Der diagnostischen Bildgebung kommt in der Endoprothetik eine wesentliche Rolle für die Erstdiagnostik, für die operative Planung und die postoperativen Stellungskontrollen sowie für eine etwaige Komplikations- und die Verlaufsdiagnostik zu. Es stehen die Projektionsradiografie, die Computer- und Magnetresonanztomografie sowie die Sonografie zur Verfügung. Rechtlich sind insbesondere die StrlSchV und das StrlSchG, sowie einschlägige DIN-Vorgaben zu beachten. Es empfiehlt sich seitens des Strahlenschutzverantwortlichen, die diesbezüglichen standortbezogenen Sicherstellungen in SOP’s festzuschreiben und gesetzliche Novellierungen fortlaufend anzupassen. Besonders ist auf die rechtsfeste Dokumentation der „rechtfertigenden Indikation“ beim Einsatz ionisierender Strahlung und auf eine ordnungsgemäße Archivierung von Bilddokumenten, Strahlendosisbelastung und Schriftbefund zu achten.
Grundlage der Bildgebung ist die Kombination aus klinischer Fragestellung und der Auswahl der adäquaten bildgebenden Methode. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Operateur und Radiologe definiert die klinische Ergebnisqualität. Für diesen Dialog sind auf chirurgischer Seite Kenntnisse der bildgebenden Verfahrenstechniken nötig.
Die Auswahl der Untersuchungsmethodik (Leistungsfähigkeit der Methoden), deren Durchführung und die Bildbeurteilung sind hingegen Gegenstand der radiologischen Expertise. Entscheidendes Bindeglied dieser interdisziplinären Zusammenarbeit ist die klinische Fragestellung.
Die klinische Fragestellung ist zielführende Voraussetzung in der bildgebenden Diagnostik.
Grundlegende Gemeinsamkeiten aller bildgebenden Methoden sind eine Emissionsquelle, der Patient und ein geeignetes Detektorsystem.
Es stehen folgende technische Grundprinzipien für die Bildgebung in der Endoprothetik zur Verfügung (Abb. 1, Tab. 1)
Abb. 1
Schema der Diagnostikstrategie
Tab. 1
Bildgebende Methoden, die bei Beschwerden im Hüftbereich eingesetzt werden können. (Für die Indikation entscheidend ist die klinische Fragestellung)
Methode
Ausführung
Zielstruktur
Diagnostische Besonderheit
Röntgen
Beckenübersicht a.-p./Lauenstein der betroffenen Seite
Hüftgelenk beidseits
betroffene Seite seitlich
Vergleich beider Seiten
azetabuläre Osteophyten
bzw.
Beckenübersicht
Azetabulum, Femurkopf
Deformierungsgrad
bzw.
Beckenübersicht
mit Messkörper
Prothesenplanung
korrekte Positionierung
CT
QS-Leitlinie der BÄK „Becken“ (CT/Röntgen)
Knochendefekte, Ossifikationen
Postoperative Komponentendarstellung
MRT
Becken-/Hüft-Protokoll
(AG MSK)
Femurkopf
Erguss, Femur-Nekrose, Entzündungs- und Weichteilkriterien
QS-Leitlinie Querschnittsleitlinie; BÄK Bundesärztekammer; AG MSK Arbeitsgemeinschaft Muskuloskelettale Radiologie
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Röntgen, Durchleuchtung und Computertomografie (CT)
Die Projektionsradiografie (Röntgen und Durchleuchtung) stellt einen dreidimensionalen Körper in einer zweidimensionalen Fläche (Projektion) dar. Es sind daher in der Projektionsradiografie mindestens zwei rechtwinklige Aufnahmeebenen nötig. Die Kenntnis der Röntgenanatomie ist für die Bildbeurteilung unerlässlich.
Die Röntgenaufnahmen des Hüftgelenkes in 2 Ebenen stellt die Basisdiagnostik dar. Ossäre Veränderungen (Bohndorf et al. 2016; Freyschmidt 1993) können differenzialdiagnostisch eingeordnet werden (Abb. 2).
Abb. 2
a Hüftgelenk in anterior-posteriorem Strahlengang bei einer 64-jährigen Patientin nach Sturz. b Hüftgelenkaufnahme mediolateral nach Lauenstein derselben Patientin. c Hüftgelenk axial nach Sven-Johansson
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Hüftgelenke können mit einer Beckenübersicht und seitlicher Hüftaufnahme oder mit einer Hüftaufnahme in 2 Ebenen (Hüfte a.-p. und Lauenstein oder Sven-Johansson (Zimmer-Bossy et al. 2008; AWMF-LL 033-001 2019; Saure 2008; Hawighorst und Walz 2010) untersucht werden.
