Intraoperative Pedographie

Detaillierte Beschreibung

Der moderne Einsatz der Pedographie dient der objektiven Dokumentation der Funktion des Fußes vor und nach therapeutischer Intervention. Diese Technik wurde maßgeblich durch den Gebrauch kapazitiver Sensoren zur dynamischen Messung der Kraftverteilung unter der Fußsohle vorangetrieben [2]. Im Laufe der Jahre wurden einige Methoden und Einsatzmöglichkeiten verwendet um die Kraftverteilung des Fußes zu erforschen [2,3,6]. Viele dieser Methoden haben unser Verständnis des Fußes und seiner Funktion verändert und Einfluss auf die Therapie gehabt [2,4,27].

Bei Korrekturoperationen am oberen Sprunggelenk (OSG) und Fuß ist es sehr schwierig die Wiederherstellung oder den Erhalt einer physiologischen plantaren Kraftverteilung intraoperativ zu beurteilen [20,24]. Eine optimale Rekonstruktion der biomechanischen Verhältnisse ist Voraussetzung für gute klinische Ergebnisse [1,7,14,16,17,21,24,28,29,30,32,34]. Die radiologische Analyse der Stellung der Knochen zueinander erlaubt prinzipiell Rückschlüsse auf die Biomechanik des Fußes [24,33,34]. Die statische und dynamische Pedographie sind aber effektivere Methoden zur Analyse der Biomechanik des Fußes, da sie die Funktion zwischen den Knochen, Bändern und Muskeln darstellen und nicht nur die anatomische Position der Knochen [4,5,24,26].

Bisher war diese Methode jedoch nur für den klinischen Verlauf und nicht intraoperativ verfügbar [19,24]. Zur Ermöglichung einer intraoperativen Pedographie wurde ein spezielles System entwickelt [20]. Dieses wurde validiert und ist beim Autor im Routineeinsatz [20,24]. Die intraoperative Pedographie soll bei Wiederherstellung oder Erhalt einer physiologischen plantaren Kraftverteilung bei Korrekturoperationen am oberen Sprunggelenk (OSG) und Fuß durch intraoperative Überprüfung helfen. Durch Überprüfung der plantaren Kraftverteilung bei Korrekturoperationen am oberen Sprunggelenk (OSG) und Fuß mit intraoperative Pedographie sollen Wiederherstellung oder Erhalt einer physiologischen plantaren Kraftverteilung besser erreicht werden.

Die Technik der intraoperativen Pedographie mit den aktuellen Geräten und Studienergebnisse (Validierungsstudie und klinische Studien) werden beschrieben.

1. Vorteile
  • Die Intraoperative Kraftverteilungsmessung mit intraoperativer Pedographie erlaubt eine intraoperative biomechanische Beurteilung wodurch eine eventuell notwendige biomechanisch wirksame Verbesserung der Korrektur bereits im selben Eingriff möglich ist. Ohne intraoperative Pedographie könnte diese Verbesserung der Korrektur erst nach späterer klinischer Pedographie mit einem dann notwendigen zweiten Eingriff erfolgen. Die intraoperative Pedographie kann also potentiell das Korrekturergebnis verbessern und die Rate an Reoperationen verringern [20,24].
  • Mit der intraoperativer Pedographie können die präoperativ erhobenen Befunde der klinischen Standardpedographie gezielt intraoperativ reevaluiert werden. Damit kann intraoperativ überprüft werden ob spezielle pedographische Pathologien adäquat adressiert wurden [24].
2. Nachteile
  • Hoher technischer, finanzieller und personeller Aufwand. Das hier vorgestellte komplette Pedographiesystem zur prä- und postoperativen Standardpedographie und zur intraoperativen Pedographie inkl. notwendiger Software kostet zum Zeitpunkt der Erscheinung des Buches ca. 80.000 Euro.
3. Indikationen
  • Korrekturoperationen an OSG und Fuß bei denen das Ziel eine Optimierung der Kraftverteilung unter der Fußsohle ist (s. Fall der Abbildung 10a bis Abbildung 10e).
  • Arthrodesen an OSG und Fuß bei denen eine Verschlechterung der vorher optimalen Kraftverteilung droht (s. Fall der Abbildung 9a bis Abbildung 9e).
4. Kontraindikationen
  • bei massiver Instabilität weil durch die Krafteinleitung mit einer dem halben Körpergewicht entsprechenden Kraft Verletzungen eintreten können.
5. Patientenaufklärung
  • Übliche allgemeine Operationsrisiken.
  • Verlängerung der OP Dauer um etwa 5 Minuten.
6. Operationsvorbereitungen
  • Dynamische Standardpedographie als Standarddiagnostik und Grundlage für die intraoperative biomechanische Beurteilung mittels intraoperativer Pedographie.
7. Instrumentarium
  • Kraftsimulator Intraoperative Pedographie (KIOP, R-Innovation, Coburg). Die Messung ist mit einem Gerät möglich. Allerdings muss dieses dann steril vorgehalten werden und die präoperative Messung kann nicht unsteril im Einleitungsraum erfolgen sondern nach dem sterilen Abdecken beider Beine. Wesentlich günstiger ist die Vorhaltung von zwei KIOPs: Eines wird unsteril vorgehalten für die präoperative Messung beider Füße im Einleitungsraum in Narkose (s. Abbildung 2), und eines steril für die Messung nach der Korrektur und internen Fixierung (s. Abbildung 4a und Abbildung 4b). Hierbei müssen dann auch nicht beide Beine steril abgedeckt werden.
  • Pedographiesystem mit spezieller Messmatte (z.B. Pliance, Novel, München, Abbildung 1a bis Abbildung 1d) mit einem OP-fähigen Transportwagen.
  • Sterile Tüte für die Messmatte. Hierfür können herkömmliche Röntgenbildverstärkerabdeckungen verwendet werden.

