Computer based systems in foot and ankle surgery at the beginning of the 21st century

ZusammenfassungZielZu Beginn des 21. Jahrhunderts haben Computersysteme die Möglichkeiten in Chirurgie und Orthopädie erweitert. Ziel dieses Artikels war eine Analyse der Machbarkeit und des potentiellen klinischen Nutzens des Einsatzes von Computersystemen in der Fuß- und Sprunggelenkschirurgie.MethodenDie experimentelle Analyse und die klinische Anwendung der folgenden Optionen des Einsatzes von Computersystemen im Bereich Fuß- und Sprunggelenk in einem Zentrum der Maximalversorgung wurden evaluiert: intraoperative dreidimensionale Bilddarstellung mittels motorisierten C-Arms (ISO-C-3D), CT-ba-sierte Computer Assistierte Chi-rurgie (CAS), ISO-C-3D-basierte CAS, C-Arm-basierte CAS und intraoperative Pedographie (IP).ErgebnisseISO-C-3D: Die intraoperative dreidimensionale Bilddarstellung mit ISO-C-3D erfolgte in 101 Fällen. In 39% der Fälle wurde nach Benutzung des ISO-C-3D die Reposition und/oder Implantatlage im selben Eingriff korrigiert. Die Operation wurde für die Benutzung des ISO-C-3D für durchschnittlich 430 Sekunden unterbrochen.CAS: CAS wurde bei retrograden Bohrungen bei Osteochondrosis dissecans tali und für Korrektur-arthrodesen an OSG und Rückfuß angewendet. Die CAS-gestützten Bohrungen bei Osteochondrosis dissecans tali funktionierten problemlos und waren in allen zehn bisherigen Fällen akkurat. Die CAS-gestützten Korrektur-arthrodesen waren in den ersten zehn Fällen machbar und beinhalteten einen sehr genauen und schnellen Korrekturprozess. IP: Zur standardisierten intraoperativen Einleitung von Kräften auf die Fußsohle wurde ein Gerät mit dem Namen „Kraftsimulator Intraoperative Pedographie” (KIOP, hergestellt durch Forschungswerkstatt, Medizinische Hochschule Hannover, Hannover; Gebrauchsmuster Nr. 20 2004 007 755.8, Deutsches Patentamt, München) entwickelt. Im Rahmen der Validierungsstudie wurden zwischen der vorgestellten Methode der IP bei anästhesierten Individuen und der dynamischen Pedographie keine signifikanten Unterschiede festgestellt. Damit kann IP als valide betrachtet werden.SchlussfolgerungenISO-C-3D kann im Fußbereich wertvolle Informationen bieten, die mit einem herkömmlichen C-Arm allein nicht erbracht werden können. Der Nutzen der vorgestellten CAS-Me-thoden ist dann besonders hoch, wenn eine höhere Genauigkeit ein besseres Ausheilungsergebnis erwarten lassen. IP kann sinnvoll sein, wenn eine intraoperative biomechanische Evaluation zu einer Verbesserung des chirurgischen Ergebnisses führen kann. In der Zukunft werden computerbasierte Systeme für verbesserte intraoperative Bildgebung, Assistenz und biomechanische Analysemöglichkeiten dabei helfen das geplante chirurgische Ergebnis zu erreichen. Die Integration dieser Systeme in ein Integriertes Computersystem für Operative Prozeduren (ICOP) wird Handling und klinische Machbarkeit verbessern.

SummaryPurposeAt the beginning of the 21st century the computer has supplemented the possibilities of orthopedic surgery. This article analyzes the current feasibility and potential clinical benefit of computer use for foot and ankle surgery.MethodsThe experimental evaluation and clinical use of the following different options of computer use for foot and ankle in a level one trauma center were analyzed: intraoperative three-dimensional imaging with a mobile motorized C-arm (ISO-C-3D), CT-based Computer Assisted Surgery (CAS), ISO-C-3D-based CAS, C-arm-based CAS, and Intraoperative Pedography (IP).ResultsISO-C-3D: Intraoperative three-dimensional imaging with an ISO-C-3D was used in 101 cases. In 39% of the cases, reduction and/or implant position was corrected after ISO-C-3D-scan during the same procedure. The operation was interrupted for ISO-C-3D use for 430 seconds on average.CAS: CAS was used for retrograde drillings in osteochondral defects of the talus and for correction of ankle and hindfoot deformities. CAS-guided retrograde drilling in osteochondral defects worked without problems and accurate in all ten cases that were included. The CAS-guided correction of posttraumatic deformities of the ankle and hindfoot region was feasible and provided very high accuracy and a fast correction process in the ten cases so far. IP: For an intraoperative introduction of standardized forces to the footsole, a device named “Kraftsimulator Intraoperative Pedographie” (KIOP, manufacuted in the Workshop of the Hannover Medical School, Hannover, Germany; Registered Design No. 20 2004 007 755.8 by the German Patent Office, Munich, Germany) was developed. During a validation process, no statistically significant differences were found between the measurements of the introduced method for IP in anesthesized individuals and the standard dynamic and static pedography. The introduced method is valid for IP.ConclusionThe ISO-C-3D provides important information which could not be obtained from plain films or C-arm alone. The benefit of the introduced CAS methods is high when improved accuracy can lead to an improved clinical outcome. IP will be useful for all those cases in which intraoperative bio-mechanical assessment may lead to an immediate improvement of the achieved surgical result. In the future, computerized methods for improved intraoperative imaging, guidance and biomechanical assessment will help to realize the planned operative result. The integration of the different computerized systems into one Integrated Computer System for Operative Procedures (ICOP) will improve the handling and clinical feasibility.