Die Quelle der Röntgenstrahlen ist punktförmig (0,3 bzw. 0,6 mm) und emittiert einen kegelförmigen Röntgenstrahl. Die Röntgenbilder beinhalten folglich immer eine projektionsbedingte Größendifferenz. Es ist daher ein optimiertes Verhältnis von Röhren-Patient-(groß) und Patient-Detektor-(klein)-Abstand sicherzustellen.
Messmethoden, insbesondere in der Endoprothetik, müssen diese Zusammenhänge berücksichtigen (Abb. 3).
Abb. 3
a Beckenübersichtsaufnahme einer 86-jährigen Patientin vor geplanter Implantation einer Hüftprothese bei Koxarthrose linksseitig. Im Bild sind eine Planungskugel und eine Münze als Referenzkörper für die Bemaßung abgebildet (Größenangaben zur Prothesenplanung). b Computergestützte Prothesenplanung. c Postoperatives Ergebnis derselben Patientin
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Für die präoperative Prothesenplanung benötigt man eine Beckenaufnahme in tiefer Einstellung zur Darstellung der Femurschaftachse und damit zur Planbarkeit der Prothesenlänge.
Intraoperative Durchleuchtung
Eine für die Endoprothetik wesentliche Anwendung der Projektionsradiografie ist die intraoperative Durchleuchtung. Vorteil ist die OP-Situs-angepasste Wahl der Projektionsebenen.
Der Durchleuchtungsmodus ist ausschließlich nur zur Einstellung der Zielstruktur zu nutzen. Last-Image-Hold-Funktionen (sog. eingefrorenes Bild) erlauben die Betrachtung am Monitor nach Durchleuchtungsbetrieb.
Apparativ sind C-Bogen-Konfigurationen üblich, die eine operative (Materiallagen) und/oder situative (Stellungs- und Funktionskontrollen) Bildgebung des OP-Situs ermöglichen.
Die in früheren Monografien dargestellte Arthrografie hat in der Hüftendoprothetik keine Routinebedeutung erlangt. Das Verfahren sollte seinerzeit der Diagnostik der Implantatlockerung dienen. Hierfür sind aktuell die PET- bzw. SPECT-CT zu bevorzugen.
Computertomografie
In der Computertomografie (CT: Schnittbildverfahren; Abb. 4) werden ebenfalls Röntgenstrahlen und Detektoren eingesetzt. Der Unterschied zur Projektionsradiografie ist die Rotation der Röhre und des Detektorsystems in einer festen Verbindung (Gantry) um den Patienten. Ein sog. Fächerstrahl garantiert bei lückenloser Abtastung von kranial nach kaudal eine Volumenerfassung (z-Achse).
Abb. 4
a, b CT-Aufnahme einer Hüftgelenkprothese linksseitig bei einem 76-jährigen Mann mit einem azetabulären Defekt. a Sagittale und b koronare Rekonstruktion
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Es ist aus untersuchungs- und befundungstechnischen Gründen sinnvoll, zwischen diagnostischen (z. B. periprothetischen Frakturen) und/oder operationstaktischen Fragen (z. B. Pfannenboden-Osteophyt, Markraumweite) (Bretschneider und Günther 2015) zu unterscheiden.
Dreidimensionale Volumenrekonstruktionen („surface“, „volume rendering“) sind Einzelfragestellungen (z. B. individuelle Prothesenanfertigung; Arabin 2017) vorbehalten. Entsprechende Untersuchungsprotokolle werden regelhaft von den Prothesenherstellern vorgegeben und sind in den radiologischen Fachabteilungen anwendbar.
Im Rahmen der Erstdiagnostik ist die CT die erweiterte Basisdiagnostik für differenzialdiagnostische und operationstaktische Fragen.
In der postoperativen Verlaufskontrolle erfüllt die CT die Aufgabe der überlagerungsfreien Stellungskontrollen bzw. der Komplikationsdiagnostik (periprothetische Frakturen, septische und aseptische Lockerungen, periprothetische Ostitis und Osteomyelitis).
