrCL repair. The use of the aiming device suggests that arthroscopic femoral tunnel placement can be achieved with high precision. The measurement for the device can be derived from a standard medio-lateral radiograph of the stifle, which is part of the diagnostic work up of every dog with lameness localized in the stifle. The proposed technique may reduce femoral tunnel misplacement when performing intra-articular CrCL repair in dogs. In combination with the described technique for arthroscopic tibial tunnel drilling, arthroscopic assisted anatomic reconstruction of the CrCL in dogs can be achieved.

Zusammenfassung Markus Zeißler Gelenkknorpeldicke und Spaltlinienverlauf im Hinblick auf eine autologe osteochondrale Transplantation vom Knie ins Ellbogengelenk beim Hund Klinik für Kleintiere der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig ( 87 Seiten, 19 Abbildungen, 221 Literaturangaben) Eingereicht im August 2012 Schlüsselwörter: autologe osteochondrale Transplantation – Ellbogengelenk-Kniegelenk – Hund – Knorpeldicke – Spaltlinien – Mosaikplastik Zielstellung: Ziel der Arbeit war es eine autologe osteochondrale Transplantation zur Therapie einer Osteochondrosis dissecans (OCD) beim Hund unter Berücksichtigung der morphologischen Grundlagen an potentiellen Empfängerstellen des Ellbogengelenkes und Spenderstellen des Kniegelenkes, durchzuführen. Dazu wurden die Knorpeldicke bestimmt und die Spaltlinien des Knorpels dargestellt und die potentiellen Empfänger- und Spenderstellen miteinander verglichen. Material und Methode: Es wurde eine postmortale Studie an Gelenken von 20 über 20 kg schweren knorpelgesunden Hunden durchgeführt. An 15 Vorder- und den entsprechenden 15 Hintergliedmaßenpaaren wurden mit einem 2,7 mm Hohlmeißel osteochondrale Zylinder an jeweils vier Empfängerstellen an der Trochlea humeri und 14 potentiellen Spenderstellen im Kniegelenk entnommen und mittels eines hochauflösenden digitalen Röntgensystems die Knorpeldicke bestimmt. Nachträglich wurde an fünf zusätzlichen Hintergliedmaßen, die die selben Kriterien wie die anderen 15 Gliedmaßen erfüllten, kurz vor Abschluss der Studie ein bis dahin nicht bekanntes Spenderareal (CO) mit jeweils drei Spenderstellen nachbeprobt und ebenfalls die Knorpeldicke vermessen. Weiterhin wurden an den ipsilateralen 15 Gliedmaßen die Spaltlinien der Trochlea humeri und des gesamten distalen Femurs präpariert, um die Hauptausrichtung der Kollagenfasern darzustellen, die ein Ausdruck der Dehnungsausrichtung und damit der Belastung des hyalinen Knorpels sind. Dazu wurde eine in königsblauer Tinte benetzte Präpariernadel alle drei Millimeter senkrecht in den Gelenkknorpel eingestochen und damit entstandene Spaltlinien dargestellt. Dies gelang erfolgreich an zehn Vorder- und Hintergliedmaßen. Ergebnisse: Es konnte ein primär transversal verlaufendes Spaltlinienmuster im Kniegelenk für die innerhalb der Trochlea gelegenen Spenderstellen nachgewiesen werden. Die Spenderareale außerhalb des Femoropatellargelenkes wiesen keine Spaltlinien auf. Die Trochlea humeri wies ein konstantes zentripetales Spaltlinienmuster auf. An der typischen Prädilektionsstelle der Osteochondrosis dissecans in der Trochlea humeri wurde eine Knorpeldicke im Median von 0,55 mm (95%KI: 0,48-0,6) bestimmt. Innerhalb der Trochlea ossis femoris wurde eine mediane Knorpeldicke an den inneren lateralen Spenderstellen von 0,45 mm (95% KI: 0,42-0,48), an den inneren medialen Spenderstellen von 0,49 mm (95% KI: 0,49-0,63) und an den lateral und medialen Spenderstellen der distalen Trochlea von 0,56 mm (95%KI: 0,49-0,63) gemessen. Die niedrigsten Knorpeldicken wiesen die äußeren Spenderstellen der Trochlea ossis femoris auf mit Median 0,2 mm (95% KI: 0,16-0,23) an den lateralen und 0,24 mm (95% KI: 0,17-0,31) an den medialen äußeren Spenderstellen. Schlussfolgerungen: Spenderstellen außerhalb des Femoropatellargelenkes weisen deutlich zu niedrige Knorpeldicken und ein fehlendes Spaltlinienmuster auf und sollten deshalb unter Berücksichtigung der morphologischen Situation zur OAT beim Hund am Ellbogen vermieden werden. Die Spenderstellen an der distalen Trochlea ossis femoris eigenen sich am besten zur Transplantation in die Trochlea