GPS (Guided Personalized Surgery) für die Schulter-Endoprothetik

Ende Dezember 2018 führte Dr. Drumm in der Helios-Rosmann-Klinik in Breisach die erste „navigierte“ Schulter – Endoprothesen-Operation durch. Weltweit bietet bisher nur ein Hersteller für künstliche Schultergelenke diese Computer – gestützte Technik an. Das Schulter – Endoprothesenzentrum – Freiburg in Kooperation mit der Helios-Rosmann-Klinik Breisach ist eines von 3 Einrichtungen in Deutschland, die das System derzeit zur Verfügung gestellt bekommt.

Warum Navigation für die Schulter-Endoprothese?

Sowohl bei der anatomischen als auch der inversen Schulter-TEP ist eine möglichst präzise Platzierung der Glenoid- („Gelenkpfannen“-) Komponenten von entscheidender Bedeutung für klinisches Outcome und Langlebigkeit der Endoprothese.

 Eine exakte Umsetzung der präoperativ geplanten Implantate-Position gelingt jedoch selbst erfahrensten Schulterchirurgen aufgrund der besonderen anatomischen Verhältnisse am Schultergelenk nur in etwa 90% der Fälle.

 Die CT – (Computertomographie) gestützte Navigation ermöglicht gerade bei schwierigen, deformierten Glenoiden eine reproduzierbar Ziel-genaue , auf die individuelle Anatomie des Patienten abgestimmte Realisierung der kritischen Operationsschritte.

Sowohl anatomische als auch inverse Endoprothesen der Schulter weisen gute Langzeitresultate auf.

Die anatomische Variante mit Gelenkpfannenversorgung zeigt Revisions-freie 10-Jahres-Überlebensraten von bis zu 90%, 20-Jahres – Überlebensraten von bis zu 80% (Sperling et al. 2011, 2500 Schulter-TEPs).

Die 10-Jahres-Überlebensrate von inversen Schulter-TEPs der ersten Generation liegt bei bis zu 90% nach 10 Jahren ( Bacle et al. 2017, 87 Schulter-TEPs).

Gleichwohl wird die Überlebensdauer sowohl der anatomischen als auch der inversen Schulter – TEP durch die Gelenkpfannen- (Glenoid-) Komponente bestimmt, wenn auch aus völlig unterschiedlichen Gründen.

Bei der anatomischen Versorgung zeigen sich nach 10 Jahren, trotz klinisch unauffälliger Situation, radiologische Lockerungszeichen bei mehr als 50% der Pfannenkomponenten.

Eine CT-basierte Verlaufsstudie hat in diesem Zusammenhang gezeigt, dass radiologische Lockerungszeichen umso später auftraten je exakter die Glenoidkomponente plaziert wurde ( Gregory et al. 2013 , 68 Fälle ).

Bei den inversen Schulter-TEPs der 1. Generation führt das sog. „skapuläre Notching“ , das Anschlagen der Oberarmkomponente am Rand des Schulterblattes, zu geringerer Patienten-Zufriedenheit und schlechterer Beweglichkeit des Gelenkes und nach langjährigem Verlauf schließlich zur Auslockerung der Glenoidkomponente.

Die „Notching-Rate“ konnte jedoch durch Modifikation des Prothesendesigns neuerer Implantat – Generationen von 70 – 90% auf unter 10% gesenkt werden.

Die verbliebene Zahl an „skapulärem Notching“ entsteht durch suboptimale Platzierungen der Pfannenkomponente.

Schwierigkeit der Schulter – Endoprothetik:

1) mangelhafte Visualisierung der Anatomie intraoperativ

Die Anatomie-gerechte Platzierung der Oberarm – Komponente

(Prothesenstiel, Prothesenkopf / inverse Pfanne) ist problemlos möglich, da hierzu die anatomischen Landmarken ( Oberarm, Vorderarm) uneingeschränkt sichtbar sind.

Aber selbst wenn vor der OP anhand einer CT oder MRT eine genaue Planung der beabsichtigten Position der Gelenkpfannenkomponente vorgenommen wurde, gelingt selbst erfahrensten Operateuren die intraoperative Umsetzung der Planung nur in 90% (Flurin, 2018).

Warum? Weil zum einen die hierzu benötigte räumliche Position des Schulterblattes visuell oder durch Tasten nur unzureichend erfasst werden kann.

Abb. 2: Für eine genaue räumliche Einschätzung der Gelenkpfannenposition eigentlich erforderliche Übersicht über das Schulterblatt
Abb. 2: Für eine genaue räumliche Einschätzung der Gelenkpfannenposition eigentlich erforderliche Übersicht über das Schulterblatt
Abb. 3: Tatsächlich, bei optimaler präparatorischer Darstellung mögliche Visualisation der Gelenkpfanne
Abb. 3: Tatsächlich, bei optimaler präparatorischer Darstellung mögliche Visualisation der Gelenkpfanne

Zudem erlauben die konventionellen Ziel-Instrumente angesichts der sehr variablen Gelenkpfannen – Anatomie (Größe, Defektbilungen) nur eine sehr ungenaue Umsetzung der geplanten Gelenkpfannenbearbeitung.