KIOP® – Kraftsimulator Intraoperative Pedographie®

Zur standardisierten intraoperativen Einleitung von Kräften auf die Fußsohle wurde ein Gerät mit dem Namen „Kraftsimulator Intraoperative Pedographie” (KIOP, R-Innovation, Coburg; Gebrauchsmuster Nr. 20 2004 007 755.8, Deutsches Patentamt, München) entwickelt (Abbildung 1c und Abbildung 1d). Die pedographischen Messungen werden mit einer speziell angefertigten Messmatte mit kapazitiven Sensoren durchgeführt (PLIANCE™, Novel GmbH, München). KIOP® besteht aus einer Halterung für eine Messmatte, die über vertikale Streben mit einer Vorrichtung zur Krafteinleitung in verbunden ist. Die vertikalen Streben sind längenverstellbar. Die Vorrichtung zur Krafteinleitung besteht aus einer Auflageplatte, die über ein Gewinde auf die Messplatte zu oder von der Messplatte weg bewegt werden kann. Der Fuß wird auf die Kraftmessmatte, die in der Haltevorrichtung liegt, aufgesetzt. Die Krafteinleitung erfolgt über das gebeugte Kniegelenk, den Unterschenkel, durch das in Neutralstellung eingestellte Sprunggelenk auf den Fuß. Die Matte kann so die Kräfte registrieren, die durch die Krafteinleitung, als Simulation der Schwerkraft beim aufrecht stehenden Menschen, wirkt.

System zur intraoperativen Pedographie mit Pliance-x-32-System mit allen Komponenten und dem verwendeten Computer (Abb. 1a). Die Pliance-Messmatte der Firma Novel GmbH München & St. Paul, MN, USA, die flexible Messmatte wird in den KIOP gelegt (Abb. 1b, s.o.). Der neu entwickelte KIOP® (R-Innovation, Coburg) zur intraoperativen Pedographie mit eingelegter Pliance-Matte zur Messung der unter der Fußsohle entstehenden Kräfte (Abb. 1c). Schemazeichnung der intraoperativen Pedographie mit dem KIOP; (Abb. 1d). Das KIOP ist zum besseren Transport und Handling im OP und Sterilisation zusammenklappbar.

8. Anästhesie und Lagerung
  • Allgemeinanästhesie oder Spinal-/Periduralanästhesie
  • Rückenlagerung.
  • Falls eine Blutsperre oder -leere verwendet wird sollte diese nicht am Unterschenkel sondern am Oberschenkel angelegt sein.
  •  Abkleben und Vorreinigung ab dem distalen Oberschenkel nach distal.
9. Operationstechnik

Lagerung des Patienten in Rückenlage und Durchführung einer beidseitigen Pedographie in Narkose im Einleitungsraum vor Beginn des Eingriffs. Für die Messung ist es zunächst notwendig, dass die Messmatte in das KIOP eingelegt wird und dann "genullt", d.h. der Sensor auf den Nullwert geeicht wird. Dann wird eine dem halben Körpergewicht entsprechende Gesamtkraft eingeleitet. Diese Gesamtkraft kann in Echtzeit auf dem Bildschirm abgelesen werden (s. Abbildung 3). Die Matte soll vom Fuß so belastet werden, dass eine Kraftverteilung von innen zu außen von 50 zu 50 und von Rückfuß zu Mittel- und Vorfuß von 60:40 besteht (s. Abb.3).

Bildschirmdarstellung bei intraoperative Pedographie. Links ist die qualitative und quantitative Kraftverteilung zu sehen. Hier kann zwischen verschiedenen 2D- und 3D Darstellungsmöglichkeiten gewählt werden. Rechts finden sich die Balken für die Krafteinleitung. Der Balken ganz links zeigt die Gesamtkraft, in diesem Beispiel von 412N (was 42kg und damit dem halben Körpergewicht des Patienten entspricht). Der zweite und dritte Balken von links zeigt den Kraftanteil von Rückfuß (zweiter Balken von links) und Mittel-/Vorfuß (dritter Balken von links). Die beiden Balken rechts zeigen den Kraftanteil medial (je nach Seite Balken ganz rechts für den linken Fuß wie in diesem Fall und zweiter Balken von rechts rechter Fuß) und lateral (je nach Seite Balken ganz rechts für den rechten Fuß und zweiter Balken von rechts linker Fuß wie in diesem Fall). Hier findet sich etwa die gewünschte Kraftverteilung Rückfuß: Mittel-/Vorfuß = 60 : 40 und medial : lateral = 50 : 50. Die Kräfte "Rück" für Rückfuß und "Vor" für Vor- und Mittelfuß addieren sich genau auf die Gesamtkraft. Die Kräfte "links" für lateral und "rechts" für medial addieren sich nicht auf die Gesamtkraft, da ein zentraler Kraftanteil nicht mit in die Werte einfließt.