humeri. Mit diesen Daten wird es erstmals möglich sein die osteochondrale Transplantation vom Kniegelenk ins Ellbogengelenk beim Hund zur Therapie einer OCD unter Berücksichtigung der morphologischen Grundlagen Knorpeldicke und Spaltlinienmuster durchzuführen. Inwieweit eine Verbesserung vor allem der Langzeitprognose beim Hund unter Berücksichtigung dieser Aspekte erreicht wird, muss in weiteren klinischen Studien untersucht werden. Allerdings müssen weitere wichtige Kriterien wie Oberflächengeometrie und Spenderstellenmorbidität zusätzlich beachtet werden. / Summary Markus Zeißler Cartilage thickness and split-line as a basic principal for an autologous osteochondral transplantion from stifle to the elbow joint in dogs Department of Small Animal Medicine, Faculty of Veterinary Medicine, University of Leipzig Submitted in August 2012 (87 pages, 19 figures, 221 references) Keywords: autologous osteochondral transplantation – elbow joint – stifle joint – dog– cartilage thickness – split- line pattern – mosaicplasty Aim of the study: was to conduct an osteochondral transplantation as a treatment for Osteochondritis dissecans in dogs under consideration of the morphological basics to provide potential recipient sites on the elbow and donor sites in the stifle joint. In order to compare the potential donor and recipient sites the cartilage thickness was measured and the splitt line patterns were depicted. Material and methods: A postmortal study was conducted on joints with healthy cartilage of 20 dogs with a bodyweight over 20 kg. From 15 forelimb- and hindlimb pairs, osteochondral plugs were collected with a 2.7mm hollow chisel .These were taken from 4 donor sites on the trochlea humeri and 14 recipient sites from the stifle,respectively, and the cartilage thickness was measured with a high-solving digital xray system. Shortly before the end of this study a donor area (CO), until then unknown, was sampled from 5 additional hindlimbs with the same criteria as before. On each donor region, 3 osteochondral grafts were taken and the cartilage thickness measured.Furthermore, split line patterns from the trochlea humeri and the stifle were depicted on 15 ipsilateral limbs. The split line patterns represent the main orientation of the collagen fibers and this is an expression of the strain orientation and thus show us the load of the cartilage. A needle dipped in India ink was pierced perpendicular to the cartilage surface in a 3mm interval to produce split line patterns.This succeeded in 10 fore- and hindlimbs. Results: The donor sites in the trochlea of the stifle have a primary transversal splitline orientation.The donor sites outside the trochlea of the stifle show no split line patterns. The trochlea humeri display a constant zentripetal split line orientation. In the Trochlea humeri the mean cartilage thickness was 0.55mm (95% CI: 0.42-0.61). The mean cartilage thickness within the femoral trochlea on the inner lateral donor sites measured 0.45mm (95%CI:0.42-0.48), on the inner medial donor sites was 0.49mm( 95%CI:0.49-0.63),and on the medial and lateral donor sites of the distal femoral trochlea were 0.56mm(95%CI:0.49-0.63), respectively. The thinnest cartilage reported in the donor sites outside the femoral trochlea measured laterally 0.2mm (95% CI: 0.16-0.23) and medially 0.24mm (95% CI: 0.17-0.31). Conclusions: Donor sites outside the femoropatellar joint have too thin cartilage thickness and no split line orientation. Due to these morphological conditions they should be avoided for osteochondral autograft transplantation as donor sites for the trochlea humeri in dogs. The distal femoral trochlea is the best location for autologous grafting of the trochlea humeri. It is now possible to carry out an autologous osteochondral transplantation from stifle to the elbow joint for the treatment of Osteochondritis dissecans in dogs in consideration of morphological basic principals of cartilage thickness and split- line patterns. Further clinical evaluation is needed in order to assess the value of these findings for the long term prognosis. However, additional other important criteria, such surface curvature and donor site morbidity, must be considered.