Kernspintomografie, Magnetresonanztomografie
Die Bildgebung in der Kernspintomografie (MRT) beruht auf einem linearen Magnetfeld (Feldstärke in Tesla). Technische Grundlage der Bildgebung sind in beliebiger Richtung eingestrahlte elektromagnetische Wellen, die die Linearität des Magnetfeldes (Vektorenrichtung der Spins) verändern. Charakteristische Bewegungen der Spin-Vektoren führen in den im Untersuchungsgebiet angelegten Spulen (dezidierte oder Körperspule) zu Signalinduktionen, die in Grauwerten das gewebsspezifische Spin-Verhalten und die Konzentration der Wasserstoffprotonen in z. B. Knochenmark darstellen. In der MRT sind die elektromagnetischen Wellen die „Strahlenquelle“ und die Spulen die „Detektoren“.
Der Knochen wird nicht in seiner ossären Substanz, sondern über das Knochenmark dargestellt. Reguläre Markverhältnisse können von Degenerationsprozessen, Entzündungen, Tumoren oder traumatischen Befunden (Fischer 2014) getrennt werden (Abb. 5).
Abb. 5
a-d MRT des Beckens und der Hüftgelenke. Beidseitige Femurkopfnekrosen, ARCO-Klassifikation (AWMF-Leitlinie: Atraumatische Femurkopfnekrose des Erwachsenen; AWMF-LL 033-050 2019): 50-jähriger Mann mit unklaren Hüftbeschwerden linksseitig, rechts Grad I, links Grad II. a MRT in koronarer Schnittführung, T2w. b MRT in sagittaler Schnittführung, T2w. c MRT in axialer Schnittführung, T1w, post KM fs. d MRT in axialer Schnittführung, T1w, post KM fs
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Nachteil der MRT sind Artefaktbildungen bei Implantaten im Untersuchungsgebiet bzw. potenzielle Anwendungseinschränkungen durch ortsferne metallische Implantate (z. B. Pace-Maker, Medikamentenpumpen etc.). Diese Einschränkungen nehmen mit zunehmender Feldstärke zu, können aber unter Berücksichtigung der Fabrikate und unter ärztlicher Kontrolle (z. B. Pace-Maker-Kontrolle durch Kardiologen; Sommer et al. 2017) regelhaft gezielt umgangen werden.
Die Kernspintomografie bietet hohe Sensitivität und Spezifität bei Knochen- und Weichteilerkrankungen.
Sonografie
Die Sonografie bedient sich ebenfalls einer Sende- und Detektoreinheit bei der Patientenuntersuchung.
Das technische Grundprinzip ist die Nutzung von Impedanzunterschieden an Gewebegrenzflächen. Der Schallkopf des Ultraschallgerätes sendet und empfängt im Wechsel Ultraschallwellen und generiert aus den Frequenzverschiebungen (z. B. Sehnenstrukturen versus peritendinöse Flüssigkeit) charakteristische Grauwertbilder. Analog zur CT und MRT werden Schnittbilder erzeugt (Konermann und Gruber 2011).
Wesentlicher Vorteil der Sonografie ist deren Echtzeitdarstellung (Glaser 2008) und die frei wählbare Schnittposition, die befundbezogen genutzt werden kann. Zudem sind Funktionsuntersuchungen möglich (Abb. 6).
Abb. 6
a, b Sonografische Untersuchung eines Patienten mit Weichteilschwellung am Oberschenkel rechtsseitig nach Sturz. a Vertikale und b horizontale Ausdehnung eines extraartikulären Hämatoms
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Die Sonografie erlaubt eine einfache und zeitsparende Untersuchung von Weichteilen.
Nuklearmedizin
Die Nuklearmedizin bedient sich als Strahlenquelle mittels i.v.-Injektion eingebrachter Nuklide, die an Trägersubstanzen (Pharmaka) gekoppelt sind und spezifische Austausch- bzw. Stoffwechselprozesse für ihre Anreicherung in Zielstrukturen nutzen.
In der Osteologie werden z. B. sog. Knochen-Scanner (Tc an Diphosphonat) oder Mark-Scanner (Tc an Mikrokolloiden) eingesetzt. Die Sensitivität ist hoch, die Spezifität hingegen unterschiedlich (AWMF-Leitlinie 2017 Akute und chronische Osteomyelitis langer Röhrenknochen des Erwachsenen; AWMF-LL 012-033 2018).
Als Detektoren kommen „Kameras“ (Szintillationszähler) zum Einsatz, die je nach physikalischer Eigenschaft des Nuklids (Beta- bzw. Gamma-Strahler oder Positronen) aufgebaut sind. Dabei können entweder planare Summenbilder oder mit den Techniken der SPECT bzw. der PET-CT Schnittbilder erstellt werden. Bei diesen Hybridtechniken werden anatomische CT-Scans überlagert und erlauben eine exakte anatomische Zuordnung der Befunde (Abb. 7).