Messung im OP. Abbildung 4a zeigt schematisch die Platzierung von Patient, Personal und Geräten. Zur adäquaten Messung ist es nötig, dass das Bein bis oberhalb des Knies steril abgedeckt wird. Es sollte keine Unterschenkelblutsperre oder -leere verwendet werden, da durch den Druck auf die Unterschenkelmuskulatur potentiell die Kraftverteilung unter der Fußsohle beeinflusst wird. Dies trifft für die empfohlene Oberschenkelblutsperre oder -leere nicht zu. Der Operateur hält zur Messung das komplette Bein und der Assistent das KIOP. Der Assistent dreht und bringt die Kraft mit der Kurbel ein während der Operateur auf dem Monitor des Computers die Krafteinleitung direkt überwachen kann. Es ist daher notwendig, dass der Operateur zu jedem Zeitpunkt der Messung den Monitor einsehen kann. Abbildung 4b zeigt die Umsetzung des Schemas im OP. Die Messmatte ist von einer sterilen Tüte umhüllt.

Bildschirmauswertung mit Darstellung vor Korrektur (links), nach Korrektur (Mitte) und gesunde Gegenseite (rechts). In diesem Fall handelt es sich um eine chronische Lisfranc Luxationsfraktur des 1. Strahls bei Diabetes mellitus mit nicht mehr möglicher Kraftaufnahme am Metatarsale 1 präoperativ (links). Nach Korrekturarthrodese am 1. Strahl des Lisfrancgelenks normalisierte Kraftaufnahme unter Metatarsale 1 (Mitte) im Vergleich zur gesunden Gegenseite (rechts).

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10. Postoperative Behandlung
  • Die intraoperative Pedographie beeinflusst die postoperative Behandlung nicht.
  • Nach 12 Wochen Pedographie und Anpassung von Einlagen für Konfektionsschuhe anhand der pedographischen Daten.
  • Nach einem Jahr Kontrollpedographie.
11. Fehler, Gefahren, Komplikationen
  • Verlängerung der OP Dauer durch intraoperative Pedographie.
  • Potentielles Infektionsrisiko durch intraoperative Pedographie.
  • Risiko der Lockerung der Osteosynthese durch die Krafteinleitung bei intraoperative Pedographie.
12. Ergebnisse

12.1 Validierungsstudie

Ziel der Validierungsstudie war das System der intraoperative Pedographie mit der herkömmlichen Pedographie zur Validierung zur vergleichen [20].

Methodik

Die Objektivität des Pliance®-Systems wurde analysiert, indem standardisierte Kräfte auf die im KIOP® liegende Matte eingeleitet wurden. Die Kalibrierung erfolgte mit dem Kalibrierungssystem Trublu Calibration Device® (Novel GmbH München) [22].

Die Reliabilität des Pliance-Systems® wurde analysiert in dem zehnmal dieselbe definierte Kraft auf der im KIOP® liegenden Matte eingeleitet wurde. Auch hier wurde, wie beschrieben, das Trublu Calibration® System benutzt. Eine statistische Analyse der wiederholten Messungen zeigte keine signifikanten Abweichungen zwischen den Messungen.

Die Validierung an sich erfolgte in zwei Schritten. Die Anzahl der Probanden für beide Schritte wurde statistisch nach Kontrolle des Studiendesigns festgelegt. Dabei erfolgte eine „Poweranalyse“ die eine „power“ von mindestens 80% voraussetzte.

Schritt 1 (Abbildung 6): Vergleich einer standardmäßigen dynamischen Pedographie [2,10], einer statischen Pedographie im Stehen (drei Versuche) und einer Pedographie mit KIOP (drei Versuche, Ziel-Gesamtkraft entsprechend halbes Körpergewicht). Diese Versuche wurden an gesunden wachen Probanden durchgeführt.

Schritt 2 (Abbildung 7): Vergleich von Pedographie im Stehen, Pedographie mit KIOP am wachen und Pedographie mit KIOP am anästhesierten Patienten (drei Versuche, Ziel-Gesamtkraft entsprechend halbes Körpergewicht).

Alle Daten aus den Messungen wurden mit dem Softwarepaket „Medical Professional“ Version 12.3.18 (Novel, München) ausgewertet. Das Programm automask®, aus dem o.g. Softwarepaket teilte den Fuß in zehn Bereiche (Abbildung 8). Diese Aufteilung des Fußes in die zehn Felder erfolgte ohne manuelle Eingriffe. Der Algorithmus der Software basiert auf geometrischen Charakteristika des Abdruckes des Fußes, der den höchsten Druck erzeugte. Für diese Charakteristika wurde eine bestimmte Streuung definiert. Diese Streuung lag für das Emed-AT® System bei 1 N/cm2. Für das Pliance® System lag die Streuung bei 0,2 N/cm2. Die Differenz der Streuungen ist durch die höhere Sensitivität des Pliance® Systems bedingt.

Es wurden ONEWAY-ANOVA-Tests mit Post-Hoc-Scheffé-Test durchgeführt.

