Morpho-functional modelling for preoperative planning in total hip arthroplasty

  • Morphofunktionelle Modellierung für die präoperative Planung in der totalen Hüftendoprothetik

Fischer, Maximilian C. M.; Radermacher, Klaus (Thesis advisor); Lüring, Christian (Thesis advisor)

Düren : Shaker Verlag (2022)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge zur Medizintechnik 71
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2022

Kurzfassung

Die totale Hüftendoprothetik (THEP) ist der weltweit am häufigsten durchgeführte Gelenkersatz. Die präoperative Planung unter Berücksichtigung der patientenspezifischen Morphologie auf der Basis medizinscher Bilddaten ist ein etablierter Prozess in der klinischen Routine. Obwohl die wichtige Rolle funktioneller Parameter, wie der sagittalen Beckenkippung und der resultierenden Hüftgelenkskraft, für die optimale Ausrichtung der Prothese aus der Literatur bekannt ist, werden diese Parameter im präoperativen Planungsprozess meist nicht berücksichtigt. Gründe für die fehlende Integration könnten das Fehlen adäquater technischer Mittel und der zusätzliche Zeitaufwand für die Funktionsanalyse als Grundlage für eine Vorhersage der patientenspezifischen postoperativen funktionellen Parameter sein. Ein Lösungsansatz stellt die Berücksichtigung der Beziehung zwischen der individuellen Morphologie und der Funktion des muskuloskelettalen Systems bei der Entwicklung von Vorhersagemodellen dar. Der Vorhersagegenauigkeit der postoperativen funktionellen Parameter wurde bisher jedoch nur wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Ziel der Arbeit war es daher, die Vorhersageunsicherheiten von klinisch anwendbaren morphofunktionellen Vorhersagemodellen für postoperative funktionelle Parameter zu quantifizieren und daraus folgende Konsequenzen für einen patientenspezifischen präoperativen Planungsprozess aufzuzeigen. Die Vorhersage der postoperativen Beckenkippung im Stehen wurde mit Hilfe multipler linearer Regressionsmodelle evaluiert, die präoperative morphologische, funktionelle und biometrische Parameter einer Kohorte von 196 THEP-Patienten einbezogen. Statische muskuloskelettale Modelle zur Vorhersage der maximalen Hüftgelenkskraft beim Gehen wurden anhand der knöchernen Morphologie des Patienten angepasst und mit in vivo Daten von zehn Patienten mit instrumentierten Hüftimplantaten validiert. Ausgewählte Vorhersagemodelle der beiden funktionellen Parameter wurden in den Planungsprozess integriert und die notwendige Reduktion einer patientenspezifischen Zielzone aufgrund der Vorhersageunsicherheiten untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die funktionellen Parameter nach einer THEP signifikant verändern können und dass eine präoperative Vorhersage der postoperativen Werte möglich ist. Präoperative knöcherne morphologische Parameter können die Vorhersage verbessern. Ihr prädiktiver Wert scheint jedoch von untergeordneter Bedeutung zu sein. Eine präoperative Messung des betreffenden funktionellen Parameters, wann immer möglich und klinisch praktikabel, scheint eine plausible Grundlage für ein Vorhersagemodell zu sein. Die Vorhersageunsicherheit jedes Vorhersagemodells muss im präoperativen Planungsprozess berücksichtigt werden. Die Vorhersageunsicherheiten haben einen signifikanten Einfluss auf die präoperative Planung. Dies unterstreicht die Bedeutung genauer präoperativer Parametermessungen und weiterer Forschung zur Verbesserung der Vorhersage postoperativer funktioneller Parameter.

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