Die navigierte Scaphoidschraube

Zusammenfassung

Hintergrund

Bisherige Anwendungen der Navigation zur Platzierung von Scaphoidschrauben waren v. a. aufgrund fehlender Fixierungsmöglichkeiten der Referenzmarker nicht möglich. Fehlplatzierungsraten bei Scaphoidosteosynthesen zeigen den aktuellen Bedarf einer dreidimensionalen (3D), bildbasierten Navigation und einer intraoperativen Erfolgskontrolle. Dazu wurde eine neue röntgendurchlässige Lagerungsschiene entwickelt, welche prinzipiell eine 3D fluoroskopiebasierte Navigation am Scaphoid ermöglicht. Die Testung dieser Lagerungsschiene und gleichzeitige, präzise Platzierung einer Schraubenosteosynthese wird hier beschrieben.

Material und Methoden

Eine röntgendurchlässige Lagerungsschiene aus Polysulfon (PSU) wurde mit gleichzeitiger Möglichkeit einer rigiden Fixierung des Referenzmarkers (RM) entwickelt. Die Befestigung des Unterarmes erfolgte in Hyperextensionsstellung des Handgelenkes. Mit Hilfe eines 3D-Echtzeit-Bewegungsanalyse-Systems wurden zunächst Relativbewegungen des Scaphoids auf der Schiene während eines konventionellen Bohrvorganges gemessen. Nach Datenakquisition mithilfe einer 3D-Fluoroskopie erfolgte eine Operationsplanung am Navigationssystem. Nach Kalibrierung eines 2,5 mm navigierten Bohrers erfolgte dessen Platzierung über einen palmaren, retrograden Zugang unter permanenter Navigationskontrolle. An 5 weichteilerhaltenen Kadavern wurden die Bohrkanäle im Scaphoid dann wie folgt in einem sekundären 3D-Scan beurteilt: Registrierungsartefakte (Bildqualität); Abweichungen der Bohrkanäle zur geplanten Trajektorie (<1 mm; >1 mm; >2 mm); wiederholte Bohrversuche; perforation des Scaphoids außerhalb der Eintrittsstelle.

Ergebnisse

Es kam zu keiner Dislokation zwischen der Lagerungsschiene und den anatomischen Präparaten. Es kam zu keinen relevanten Relativbewegungen zwischen dem Scaphoid und der Lagerungsschiene während eines konventionellen Bohrvorganges (<1°). Neben geringen Artefakten wurde die Bildqualität als gut beurteilt (VAS 7–9). Bezüglich der Deckungsgleichheit von Bohrkanal und Trajektorie zeigten sich keine Abweichungen ≥2 mm, eine Abweichung ≥1 mm, alle weiteren Fälle Abweichungen ≤1 mm. Kein wiederholter Bohrversuch war notwendig, eine Perforation des proximalen Scaphoidpols durch den Bohrkanal wurde entdeckt.

Schlussfolgerung

Die neue Lagerungsschiene ermöglicht die Iso-C-3D-basierte, navigierte Verschraubung des Scaphoids ohne invasive Fixierung eines Referenzmarkers unter permanenter Darstellung der Instrumente in den multiplanaren Rekonstruktionen. Platzierungen anhand geplanter, vorgegebener Trajektorien sind ohne Fehlplatzierungen >2 mm am Kadaver möglich, zusätzlich ermöglicht die Iso-C-3D-Bildgebung eine direkte intraoperative Erfolgskontrolle.

Abstract

Introduction

Up to now, the use of navigation systems for the placement of scaphoid screws has been impossible, mainly because there have been no ways of fixing the reference markers. Faulty placement rates in internal fixation of the scaphoid show there is a current need for a 3D image-based navigation system and intraoperative monitoring of how successful the procedure will be. For this reason, we have developed a new radiotransparent hand fixation device (Scaph-Splint®), which allows reliable and accurate drilling of the scaphoid using 3D navigation. Tests of this device and the simultaneous precise placement of screws securing an internal fixation device are described in this paper.

Material and Methods

Relative movements between the wrist and fixation device were measured with a 3-D ultrasound motion analyser system. Five cadaveric upper extremity specimens were then used for further navigated test applications. Each specimen was placed in the fixation device, and both the forearm and hand were secured to the two surfaces, with the wrist in approximately 80° of extension. A reference marker was then securely fixed to the fixation device. A commercial navigation system and 3-D fluoroscopic imaging were used for each trial. Under navigation, the scaphoid was drilled in retrograde fashion, and a screw was placed into the drilled hole. Following screw placement, a 3D scan was performed to evaluate its position. The screw placement was analysed blindly to optimal placement and drill or screw perforation, and the image quality was rated on a visual analog scale (VAS).

Results

There were few artefacts, and the image quality of the 3-D scan was judged as as good (VAS 7‑9). Deviations of ≥0.2 mm between planned trajectory and drilling tunnal were not found in any of the specimens; there were deviations of ≥1 mm in one case, and all other cases showed deviations of ≤1 mm. There were no registration failures of the navigation system, indicating that no loosening of the reference marker or movement of the hand occurred. There was one case of scaphoid perforation at the distal pole.

Discussion

We found that the Scaph-Split allowed complete immobilisation of the hand and carpus. This allowed for adequate reference tracker stability and subsequent successful 3D navigated fluoroscopic drilling and screw placement in the scaphoid. While further tests on fresh-frozen cadavers is warranted, this technique may prove clinically to be very useful for surgeons treating scaphoid fractures.