Die Nullhypothese, bei einem Signifikanzniveau < 0,05, lautete, dass kein Unterschied der Kraftverteilung des Fußes zwischen den sechs verschiedenen Messungen des ersten und zweiten Schrittes, zwischen den vier Messmethoden mit dem Pliance® System des ersten und zweiten Schrittes, zwischen allen Messmethoden des ersten Schrittes und zwischen allen Messmethoden des zweiten Schrittes besteht.

Die Studie wurde von der Ethikkommision der Medizinischen Hochschule Hannover genehmigt.

Bilder von Schritt 1 der Validierungsstudie: links, Pedographie mit KIOP; Mitte, statische Pedographie mit Plattform; rechts, dynamische Pedographie mit Plattform. Für die dynamische Pedographie und die statische Pedographie im Stehen wurde eine Standardplattform verwendet (Emed®, Novel, München). Alle drei Bilder zeigen erhöhte Kräfte plantar Metatarsale-1-Köpfchen und Großzehe.

Bilder von Schritt 2 der Validierungsstudie: links, Pedographie mit KIOP im Stehen; Mitte, Pedographie mit KIOP am wachen Patienten; rechts, Pedographie mit KIOP am anästhesierten Patienten. Alle drei Bilder zeigen erhöhte Kräfte plantar Metatarsale-3- und 4-Köpfchen.

Bild nach intraoperativer Pedographie und computerisiertem Mapping. Die folgenden Regionen werden vom Mappingprozess definiert: M1: Rückfuß; M2: Mittelfuß; M3: 1. Metatarsaleköpfchen; M4: 2. Metatarsaleköpfchen; M5: 3. Metatarsaleköpfchen; M6: Metatarsaleköpfchen; M7: 5. Metatarsaleköpfchen; M8: 1. Zehe; M9: 2. Zehe; M10: 3.-5. Zehe.

Ergebnisse

Schritt 1: 30 Probanden wurden eingeschlossen (Alter: 26,1±8,6 Jahre; Geschlecht: männlich: weiblich = 24 : 6, Gewicht: 81,5±12,0 kg). Schritt 2: 30 Probanden wurden eingeschlossen (Alter: 55,2±15,6 Jahre; Geschlecht: männlich: weiblich = 18 : 12, Gewicht: 85,6±20,3). Es wurden keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den unterschiedlichen statischen Messreihen von Schritt 1 & 2 festgestellt (t-Test: p>0.05; ANOVA: p>0,05, Tabelle 1). Es bestanden jedoch signifikante Unterschiede zwischen der dynamischen Pedographie von Schritt 1 und den statischen Messungen von Schritt 1 und 2. Die Nullhypothese für alle statischen Messungen wurde nicht abgelehnt. Die Nullhypothese wurde für den Vergleich der dynamischen Messung mit den statischen Messungen abgelehnt.

Diskussion

Die Entwicklung der intraoperativen Pedographie

Das Hauptproblem bei der Entwicklung der intraoperativen Pedographie war, eine adäquate Krafteinleitung in die Fußsohle bei anästhesierten Personen in Rückenlage zu erreichen. Die unter der Fußsohle messbare Kraftverteilung sollte der statischen Pedographie im Stehen so ähnlich wie möglich werden. Noch besser wäre eine möglichst große Ähnlichkeit mit der dynamischen Pedographie im Gehen oder der Standphase des Gehens. Für diese Krafteinleitung wurde der Kraftsimulator Intraoperative Pedographie (KIOP®) entwickelt (Abbildung 1c und Abbildung 1d). Die Messungen sollten in neutraler Position des oberen Sprunggelenks stattfinden. In dieser Position des Sprunggelenks sollte der fehlende Einfluss der Muskelaktivität bei anästhesierten Probanden minimal sein, da gezeigt werden konnte, dass das EMG bei wachen stehenden Personen mit neutraler Sprunggelenksstellung keine Aktivität zeigt [8,12,31].
Es blieben so Zweifel, ob es signifikante Unterschiede zwischen der standardisierten Pedographie und der intraoperativen Pedographie gibt. Deswegen wurde die statistische Analyse so geplant, dass sie die Unterschiede zwischen den verschiedenen Methoden der Pedographie aufdeckt.