Abb. 7
a-c 18F-NaF-PET/CT bei Zustand nach Hüft-TEP-Implantation rechts, Pfannenwechsel und erneute Beschwerden mit Verdacht auf Lockerung. In der PET/CT erhöhter Knochenstoffwechsel an der Prothesenpfanne rechts was den Verdacht der Pfannenlockerung rechts begründet. a CT der PET/CT in axialer Schnittführung. b PET der PET/CT in axialer Schnittführung. c Fusionierte PET/CT in axialer Schnittführung
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Wenn andere Verfahren, wie z. B. die Zellzahlbestimmung und die Mikrobiologie, nicht eindeutig waren, ist die PET-CT für die Entzündungsdiagnostik bei liegendem Implantat anwendbar. Die PET-Technik stellt das Interface zwischen Implantat und Knochen artefaktfrei im Falle einer entzündlich bedingten Mehranreicherung dar und kann einen Entzündungsherd zudem durch den CT-Overlay exakt anatomisch lokalisieren (Abb. 7). Übertragungen in den OP-Situs sind möglich und erlauben eine im Rahmen der Resektionstherapie hilfreiche anatomische Planimetrie (Ausbreitung der Entzündung, Festlegung des Resektionsausmaßes).
Klassische szintigrafische und arthrografische Verfahren kommen kaum noch zum Einsatz, da liegende Implantate auch für die Arthrografie mit Artefakten behaftet sind und die Szintigrafie regelhaft die aseptische bzw. septische Lockerung nicht unterscheiden kann.
Bei Verdacht auf Implantatentzündungen können mit nuklearmedizinischen Hybridverfahren (PET- bzw. SPECT-CT) wesentliche Zusatzinformationen bei liegendem Implantat gewonnen werden.
Rechtliche Grundlagen und Anforderungen an die Bildgebung
Bei der Anwendung ionisierender Strahlen im Rahmen der Bildgebung gelten umfangreiche gesetzliche Vorschriften:
Das Strahlenschutzgesetz (StrlSchG 2020) und die Strahlenschutzverordnung (StrlSchV 2020) sind aus den bislang unterschiedlichen Geltungsbereichen der Röntgen- und der Strahlenverordnung zusammengeführt worden. Zur rechtssicheren Umsetzung dieser gesetzlichen Vorgaben empfiehlt sich die Erstellung eines Strahlenschutzkonzeptes seitens der Anwender (Strahlenschutzverantwortlicher und -beauftragter, Medizin-Physiker), in dem standortbezogen wesentliche Vorgaben geregelt werden.
Zur Qualitätssicherung liegen umfangreiche Empfehlungen für z. B. die Projektionsradiografie und die Durchleuchtung, sowie für die Wiedergabeeinrichtungen (Monitore) vor. Seitens chirurgischer Anwender sind zudem die Regelungen zu Raum- und Tätigkeitsklassen bei der Bildbetrachtung bzw. Bildbefundung in OP-Sälen zu beachten (DIN 6868-157 2014).
Dokumentationspflichten in der Bildgebung
Rechtfertigende Indikationen (§ 83/3 StrlSchG und § 119 StrlSchV – „Fachkunde“) sind bei intraoperativen Durchleuchtungen vor der Untersuchung in den Patientenunterlagen (KIS) zu dokumentieren. Es sind zudem die sog. Dosisgrenzwerte einzuhalten (StrlSchG 2020; StrlSchV 2020).
Gemäß Strahlenschutzgesetz bilden Bild und Schriftbefund eine Dokumentationseinheit (§ 85 StrlSchG und § 125 StrlSchV). Dies gilt auch für die intraoperative Bildgebung. Eine Befundung im Rahmen des OP-Berichtes ist ausreichend (StrlSchG 2020; StrlSchV 2020).
Die organisatorische Umsetzung gesetzlicher Vorgaben zur Anzeige und Aufzeichnung von Strahlenexpositionen empfiehlt sich im Rahmen des Strahlenschutzkonzeptes.
Dokumentationsunterlagen sind nach Datenschutzvorgaben Eigentum des Patienten (Nullmeier 2019) und Art. 4/1 der Europäischen Datenschutzverordnung (Europäischen Datenschutzverordnung 2019) und stehen ausschließlich im Rahmen eines geltenden Behandlungsvertrages (Arztkonsultation, Überweisung, Einweisung, Gutachten, Mitbehandlung, Konsiliardienst etc.) dem jeweils aktuell betreuenden ärztlichen Personal zur Einsicht zur Verfügung.
