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Zentrum für Extremitätenchirurgie München
Prof. Dr. Dr. med. R. Baumgart

Beingeometrie

Die Beine sind für unsere Mobilität unabdingbar. Sie ermöglichen uns aufrecht zu stehen, zu gehen, zu laufen, zu springen, uns elegant zu bewegen oder auch schwere Lasten zu tragen und das selbst auf extrem unebenem Gelände. Darüber hinaus führen zwei gleich lange Beine zu einer waagerechten Ausrichtung des Beckens und einer senkrechten Ausrichtung der Wirbelsäule. Damit unsere Beine diese und andere Funktionen erfüllen können, müssen eine Vielzahl von Voraussetzungen erfüllt sein.

Drei wichtige Parameter bestimmen die Beingeometrie

Die Beinlänge resultiert aus der Oberschenkellänge, der Unterschenkellänge und der Höhe des Fußskeletts. Hinsichtlich der Ausrichtung der Wirbelsäule kommen noch mögliche Beckenasymmetrien hinzu. Da die resultierende Beinlänge auch von der Winkelstellung zwischen Ober- und Unterschenkel abhängt, spielen auch die Gelenkwinkel und Gelenkinstabilitäten eine Rolle, sodass Messungen im Stehen bei korrekter Drehung und unter seitengleicher Belastung beider Beine eine unabdingbare Voraussetzung für die korrekte Erfassung der Beingeometrie sind.

Die Belastungsachse (Lastvektor) verläuft vom Zentrum des Hüftgelenks zum Zentrum des Sprunggelenks und passiert dabei die Kniegelenksmitte. Verläuft die Belastungsachse innerhalb (medial) der Kniegelenksmitte spricht man von einem O-Bein, verläuft sie außerhalb (lateral) spricht man von einem X-Bein. In beiden Fällen wird das Kniegelenk einseitig überlastet, insbesondere bei hohem Körpergewicht und wenn der entsprechende Meniskus geschädigt ist. In der Folge schwindet der Knorpel, wodurch die Fehlstellung weiter zunimmt und das Gelenk letztendlich durch eine Prothese ersetzt werden muss, wenn keine Korrektur Fehlstellung erfolgt.

Während die Rotation die Beweglichkeit um die Längsachse in einem Gelenk betrifft, beschreibt die Torsion die Verdrehung innerhalb eines Knochens. Solange die Neutralpositionen (Nulldurchgang) bei den üblichen Bewegungsabläufen erreicht wird bleiben Torsionsabweichungen für den Patienten meist unbemerkt. Erst wenn sie so groß sind, dass die Neutralposition nicht mehr erreichbar ist oder wenn z. B. bei extremer sportlicher Betätigung der Bewegungsumfang deutlich vergrößert wird, treten Zwangskräfte und in der Folge Scherkräfte in den Gelenken auf, die zu Ausweichbewegungen und damit zu einer vorzeitigen Ermüdbarkeit führen. Bei großen Torsionsabweichungen können auch Anschlagphänomene an den Gelenkbegrenzungen schmerzhaft werden und den Gelenkverschleiß begünstigen.

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Röntgenstandbeinaufnahmen – der Goldstandard

Grundlage einer Vermessung der Beingeometrie sind spezielle Röntgenaufnahmen im Stehen (Röntgenstandbeinaufnahmen - Long Standing Radiographs - LSR), bei denen beide Beine, das Becken und auch die unteren Wirbelsäulenabschnitte von vorne abgebildet werden. Es gibt verschiedene Techniken diese Aufnahmen anzufertigen, wobei wir die sogenannte „Einschusstechnik“ favorisieren. Hierbei wird nur einmal ein Röntgenstrahl ausgelöst, der beide Beine, das Becken und die unteren Wirbelsäulenabschnitte abbildet. Schwenkbügelsysteme, die abschnittsweise Bilder erzeugen oder Scanner, die sich entlang des Beines bewegen führen zu Artefakten, wenn sich der Patient während der Aufnahme bewegt, was gerade bei Kindern vorkommt. Im ZEM-Germany wurde Anfang 2020 der erste Ganzbeindetektor in Deutschland von Fuji installiert, der mit geringer Strahlungsdosis eine hervorragende Bildqualität liefert. Die Anlage bietet aber noch weit mehr: Eine digital steuerbare, motorisierte Beinlängenkompensation zum millimetergenauen Ausgleich von Beinlängendifferenzen und integrierte Waagen unter beiden Füßen, ermöglichen einen Gewichtsausgleich, sodass bei Auslösung der Aufnahme auch tatsächlich beide Beine gleich belastet wurden. Auch seitliche Ganzbeinaufnahmen sind mit dieser neuartigen Technik möglich. Alle Messparameter der LSR werden nachweisbar im Bild dokumentiert und stehen so für die weitere Planung zur Verfügung.