Der Validierungsprozess

Die technische Objektivität und Reliabilität des Messsystems wurden geprüft. Danach wurde die Validierung in zwei Schritten durchgeführt. Die Aufgabe des ersten Schrittes war herauszufinden, ob das entwickelte System in der Lage ist eine dynamische oder eine statische Pedographie bei wachen Personen zu simulieren. Das Problem war, dass die dynamische Pedographie immer andere Werte liefert, als die statische, egal ob im liegen oder im stehen. Pedographie ist aber nicht zwangsläufig als dynamische Pedographie definiert [9,10]. Wenn es möglich ist, sollten sowohl eine dynamische als auch eine statische Pedographie durchgeführt werden [2,3,6]. Aber wenn die dynamische Pedographie nicht möglich ist, ist die statische Pedographie dadurch nicht prinzipiell irrelevant. Trotzdem hat der Vergleich der Standphase der dynamischen Pedographie mit den statischen Messungen des KIOP® wichtige Informationen für den Prozess der Validierung liefert. Diese Werte waren nicht signifikant unterschiedlich. Der zweite Schritt wurde an Patienten der Unfallchirurgischen Klinik der Medizinischen Hochschule Hannover durchgeführt. Eingeschlossen wurden nur Patienten, die keine Verletzungen oder Deformitäten der Beine unterhalb des Kniegelenks aufwiesen. Die Operationen wurden zumeist an der Hüfte oder proximal davon durchgeführt. Für die Messungen dieser Gruppe wurde nur das Pliance®-Systems verwendet. Es wurden die statische Pedographie im Stehen, die Pedographie mit dem KIOP® bei anästhesierten und bei nicht anästhesierten Patienten im Liegen verglichen. Für alle Messungen mit dem KIOP®-System wurde als Zielkraft die Kraft, die bei der statischen Pedographie erreicht wurde, festgelegt. Im Allgemeinen entsprach diese Kraft dem halben Körpergewicht der Probanden. Diese Festlegung war nötig, um die standardisierte statische Pedographie so gut wie möglich zu simulieren.

Die Analyse wurde anhand der Kraftverteilung und nicht mit den Absolutwerten durchgeführt. Um Aussagen über die Validität zu treffen, wurden Objektivität und Reliabilität, wie oben beschrieben, analysiert und stellen so die Basis der Validation dar. Auf eine Analyse der Intraobserver-Reliabilität und der Interobserver-Objektivität wurde verzichtet, da die Messungen und Auswertung nicht abhängig vom Beobachter oder Auswerter waren. Die Auswertung der Kraftverteilung der verschiedenen Methoden wurde automatisiert von der Software durchgeführt, ohne Interaktion eines Beobachters oder Untersuchers. Die Aufteilung der Regionen des Fußes erfolgte nach einem Algorithmus der Software, genauso wie die Errechnung der Werte der Kraftverteilung. Diese Aufteilung auf die Regionen wurde als besser standardisierbar als die beobachterabhängige subjektive Analyse der Kraftverteilung beschrieben [15]. Bei einer subjektiven Analyse werden die Bereiche des Fußes vom Beobachter selbst festgelegt, und sind so nicht standardisierbar. Wie oben beschrieben wurde die initiale Kraftverteilung aber vom Untersucher beeinflusst. Die Aufteilung der Kraft sollte zwischen Rückfuß und Vorfuß 60% zu 40% betragen bzw. zwischen der medialen und der lateralen Seite des Fußes 50% zu 50% betragen, wie es für stehende Probanden beschrieben wurde [5,10,18]. Diese Beeinflussung durch den Untersucher ist notwendig und vergleichbar der Beeinflussung der Kraftverteilung, der eine stehende Testperson auf einer Matte oder auf einer Messplattform unterliegt [10]. Die Aufteilung der Kraft auf 8 der 10 Felder, d.h. auf alle Felder außer Rückfuß und Mittelfuß, wurden durch den Untersucher nicht direkt beeinflusst.

Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Kraftverteilung mit dem KIOP®-System bei anästhesierten Probanden nicht signifikant unterschiedlich zu der Kraftverteilung im Stehen ist. Dies gilt für alle verglichenen Regionen des Fußes, z.B. für das Verhältnis Rückfuß zu Vorfuß, das Verhältnis Medial- zu Lateralseite und die zehn Felder. Weiterhin zeigte die Verteilung der Kraft zwischen Rückfuß und Vorfuß bei allen Messungen keine signifikanten Unterschiede. Dies gilt auch für die dynamischen Pedographie. Dieses Ergebnis ist sehr wichtig, da die Verteilung der Kraft zwischen Rückfuß und Vorfuß bei Gesunden 60 % zu 40 % beträgt [5]. Überraschenderweise gab es zwischen den Messungen mit dem KIOP®-System der Gruppen 1 und 2, sowohl bei unterschiedlichen Testpersonen und als auch auf unterschiedlichen Seiten keine signifikanten Unterschiede der Kraftverteilung.

Basierend auf diesen Ergebnissen wird die Nullhypothese zum Großteil angenommen. Daraus resultierend ist die dargestellte Methode zur intraoperativen Pedographie als valide für statische intraoperative biomechanische Messungen zu betrachten. Sie wird durch die unten dargestellten methodischen Schwächen limitiert.

Methodische Schwächen

Die intraoperative Pedographie misst eine statische Qualität des Fußes. Hierbei wird nicht zwangsläufig auch die dynamische Mechanik des Fußes gemessen. Dies ist aber keine methodische Schwäche, da das formulierte Ziel der Studie der Vergleich der eingeführten Methode mit der dynamischen und der statischen Pedographie ist. Das KIOP® wurde nicht entwickelt um eine dynamische Pedographie zu imitieren. Es wurde bereits vorher gezeigt und oben diskutiert, dass eine statische Pedographie auch Rückschlüsse auf die Biomechanik des Fußes erlaubt [9,10]. Ein Störfaktor könnte sein, dass die mit dem KIOP® eingeleitete Kraft auf die Fußsohle nur unzureichend wirkt. Außerdem könnte die liegende Position und die Anästhesie eine unphysiologische Pedographie zur Folge haben. Diese Bedingungen lassen sich aber intraoperativ nicht anders realisieren. Die Nullhypothese wurde formuliert, um eventuelle Unterschiede der Kraftverteilung bei den einzelnen Methoden zu entdecken. Da nur anamnestisch und klinisch gesunde Patienten in die Studie eingeschlossen waren, könnte die Validität nur für gesunde Füße gegeben sein. Man sieht aber in den Pedographien z.T. deutliche pathologische Kraftverteilungsmuster (Abbildung 4 und 5), so dass geschlossen werden muss, dass die Messung mit dem KIOP® auch pathologische Druckverteilungsmuster darstellt.

