Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Optimierung minimal-invasiver Operationen durch den intraoperativen Einsatz eines 3D-bildgebenden mobilen C-Arms (v. Siemens) am Beispiel des Tibiabkopfes

Klingler, Katharina Christine

The aim of this study was to evaluate whether the new invented intra-operative three-dimensional image intensifier (Iso-C 3D, Siemens, Erlangen, Germany) can improve the control of an articular step as well as the positioning of an implant in comparison to the two-dimension conventional radiography and if it shows a comparable precision to computer tomography scans (CT). Twelve formalin fixed human cadaver knees were used for the study. A cylinder was removed in the medial plateau of the tibia to simulate an articular step and a screw was drilled in the lateral plateau of the tibia in direction of the length axis to simulate a misplacing screw. The adjustments were performed on the basis of a randomized protocol that was created before. Five different operation rounds were performed per knee that combined five different reduction levels of the cylinder (-2 mm;  -1 mm; 0 mm; +1 mm; +2 mm) with each one of the following settings of the screw (-2 mm; -1 mm; 0 mm; +1 mm; +2 mm).   CT scans, conventional two-dimensional radiography images and three-dimensional intensifier images with the Iso-C 3D, (Siemens, Erlangen, Germany) in different angles and at different speed (I190L, I190S, I120L, I120S) were done for the five different reduction and screw levels in all knees. The result was 330 images, which were assessed by three observers three times in a row with a minimum of three days between each assessment. The observers estimated the amount of malreduction with null as the exact reduction and screw level. The differences between the given steps / screw levels and the estimated steps / screw levels were used for statistical analysis. In addition, the radiation doses were calculated for each of the six different imaging methods and compared. Regarding the results of the images of the screw implantation independent of the reduction level the conventional two-dimensional radiography showed the smallest difference (0,554 mm)  between given and estimated level of the screw. This imaging showed better precision than the CT and the Iso-C 3D– Scan. The CT with 0,632 mm (p>0,05) and the Iso-C 3D with 0,664 mm (p>0,05) in an angel of 190 degrees and slow scan protocol showed comparable values. Compared with this the results of the step study, also independent of the reduction levels, represent a better precision of the CT and the Iso-C 3D in all angels and speed possibilities compared to the two-dimension conventional radiography. The CT showed the smallest difference (0,33 mm, with p>0,05), the Iso-C 3 D difference values were comparable to those (I190L, 0,377 mm, p>0,05 and I120L, 0,407, p>0,05). But the radiography values results in the highest difference of 0,761 mm. The radiation described by the dose-length-product (DLP) showed in these imaging methods the highest exposure caused by the standard-CT (131 mGy x cm). The Iso-C 3D had lower values in all used four possibilities, in which the highest exposure was carried out by the 190° slow scan (22,74 mGy x cm). The conventional radiography showed a radiation dose of 2,5 mGy x cm, calculated by a value of 28,7 mGy x cm per minute. Due to these results it can be supposed that concerning the screw implanation the CT and the three dimensional mobile intensifier (Iso-C 3D) with the 190° slow protocol show comparable results. Because of that the post-operative CT could be dropped. Nevertheless the three dimensional image intensifier Iso-C 3D did not improve the precision of implantat control compared to the two-dimension conventional radiography. The radiation exposure of all four three dimensional mobile intensifier Iso-C 3D –Scans were lower than those of CT scans. The Iso-C 3D with fast scan protocol showed a tendency of less radiation exposure for the patient but slow scan protocol meant higher precision and better comparison to CT regarding the step study. The three dimensional mobile intensifier (Iso-C 3D) improved the precision of reduction assessment in a fracture model of the tibia plateau compared to two-dimension conventional radiography. Nevertheless the CT-Scan should remain the standard for post-operative assessment of reduction because of the more precise results, but even shows a higher radiation exposure for the patient. Consequently it should be weighed up the efficiency of the Iso-C 3D (intra-operative) contra the CT (post-operative). Concerning the health of the patient the Iso-C 3D-scan is the better imaging method for reposition control.