Die datenerzeugende Stelle ist für die gesetzliche Archivierung zuständig und muss Bild- und Befunddokumente nachbehandelnden Ärzten in geeigneter Form zeitnah zur Verfügung stellen.
Fallbeispiele
Die Möglichkeiten der bildgebenden Verfahren in der Endoprothetik sollen nachfolgend mit Fallbeispielen illustriert werden (Abb. 8, 9 und 10).
Abb. 8
a, b Röntgen des Hüftgelenks links in 2 Ebenen zur Darstellung einer Koxarthrose mit subtotal aufgebrauchtem Gelenkspalt, ausgeprägter subchondraler Sklerosierung und Geröllzysten sowie osteophytären Anbauten und Deformierung des Femurkopfes. Diagnose: Koxarthrose im Stadium Kellgren III/zusätzliche Weichteilverkalkungen. Nebenbefundlich sind Clip-Material im kleinen Becken, der Zustand nach Netzimplantation, und arteriosklerotische Veränderungen abgebildet. c Röntgenübersicht des Beckens a.-p. d Axiale Aufnahme des rechten Hüftgelenks nach Sturz: periprothetische Fraktur (Vancouver Typ A1) bei einliegender Kurzschaftprothese
Abb. 9
a, b MRT, c axiale bzw. d koronare Rekonstruktion einer CT und e Beckenübersicht eines 58-jährigen Patienten, der wegen Leistenschmerzen und Hüftbeschwerden linksseitig vorstellig wurde. Neben degenerativen Veränderungen mit subchondraler Sklerosierung und azetabulärer Geröllzyste zeigt sich eine diskrete Entrundung des Hüftkopfes links und eine fehlende Taillierung. Diagnose: CAM-Deformität mit Koxarthrose im Stadium Kellgren II (minimale Osteophyten). Mitabgebildet ist eine sog. Planungskugel mit Größenangabe
Abb. 10
a Röntgenaufnahme des Beckens, b a.-p.-Aufnahme der linken Hüfte bei einer 80-jährigen Patientin mit Hüftschmerzen links nach Hüft-TEP beidseits. Mögliches Sturzereignis. In den Röntgenbildern sind keine Auffälligkeiten der Implantate abzugrenzen. Die Patientin klagt weiterhin über erhebliche Schmerzen, so dass eine CT-Untersuchung durchgeführt wurde. c, d, e Die CT-Untersuchung zeigte eine nichtdislozierte, spiralförmig-verlaufende periprothetische Fraktur im Schaftbereich der Hüftprothese links
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Tipp Die Erfassung anatomischer und pathologischer Kriterien, sowie differenzialdiagnostische Befundabklärungen sind mit der Projektionsradiografie möglich (Abb. 8a, b).
Tipp Zielsetzung von Verlaufskontrollen ist unter anderem die Erfassung etwaiger Komplikationen. Gegebenenfalls ist bei „leerem Röntgenbild“, jedoch nachweisbarem klinischem Befund die „multimodale Bildgebung“ erforderlich (Abb. 8c, d).
Tipp Mit Hilfe multimodaler Bildgebung (Röntgen, CT und MR) sind weitergehende differenzialdiagnostische Befundabklärungen möglich. Dies sollte bei unklarem alleinigem Röntgenbild grundsätzlich und zeitnah erfolgen (Abb. 9)
Tipp „Leeres Röntgenbild“ – multimodale Bildgebung (Abb. 10a, b).
Tipp Anamnese und klinische Untersuchung weisen den Weg (Abb. 10c-e).
Fazit für die Praxis
Der Bildgebung kommt im Rahmen der Endoprothetik eine wesentliche Bedeutung zu. Die klinische Fragestellung triggert die Auswahl des bildgebenden Verfahrens und die zielführende Befundung. Messmethoden sind beim Einsatz der Projektionsradiografie unter Berücksichtigung (Kalibrierung mit Vergleichskörpern) geometrischer Größenveränderungen vorzunehmen. Beim Einsatz ionisierender Strahlung (Cave: Durchleuchtung im OP-Saal) gelten umfangreiche rechtliche Vorgaben und Dokumentationspflichten.
Literatur
Arabin F (2017) Individuelle Prothesenpräparation. Inaugural-Dissertation, Marburg