Zielstellung: Gegenwärtig wird nach Ruptur des vorderen Kreuzbandes (VKB) beim Hund häufig eine laterale Fadenzügelungen (LFZ) vorgenommen. In der vorliegenden Arbeit wurden folgende Ziele verfolgt: (1) Bestimmung der kranio-kaudalen Kniegelenkstabilität nach LFZ und passiver Kniegelenksbewegung. (2) Bestimmung der Schlaufenspannung nach Knotung mit der Hand. (3) Einfluss von vier häufig verwendeten Verankerungsformen auf die LFZ und von drei Kniegelenkwinkeln zum Zeitpunkt der Knotung des Fadenzügels auf den Spannungsverlauf innerhalb des Fadens. Material und Methode: Die kranio-kaudale Kniegelenkstabilität (KKStab) wurde anhand von latero-medialen Röntgenaufnahmen an 10 rechten Kniegelenken orthopädisch gesunder Hunde (>20 kg KM) ex-vivo bestimmt. Die Messung der KKStab erfolgte am intakten Gelenk, nach Durchtrennung des VKB und nach lateraler Ethibondfadenzügelung. Anschließend wurden die Gelenke 350 mal passiv gebeugt und gestreckt und die KKStab nach 50, 100, 250 und 350 Bewegungszyklen erneut bestimmt. Des Weiteren wurde die Spannung in 7 Ethibondfadenschlaufen an einer Materialprüfmaschine bestimmt. Die Spannung in der Schlaufe wurde nach dem ersten (FMax) und nach dem letzten Knoten (FEnd) gemessen. Mit Hilfe eines speziell konstruierten Kraftaufnehmers wurde die Spannung in der lateralen Fadenzügelung über den passiven Bewegungsradius des Kniegelenks in weiteren 9 Kniegelenken in-vitro gemessen. Dabei wurde nach Durchtrennung des VKB jedes Kniegelenk mit 4 Formen der LFZ bei 3 unterschiedlichen Kniegelenkswinkeln zur Zeit der Fixierung der Fadenschlaufe stabilisiert. Ergebnisse: KKStab nach Stabilisierung des Gelenkes betrug im Mittel 3,7 mm und war im Mittel um 2,7 mm größer als bei intaktem Kreuzband. Bereits 250 passive Bewegungszyklen bewirkten eine signifikante Destabilisierung um weitere 1,5 mm. FMax beim Knüpfen von sieben Fadenschlaufen betrug im Mittel 133 N und fiel auf 6 N (FEnd) im Mittel nach dem fünften Knoten ab. Alle 4 untersuchten LFZ-Formen zeigten eine Zunahme der Fadenspannung bei Beugung des Kniegelenkes. Die LFZ, bei der die Zügelung um die laterale Fabella geführt und in 2 parallelen Bohrungen in der proximalen Tibia fixiert wurde, zeigte die geringsten Spannungsänderungen über einen kompletten Bewegungsradius des Kniegelenks. Die Fixation der LFZ in einen Gelenkwinkel von 70° ergab einen signifikanten Abfall der Fadenspannung in Extension des Gelenkes. Schlussfolgerungen: Eine LFZ aus Ethibondfäden mit fünffacher Knotung erlaubt es nicht, die physiologische Gelenkstabilität nach Durchtrennung des VKB herzustellen. Bereits wenige passive Bewegungszyklen bewirken eine signifikante weitere Destabilisierung. Die in diesem Teil der Studie angewendete Knotentechnik erlaubte es nicht, die manuell in der Fadenzügelung aufgebaute Spannung dauerhaft zu konservieren und sollte deshalb keine Klinische Verwendung haben. Keine der getesteten LFZ-Formen zeigte einen gleichmäßigen Spannungsverlauf bei Bewegung des Kniegelenks. Aus diesem Grund sollten die aktuellen Empfehlungen hinsichtlich „isometrischer“ Verankerungspunkte kritisch betrachtet werden. Die Fixierung der LFZ bei gebeugtem Kniegelenk ist nicht zu empfehlen, da es in Extension zur Destabilisierung kommt.