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend erlaubt die beschriebene Technik eine valide statische intraoperative Pedographie, da keine signifikanten Unterschiede zwischen der Kraftverteilung im Stehen und der Kraftverteilung bei anästhesierten Patienten beobachtet wurden. Dabei ist nochmals hervorzuheben, dass intraoperativ nicht die Standphase des Gangs simuliert wird sondern nur der Stand. Im Stand beim wachen Individuum ist das Elektromyogramm (EMG) der Unterschenkelmuskulatur still, d.h. die Muskeln sind inaktiv, was überhaupt erst die Simulation des Stands beim narkotisierten Patienten ermöglicht [8,12,20,31].

12.2. Konsekutive, prospektive, randomisierte, kontrollierte Nachuntersuchungsstudie [23]

Ziel dieser Studie war die Analyse des potentiellen klinischen Nutzens der intraoperativen Pedographie durch Vergleich mit Fällen ohne intraoperative Pedographie mit suffizienter Fallzahl.

Methodik

Patienten mit einem Alter von mindestens 18 Jahren, bei denen eine Arthrodese oder Korrekturarthrodese am oberen Sprunggelenk (OSG) und/oder Fuß wurden ab dem 01.09.2006 eingeschlossen. Die Patienten wurden zwei Gruppen zugelost: a) Operation mit Einsatz der intraoperativen Pedographie, und b) Operation ohne Einsatz der intraoperativen Pedographie. In Gruppe a) wurden der betroffene und der nicht betroffenen Fuß im Einleitungsraum in Narkose gemessen. Die betroffene/operierte Seite wurde dann intraoperativ nach der definitiven internen Fixierung gemessen. Zuvor kamen optional sämtliche bisher beschriebene Maßnahmen wie Navigation (s. Kapitel 3) und intraoperative 3D-Röntgenbildgebung (s. Kapitel 3) zum Einsatz. Es erfolgten jeweils 3 Messungen. Die Konsequenzen der intraoperative Pedographie wurden registriert. Folgende Scores wurden präoperativ erhoben: American Orthopaedic Foot and Ankle Society (AOFAS), Visual Analogue Scale Foot and Ankle (VAS FA), Short Form 36 (SF36, auf 100 Punkte-Maximum standardisiert) [11,13,25]. Die registrierten Parameter wurden zwischen den beiden Gruppen verglichen (t-, Chi2-Test).

Die Studie wurde von der Ethikkommision der Medizinischen Hochschule Hannover genehmigt.

Ergebnisse

Bis 11.04.2008 wurden 100 Patienten eingeschlossen (Alter 33±8 Jahre; männlich, n=43). Folgende Arthrodesen wurden durchgeführt: Korrekturarthrodesen OSG, n=12; Subtalargelenk, n=14; Mittelfuß, n=26; Vorfuß, n=33; Arthrodese ohne Korrektur Mittelfuß, n=15. Die präoperativen Scores waren AOFAS, 49,1±24,6; VAS FA, 45,3±21,2; SF36, 43,1±31.2, 52 Patienten wurden in die intraoperative Pedographie Gruppe randomisiert und 48 Patienten in die Gruppe ohne intraoperative Pedographie. Die beiden Gruppen unterschieden sich nicht bezgl. der demographischen Faktoren oder der präoperativen Scores (t-, Chi2-Test>0,05). Die intraoperative Pedographie dauerte 321±39 Sekunden. Durch die intraoperative Pedographie verursachte Komplikationen wurden nicht beobachtet. In 24 der 52 Fälle (46%) nach intraoperativer Pedographie erfolgte eine Änderung der Korrektur bzw. der Knochenstellung. Diese intraoperativen Konsequenzen waren am häufigsten bei der Korrekturarthrodese des Mittelfußes (64%) und am seltensten bei der Korrekturarthrodese des Subtalargelenks (25%).

Alle Patienten wurden nach durchschnittlich 12 (6-24) Monaten nachuntersucht. Die Scores zu Zeitpunkt der Nachuntersuchung betrugen AOFAS, 92,5±19,7; VAS FA, 90,2±13,4; SF36, 94,3±18,8. Die Scores der intraoperative Pedographie Gruppe waren signifikant besser als die Scores der Gruppe ohne intraoperative Pedographie (t-Test <0,05 für alle Scores). Dabei lagen insbesondere nur die Scores der Gruppe ohne intraoperative Pedographie unter 70 Punkte lagen (Abbildung 11).