Damit erhöht sich das Risiko einer suboptimalen Platzierung der Glenoidkomponente.

Abb. 4: konventionelles Zielgerät für die Gelenkpfannen - Präparation
Abb. 4: konventionelles Zielgerät für die Gelenkpfannen – Präparation
Abb. 5: Die exakte, stabile Positionierung des konventionellen Zielgerätes auf der Gelenkpfanne ist kritisch
Abb. 5: Die exakte, stabile Positionierung des konventionellen Zielgerätes auf der Gelenkpfanne ist kritisch

 

2) wenig Knochensubstanz im Bereich der Gelenkpfanne

Selbst bei normaler knöcherner Anatomie steht an der menschlichen Gelenkpfanne nur wenig Knochensubstanz zur Verfügung um die Pfannen-Komponente stabil zu verankern.

Abb. 6: anatomische und inverse Gelenkpfannenkomponenten und die zur Verankerung vorhandene Knochensubstanz
Abb. 6: anatomische und inverse Gelenkpfannenkomponenten und die zur Verankerung vorhandene Knochensubstanz

 

Häufig kommt es im Zuge des langjährigen Arthrose-Prozesses zu einer fortschreitenden Zerstörung der natürlichen Gelenkpfanne mit zunehmendem Knochensubstanzverlust.

In dieser Situation bleibt meist nur noch sehr wenig Raum übrig um die neue Pfanne zu verankern, manchmal muss ein knöcherner Aufbau der Gelenkpfanne mit Knochenmaterial aus dem entnommenen Oberarmkopf vorbereitend durchgeführt werden, um überhaupt ein Implantat Anatomie-gerecht einbauen zu können!

In diesen komplexen anatomischen Situationen bleibt dem Operateur meist nur eine gute Chance der optimalen Ausrichtung der neuen Gelenkpfanne, was ohne Navigationssystem extrem schwierig und heikel ist.

Mit Unterstützung durch das „GPS“- System gelingt es bei den kritischen OP-Schritten unter ständiger 3-dimensionaler Ansicht der Anatomie auf den Millimeter genau die Knochensubstanz optimal nach präoperativer Planung zu nutzen.

Wie funktioniert „navigierte Schulterprothetik“?

Vor der Operation muss eine CT-Untersuchung der zu operierenden Schulter nach einem definierten Protokoll erfolgen.

Anhand einer speziellen Software werden dann die CT-Daten eingelesen und ermöglichen dem Operateur eine exakte Patienten-spezifische Planung der optimalen Komponenten und Positionierung der ausgewählten Implantate.

Zentraler Schritt hierbei ist die Definition der sog. „Friedman“ – Linie anhand der knöchernen Bezugspunkte der CT.

 Abb. 7: gelbe „Friedman“-Linie
Abb. 7: gelbe „Friedman“-Linie

 Abb.8: Auswahl der optimalen Komponente und Positionierung des Implantates
Abb.8: Auswahl der optimalen Komponente und Positionierung des Implantates

Die endgültige Planung wird dann vor OP an eine Software Firma übermittelt, die eine Endbearbeitung der Daten vornimmt („Sequenzierung“). Der Operateur erhält die Planungsdaten auf einem USB-Stick zurück und liest diese im OP-Saal in den Navigationscomputer ein. Selbstverständlich erfolgen sämtliche Datentransfers mit verschlüsselten Patientendaten gemäß europäischer Datenschutzrichtlinien!

Während der OP werden dann anatomische Landmarken, die anhand der CT-basierten Planung ermittelt wurden, mittels spezieller Instrumente mit der natürlichen Schulter – Anatomie des Patienten in Übereinstimmung gebracht.

Abb. 9: spezielle, hochpräzise Instrumente zur Definition der anatomischen Bezugspunkte  („Tracker“ und „Pointer“) und die „Kamera“
Abb. 9: spezielle, hochpräzise Instrumente zur Definition der anatomischen Bezugspunkte
(„Tracker“ und „Pointer“) und die „Kamera“
Abb. 10: Einlesen der intraoperativen anatomischen „Landmarken“
Abb. 10: Einlesen der intraoperativen anatomischen „Landmarken“

 

Hiernach werden dann unter ständiger visueller Kontrolle der exakten Instrumenten – Ausrichtung über den Bildschirm die entscheidenden operativen Schritte durchgeführt.

So kann v.a. die Gelenkpfannenkomponente mit maximal möglicher Präzision in den Schulterblattknochen eingesetzt werden.