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Zielstellung: Die Ruptur des vorderen Kreuzbandes (VkB) ist die häufigste Ursache einer Lahmheit beim Hund. Im Gegensatz zu der Humanmedizin, wo die anatomische intraartikuläre Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes als Therapie der Wahl gilt, wird die intraartikuläre Rekonstruktion beim Hund nur selten durchgeführt und hat bis jetzt nicht dauerhaften Erfolg. Die anatomische Platzierung der Bohrkanäle ist bei Menschen für den Erfolg der Operation bei Menschen entscheidend. Erstes Ziel der Studie war die Bestimmung der radiologischen Lage des Zentrums des femoralen vorderen Kreuzbandursprungs beim Hund. Zweites Ziel war die Entwicklung und Erprobung eines Zielgerätes für die arthroskopisch-assistierte, anatomische vordere Kreuzbandrekonstruktion beim Hund. Material und Methode: A. Radiologische Studie: Die kraniale Begrenzung des femoralen Ursprungs des vorderen Kreuzbandes (VK) wurde mit einem röntgendichten Draht bei 49 Femora orthopädisch gesunder Hunde (KM > 20 kg) markiert. Anschließend wurde eine Computertomographie und 3D- Rekonstruktion jedes Femurs angerfertigt, anhand derer der Ursprung manuell segmentiert und das Zentrum berechnet wurde. Schließlich wurden, basierend auf den 3D-Modellen, virtuelle Röntgenbilder in zwei Ebenen berechnet. An diesen wurde die Position des berechneten Zentrums mit drei unterschiedlichen Methoden bestimmt (4x4-Gitterbox-Methode und prozentuale Position für die medio-laterale Projektion; Ziffernblattmethode für die disto-proximale Projektion). B. Zielgerät: Hintergliedmaßen (n = 12) von 6 Hundekadavern (KM ≥20 kg) wurden verwendet. Eine Gliedmaße jedes Kadavers wurde zufällig ausgewählt und die kaudo-kraniale Lage des Zentrums des vorderen Kreuzbandansatzes (vKBA) in medio-lateralen Röntgenbildern berechnet und anschließend auf ein justierbares Zielgerät übertragen. Unter arthroskopischer Kontrolle wurde das Zielgerät hinter der lateralen Kondyle eingehakt und ein Steinmann Pin von extra nach intraartikulär platziert. Die Position der resultierenden Bohrkanäle wurde sowohl röntgenologisch bestimmt als auch dreidimensional mit dem anatomischen Zentrum des vKBA der kontralateralen Hintergliedmaßen verglichen. Ergebnisse: A. Radiologische Studie: In der medio-lateralen Projektion befand sich das Zentrum des femoralen Kreuzbandursprungs im zweiten Rechteck von proximal in der kaudalen Spalte. Die mittlere prozentuale kaudo-kraniale und proximo-distale Position war 20,2 % (± 2,2), beziehungsweise 33,8% (± 3,7). Im disto-proximalen Röntgenbild lag in 97,6 % der Femora das Zentrum des femoralen Kreuzbandursprungs zwischen 14:00 und 15:00 Uhr. B. Zielgerät: In allen postoperativen Röntgenaufnahmen lagen die sechs Bohrkanäle im bzw. nahe dem Zentrum des vKBA. Die 3D- Messungen ergaben eine mediane Abweichung der Bohrkanalposition im Vergleich zum anatomischen Zentrum der kontralateralen Seite von 0,6 mm (Bereich:0,2– 0,9 mm). Schlussfolgerung: Die erarbeiteten Referenzwerte können für die Planung sowie die intra- und postoperative Kontrolle der femoralen Bohrung verwendet werden. Die Verwendung eines justierbaren Zielgerätes ermöglicht die präzise anatomische Platzierung des femoralen Bohrkanals für die intraartikuläre Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes. Die beschriebene Methode wird helfen, eine Fehlplatzierung des femoralen Bohrkanals im Zuge der intraartikulären vorderen Kreuzbandplastik zu reduzieren. In Kombination mit dem bereits beschriebenen tibialen Zielgerät sind nun die technischen Voraussetzungen für die arthroskopisch-assistierte anatomische vordere Kreuzbandplastik in der Tiermedizin gegeben. / Objective: Cranial cruciate ligament (CrCL) pathology is the most frequent cause of lameness in dogs. In contrast to human medicine, where anatomic reconstruction of the ACL is considered the treatment of choice, intra-articular repair in dogs is not commonly performed and until now has not met with enduring success. Accurate tunnel placement has been shown to be crucial in obtaining a successful outcome after anterior cruciate ligament reconstruction in humans. The first aim of our study was to define the radiographic location of the center of the femoral attachment of the CrCL in dogs, for the