Diskussion

In 46% der Fälle erfolgten nach der intraoperativen Pedographie Änderungen der Korrektur bzw. der Knochenstellung. Keine negativen Folgen der intraoperative Pedographie wurden beobachtet und der Zeitaufwand der Messungen war gering. Die durch die intraoperative Pedographie Messung potentiell optimierte Korrekturstellung führte zu einem besseren klinischen Ergebnis im Vergleich zu den Fällen ohne intraoperative Pedographie.

Fall aus der prospektiven randomisierten Studie. In diesem Fall bestand eine Arthrose am Lisfrancgelenk ohne relevante Deformität. Ziel der Operation war eine Arthrodese der medialen Säule des Lisfrancgelenks, des Innominatum (Gelenk zwischen Navikulare und Cuneiforme I-III bzw. Bonna-Jäger-Gelenk) und der intercuneiformen Gelenke mit Erhalt der präoperativ normalen Kraftverteilung. Abbildung 9a und Abbildung 9b zeigt präoperative Röntgenaufnahmen mit Belastung. Abbildung 9c zeigt die erste interne Fixierung der Arthrodese. Abbildung 9d zeigt links die zu diesem Zeitpunkt vorliegende Kraftverteilung mit z.B. pathologischer Verminderung des Kraftanteils unter dem Metatarsale-1-Köpfchen (Zone M3). Nach Korrektur der Stellung des ersten Strahls und erneuter interner Fixierung zeigt sich auf Abbildung 9d rechts eine wesentlich harmonischere Kraftverteilung mit Erhöhung des Kraftanteils unter den Metatarsale-1-Köpfchen. Abbildung 9e und Abbildung 9f zeigen unmittelbar postoperative Röntgenbilder mit der endgültigen Stellung und Fixation. Abbildung 9d zeigt auch die untersucherunabhängige computerisierte Einteilung des Kraftmusters in 10 Felder, die einen standardisierten Vergleich der Kraftverteilung erlaubt (M1: Rückfuß; M2: Mittelfuß; M3: Metatarsale 1; M4: Metatarsale 2; M5: Metatarsale 3; M6: Metatarsale 4; M7: Metatarsale 5; M8:Großzehe; M9: zweite Zehe; M10: 3.-5. Zehe) (s. auch Abbildung 8).

Fall aus der prospektiven randomisierten Studie. In diesem Fall bestand eine Arthrose am Lisfrancgelenk mit relevanter Deformität Plattfuß). Ziel der Operation war eine Korrekturarthrodese der medialen Säule des Lisfrancgelenks, des Innominatum (Gelenk zwischen Navikulare und Cuneiforme I-III bzw. Bonna-Jäger-Gelenk) und der intercuneiformen Gelenke mit Erreichen einer normalen Kraftverteilung. Abbildung 10a und Abbildung 10b zeigt präoperative Röntgenaufnahmen mit Belastung. Abbildung 10c und Abbildung 10d zeigt die erste interne Fixierung der Arthrodese. Abbildung 10e zeigt links die zu diesem Zeitpunkt vorliegende Kraftverteilung mit z.B. pathologischer Verminderung des Kraftanteils unter dem Metatarsale-1-Köpfchen (Zone M3). Nach Korrektur der Stellung des ersten Strahls und erneuter interner Fixierung zeigt sich auf Abbildung 10e rechts eine wesentlich harmonischere Kraftverteilung mit Erhöhung des Kraftanteils unter den Metatarsale-1-Köpfchen. Abbildung 10d zeigt auch die untersucherunabhängige computerisierte Einteilung des Kraftmusters in 10 Felder, die einen standardisierten Vergleich der Kraftverteilung erlaubt (M1: Rückfuß; M2: Mittelfuß; M3: Metatarsale 1; M4: Metatarsale 2; M5: Metatarsale 3; M6: Metatarsale 4; M7: Metatarsale 5; M8:Großzehe; M9: zweite Zehe; M10: 3.-5. Zehe) (s. auch Abbildung 8).

Scores der Visual Analog Skala Fuß und Sprunggelenk (VAS FA) und des auf 100 Punkte standardisierten SF36 zur Nachuntersuchung der konsekutiven, prospektiven, randomisierten, kontrollierten Nachuntersuchungsstudie, die nur in der Gruppe ohne intraoperative Pedographie unter 70 Punkte lagen.