Röntgendiagnostik im ZEM-Germany mit Fuji-Detektor

Röntgendiagnostik im ZEM-Germany mit Fuji-Detektor

Auf die korrekte Planung kommt es an

Vor jeder Korrekturoperation steht eine detailgenaue Operationsplanung, die am Computer mit spezieller Software durchgeführt wird. Die im ZEM-Germany entwickelte Reverse-Planungs-Methode (RPM) ist auf Distraktionsmarknägel abgestimmt. Das Prinzip beruht darauf, dass ausgehend von einem „idealen“ Endergebnis die einzelnen Korrekturschritte rückwärts vollzogen werden, wobei alle Parameter, wie unabänderliche Knochenstrukturen, Besonderheiten der Implantate und auch die geometrischen Veränderungen während der postoperativen Verlängerung mit einbezogen werden. Bei schwierigen Fällen können verschiedene Lösungsvarianten vorab verglichen und so optimale Ergebnisse gefunden werden. Letztendlich gibt die RPM dem Operateur eine visuelle Vorgabe, die in der Operation umzusetzen ist, damit am Ende der Behandlung das Ergebnis ebenfalls möglichst ideal ist. Im Vergleich zu externen Fixateuren ist diese Vorgehensweise essenziell wichtig, da nach der Operation mit Ausnahme der Axialverschiebung bei Distraktionsmarknägeln keine Korrekturen möglich sind und somit das Behandlungsergebnis im Wesentlichen von der korrekten Umsetzung der Planung in der Operation abhängt.

Bei Distraktionsmarknägeln gibt es große Unterschiede

Unter Kenntnis der Beingeometrie wird schnell ersichtlich, dass eine alleinige Beinverkürzung ohne jegliche Fehlstellung höchst selten ist. Es gibt sogar Gelenkfehlstellung, die sich von außen überhaupt nicht erkennen lassen. Immer ist es also notwendig, zunächst eine vollständige Analyse durchzuführen und erst dann mit der Planung zu beginnen, damit auch alle o.g. Parameter in die Korrektur einbezogen werden können und am Ende auch stimmen. Selbst wenn tatsächlich „nur“ eine Verkürzung vorliegt, dürfen die anderen geometrischen Parameter nicht einfach vernachlässigt werden. Distraktionsmarknägel verlängern den Knochen entlang der anatomischen Beinachse, was am Oberschenkel zu einer Lateralverschiebung (X-Bein) der mechanischen Beinachse führen kann. Ein anfänglich kurzes Bein kann also durch die Verlängerung auch eine Fehlstellung erst bekommen, die dann ggf. später in einer weiteren Operation korrigiert werden muss. Gerade bei kosmetischen Beinverlängerungen wird dies häufig übersehen.

Distraktionsmarknägel sind technisch komplex und erfordern eine spezielle Operationstechnik. Es gibt Implantate, die allein auf die Verlängerung abzielen, ohne die Beingeometrie zu berücksichtigen. Der FITBONE wurde von Anfang an als ein multidirektionales Korrekturimplantat konzipiert, das bei korrekter Anwendung präzise Ergebnisse erwarten lässt.

FITBONE mit Steuergerät

FITBONE mit Steuergerät

Der entscheidende Schritt – die Operation

Im ZEM-Germany werden die Operationsplanungen direkt in den OP übertragen, sodass dem Operateur ein vollständiges Bild aller Behandlungsstadien zur Verfügung steht. Im Maßstab 1:1 ist die gesamte Beingeometrie im Ist-Zustand über den postoperativen Soll-Zustand bis hin zum idealen End-Zustand sowie alle wichtigen geometrischen Parameter auf großen Monitoren abgebildet. Diese Vorgehensweise schafft beste Voraussetzungen für den Operateur und ein Maximum an Sicherheit für den Patienten, damit das anvisierte Behandlungsergebnis auch tatsächlich erreicht wird. Auch bei der Durchführung der Operation gibt es im ZEM-Germany einige Besonderheiten. Um die Schnitte und die Weichteilverletzungen zu minimieren, wurde eine besonders schonende Operationstechnik entwickelt. Ein patentiertes Hülsensystem (Tube-II-System) ermöglicht es mit aufeinander abgestimmten Operationsportalen exakt den Knochen zu eröffnen, gemäß der Planung eine zielgerichtete Bahn zu fräsen und dabei den Knochen und auch die Weichteile optimal zu schützen. Um während der Operation eine optimale Orientierung sicherzustellen wird im ZEM-Germany eine effiziente Rasterplatte (Double-Line Grid) eingesetzt, mit der nahezu alle geometrischen Parameter kontrolliert werden können. Gerade bei der Implantation von Distraktionsmarknägeln ist dies unverzichtbar. Durch die exakte Planung und die gut vorhersehbaren Operationsschritte ist es somit möglich, die Weichgewebsverletzung auf ein Minimum zu reduzieren. Der längste Hautschnitt ist meist nur etwa 2 cm lang und verheilt bei Verlauf in den Hautlinien nahezu unsichtbar.

Eine umfassende Diagnostik, eine kompetente OP-Planung, die Wahl des optimalen Implantats sowie eine schonende, minimal invasive Operationstechnik in der Hand eines erfahrenen, spezialisierten Operateurs sind somit entscheidend für den Erfolg von operativen Korrekturmaßnahmen damit am Ende möglichst perfekte Beingeometrie resultiert.

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