pre- operative planning as well as post-operative control of anatomical placement of the femoral tunnel. Second aim of the study was to develop and validate an aiming device for arthroscopic femoral tunnel placement. Materials and Methods: A. Radiographic study: Using femora from 49 adult, orthopedically sound dogs (BW ≥ 20 kg), a radiopaque marker was placed on the cranial border of the femoral footprint of the CrCL. Computed tomography and 3D reconstruction of each femur was performed subsequently, followed by manual segmentation of the footprint on the 3D models and calculation of its center. Finally, virtual digital radiographs in two planes were produced and the location of the calculated center of the CrCL was expressed using three different methods (4x4 box grid method and percentage position for the medio-lateral projection; o’clock position for the disto-proximal projection). B. Aiming device: Hindlimbs (n=12) of 6 cadaveric dogs weighing ≥20 kg were used. One hindlimb from each cadaver was randomly chosen and the caudo- cranial position of the CrCL center was calculated, on standard medio-lateral stifle radiographs, and transferred onto to an adjustable aiming device. During stifle arthroscopy the aiming device was inserted and guide pin placed from extra-to-intra-articular. The position of the resulting bone tunnel was evaluated on stifle radiographs and also compared with the anatomic center of each contralateral hindlimb, in the three dimensional (3D) space. Results: A. Radiographic study: In the medio-lateral radiographs the center of the femoral footprint was consistently located in the second rectangle from the top of the most caudal column of the 4x4 grid. The mean percentage caudo- cranial and proximo-distal location was 20.2% (± 2.2) and 33.8% (± 3.7), respectively. In the disto-proximal radiograph, the o’clock position of the CrCL center was between 2 and 3 o’clock in 97.6% of the femora. B. Aiming device: According to the postoperative radiographs, the location of all 6 intra-articular tunnel openings was consistent with the results of the radiographic study. In 3D space, arthroscopic femoral drilling resulted in a median deviation of the drill tunnels of 0.6 mm around the CrCL center. All tunnel openings were located within the CrCL insertion. Conclusions: The reported data can be used to plan and verify the placement of the femoral tunnel opening during intra-articular anatomic CrCL repair. The use of the aiming device suggests that arthroscopic femoral tunnel placement can be achieved with high precision. The measurement for the device can be derived from a standard medio-lateral radiograph of the stifle, which is part of the diagnostic work up of every dog with lameness localized in the stifle. The proposed technique may reduce femoral tunnel misplacement when performing intra-articular CrCL repair in dogs. In combination with the described technique for arthroscopic tibial tunnel drilling, arthroscopic assisted anatomic reconstruction of the CrCL in dogs can be achieved.

In Germany alone, 10,000 to 12,000 transfemoral amputations occur every year. Persistent rehabilitation efforts and advanced medical devices like prosthetic knee joints are crucial to reintegrating amputees into daily life successfully. Modern knee joints represent a highly integrated mechatronic system including special kinematics, a lightweight design, various sensors, microprocessors and complex algorithms to control a damping system in the context of the given situation. A knee joint is a passive system and normally has no actuator for an active movement. To enable a natural gait pattern, dampers decelerate the swinging speed of the prosthesis depending on the walking speed and situation. The invention of a novel knee joint called VarioKnie provides two kinematics - a monocentric and a polycentric one. Both kinematics have diametrical advantages and the user can choose the preferred setting through an electromechanical switching unit. With this knee joint in mind, a special hydraulic damper is developed to support both kinematics. Requirements and technical data are provided in the present paper. State of art are microprocessor-controlled knee joints with only one kinematic and either a hydraulic, a pneumatic, or a rheological damper.