Fall außerhalb der prospektiven randomisierten Studie. In deutlicher Deformität verheilte auswärtige minimalinvasive Korrektur eines Hallux valgus. Abbildung 12a zeigt eine dorsoplantare beidseitige Röntgenaufnahme mit Belastung, die eine deutliche Verkürzung des Metatarsale 1 zeigt. Abbildung 12b zeigt eine beidseitige Metatarsale-
köpfchenbelastungsaufnahme, die eine deutliche Elevation und Pronation (s. Abbildung rechts) im Vergleich zur Gegenseite (s. Abbildung links) zeigt. Abbildung 12c zeigt das Maximaldruckbild der präoperativen dynamischen Standardpedographie mit deutlicher Verringerung des Kraftanteils plantar des Metatarsale-1-Köpfchens (s. Abbildung links) im Vergleich zur Gegenseite (s. Abbildung rechts). Abbildung 12d zeigt Spitzendrücke der präoperativen dynamischen Standardpedographie mit deutlicher Verringerung des Spitzendrucks absolut und relative plantar des Metatarsale-1-Köpfchens (s. Abbildung links) absolut und relativ im Vergleich zur Gegenseite (s. Abbildung rechts). Es folgte eine Verlängerung, Plantarisierung und Supination des Metatarsale-1-Köpfchens, Einsetzen eine trikortikalen autogenen Beckenkammspans und autologer Spongiosa und Fixierung mittels winkelstabiler polyaxialer Platte (R-Lock klein, Intercus, Rudolstadt) und transfixieremden K-Draht. Abbildung 12e (dorsoplantar) und Abbildung 12f (seitlich) zeigen die intraoperativen Röntgenbildverstärkerbilder und Abbildung 12g (sagittal) und Abbildung 12h (axial) die intraoperative 3D-Bilder. Abbildung 12i zeigt die Maximalkraftbilder der intraoperativen Pedographie mit massiv vermindertem Kraftanteil plantar des Metatarsale-1-Köpfchens vor der Korrektur (s. Abbildung links) und normalisierten Kraftanteil plantar des Metatarsale-1-Köpfchens nach der Korrektur (s. Abbildung Mitte) im Vergleich zum Kraftanteil plantar des Metatarsale-1-Köpfchens der Gegenseite (s. Abbildung rechts).

Fall außerhalb der prospektiven randomisierten Studie. Homolaterale laterale Lisfranc-Luxationsfraktur (Abbildung 13a). Abbildung 13b zeigt das seitliche Röntgenverstärkerbild nach offener Reposition und interner Fixation und Abbildung 13c die axiale Reformation der intraoperativen 3D-Röntgenbildgebung mit deutlich tiefer stehendem Metatarsale-3-Köpfchen. Abbildung 13d zeigt das Maximalkraftbild der intraoperativen Pedographie mit massiv vermindertem Kraftanteil plantar des Metatarsale-4- und 5-Köpfchens d.h. lateral des Metatarsale-3-Köpfchens. Abbildung 13e zeigt das seitliche Röntgenverstärkerbild nach erneuter offener Reposition und interner Fixation des Metatatarsale 3 und des Tarsometatarsal-3-Gelenks und Abbildung 13f die axiale Reformation der intraoperativen 3D-Röntgenbildgebung mit anatomisch stehendem Metatarsale-3-Köpfchen. Abbildung 13g zeigt das Maximalkraftbild der intraoperativen Pedographie normalisierter Kraftverteilung im Vergleich zur Gegenseite (Abbildung 13h).

Fall außerhalb der prospektiven randomisierten Studie. Vorfußdeformität mit Hallux valgus beidseits. Abb. 4.14a zeigt eine dorsoplantare beidseitige Röntgenaufnahme mit Belastung, die eine deutliche Dezentrierung der Metatarsale-1-Köpfchen von den Sesambeinen und eine deutliche relative Überlänge der Metatarsale 2. zeigt. Abb. 4.14b zeigt eine beidseitige Metatarsaleköpfchen-
belastungsaufnahme die eine deutliche Pronation und Dezentrierung der Metatarsale-1-Köpfchen von den Sesambeinen und ein deutliches Tiefertreten der Metatarsale-2-Köpfchen rechts (s. Abb. links) mehr als links (s. Abb. rechts). Abb. 4.14c zeigt das Maximaldruckbild der präoperativen dynamischen Standardpedographie mit deutlicher Verringerung des Kraftanteils plantar des Metatarsale-1-Köpfchens rechts im Vergleich zur Gegenseite (s. unterer Pfeil) und eine deutliche Erhöhung des Kraftanteils plantar der Metatarsale-2-Köpfchen beidseits (s. oberer Pfeil). Abb. 4.14d zeigt Spitzendrücke der präoperativen dynamischen Standardpedographie mit deutlicher Verringerung des Spitzendrucks plantar des Metatarsale-1-Köpfchens rechts im Vergleich zur Gegenseite (s. unterer Pfeil) und eine deutliche Erhöhung des Spitzendrucks plantar der Metatarsale-2-Köpfchen beidseits (s. oberer Pfeil). Es erfolgte eine distale Korrekturosteotomie des Metatarsale 1 modifiziert nach Chevron und eine Weichteilkorrektur modifiziert nach McBride (Abb. 4.14e). Es erfolgte dann wegen einer unbefriedigenden Kraftverteilung mit vermindertem Kraftanteil plantar des Metatarsale-1-Köpfchens und erhöhtem Kraftanteil plantar des Metatarsale-2-Köpfchens (s. Abb. 4.14h zweites Bild von links nach Korrektur genauso wie Bild ganz links vor der Korrektur) eine modifizierte Weil-Osteotomie des Metatarsale 2. Diese wurde dann wegen einer immer noch unbefriedigenden Kraftverteilung (Abb. 4.14h zweites Bild von rechts) mit immer noch vermindertem Kraftanteil plantar des Metatarsale-1-Köpfchens und erhöhtem Kraftanteil plantar des Metatarsale-2-Köpfchens nochmals modifiziert mit Osteotomie einer Knochenscheibe mit konsekutiver Dorsalisierung des Metatarsale-2-Köpfchens. Danach optimale Stellung (Abb. 4.14f und Abb. 4.14g) und Kraftverteilung (Abb. 4.14h rechts).

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