Ziel dieser Studie war es zu evaluieren, ob der neue intraoperative einsetzbare Iso-C 3D Bildwandler (Fa. Siemens, Erlangen, Germany) die Repositions- und Implantatkontrolle im Vergleich zur konventionellen Radiographie verbessern kann und ob dieser eine vergleichbare Präzision aufweist wie die Computertomographie (CT). In der vorliegenden Arbeit wurde dazu an 12 humanen Kniekadavern durch das Bohren eines Knochenzylinders im medialen Kondylus der Tibia eine Repositionsstufe und durch das Setzen einer Spongiosaschraube im lateralen Kondylus in Tibialängsachse eine Schraubenfehllage simuliert. Jedes Knie wurde fünf Operationsdurchläufen unterzogen, um unterschiedliche  Höhenniveaueinstellungen  vorzunehmen  (-2 mm;  -1 mm;  0 mm;  +1 mm) +2 mm). Die Einstellungen erfolgten anhand eines randomisierten Protokolls, welches zuvor erstellt wurde. Anschließend wurden für alle fünf Repositionsstufen und Schraubenpositionen der Kniekadaver computertomographische Scans, konventionelle zweidimensionale Röntgenbilder und Iso-C 3DScans in vier unterschiedlichen Einstellungen (I190L, I190S, I120L, I120S) durchgeführt. Die erstellten randomisierten 330 Bilder wurden durch drei Befunder ausgewertet. Dies geschah insgesamt dreimal, wobei mindestens drei Tage Abstand zwischen den Beurteilungsrunden lag. Die Befunder mussten die Abweichung der Stufe und der Schraube in Millimeter abschätzen, wobei 0 Millimeter jeweils die exakte Reposition und Schraubenlage darstellte. Die befundeten geschätzten Werte wurden anschließend mit den eigentlichen Werten des anatomischen Situs anhand der Verschlüsselungsliste verglichen und zur statistischen Auswertung herangezogen. Darüber hinaus wurde die Strahlenbelastung, welche bei Erstellen der sechs unterschiedlichen bildgebenden Methoden entstand, anhand eines standardisierten Messverfahrens gemessen und anschließend verglichen. Die Auswertung der erstellten Bilder für die Schraubenposition, unabhängig von der jeweiligen Höhenniveaueinstellung ergab für die konventionelle Radiographie im Mittel den niedrigsten  Differenzwert mit 0,554 Millimetern. Die CT wiesen mit 0,632 Millimetern (p>0,05) im Vergleich mit dem Iso-C 3D bei einer Einstellung von 190° im langsamen Modus mit 0,664 Millimetern (p>0,05) vergleichbare Werte auf.   Im Gegensatz dazu zeigten die Ergebnisse der Repositionsstufe unabhängig der jeweiligen Höhenniveaueinstellungen eine bessere Präzision der CT und des Iso-C 3D für alle vier Einstellungsmöglichkeiten gegenüber der konventionellen Radiographie. Die CT ergab im Mittel den niedrigsten  Differenzmittelwert  mit  0,330 Millimetern (p>0,05) wobei der Iso-C 3D  für I190L mit 0,377 Millimetern (p>0,05) und I120L mit 0,407 Millimetern (p>0,05) vergleichbare Werte lieferte. Die konventionelle Radiographie wies im Mittel den größten Differenzmittelwert mit 0,761 Millimetern auf. Die Strahlenbelastung wiedergegeben durch das Dosislängenprodukt (DLP) ergab bei der Prüfung der verschiedenen Verfahren für die Standard-CT „ Extremitäten“ mit 131 mGy x cm die höchste Belastung. Der Iso-C 3 D lieferte dagegen für alle vier Einstellungsmöglichkeiten niedrigere DLP-Werte, wobei der 190° Scan im langsamen Modus unter den Iso-C 3D- Verfahren mit 22,74 mGy x cm die höchste Strahlenbelastung aufwies. Für die konventionelle Radiographie wurde für die Strahlzeit von einer Minute ein DLP –Wert von 28,7 mGy x cm ermittelt, was umgerechnet auf eine klinisch relevante Strahlzeit von ca. vier bis fünf Sekunden eine Strahlenbelastung von 2,5 mGy x cm  bedeuten würde. Daraus kann gefolgert werden, dass bezüglich der Schraubenstudie  die CT und der Iso-C 3D in einer 190° Einstellung im langsamen Modus gleichwertige Resultate zeigen und demnach eine postoperative CT entfallen könnte. Allerdings verbessert der Iso-C 3D  nicht die Präzision der Implantatkontrolle  im Vergleich zur konventionellen Radiographie. Der Einsatz des Iso-C 3D für alle vier möglichen Einstellungen bedeutet eine niedrigere Strahlenbelastung für den Patienten als eine Standard-CT. Zwar wäre ein Iso-C 3DScan im schnellen Modus eine tendenzielle Wenigerbelastung für den Patienten, dennoch zeigten die Scans bezüglich des Repositionsergebnis im langsamen Modus eine höhere Präzision und Vergleichbarkeit mit der CT. Der Iso-C 3D verbesserte die Präzision der Repositionsabschätzung in einem Frakturmodell am Beispiel des Tibiaplateau verglichen mit der konventionellen Radiographie. Dennoch liefert die postoperative CT in Bezug auf die Repositionskontrolle die präziseren Ergebnisse, geht jedoch mit einer höheren Strahlenbelastung einher als der Iso-C 3D. Somit gilt es den intraoperativen Nutzen des Iso-C 3D individuell gegenüber der postoperativen CT abzuwägen, wobei hinsichtlich gesundheitlicher Aspekte der Iso-C 3D Scan zur Repositionskontrolle die bessere bildgebende Methode darstellt.

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Klingler, Katharina Christine: Optimierung minimal-invasiver Operationen durch den intraoperativen Einsatz eines 3D-bildgebenden mobilen C-Arms (v. Siemens) am Beispiel des Tibiabkopfes. Hannover 2005. Tierärztliche Hochschule.

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