Introduction: Both navigation systems and robotics enable greater precision in the implantation of an artificial knee joint. However, they do not improve clinical outcomes. We hypothesized that although implantation of a total knee arthroplasty results in reconstruction of the alignment in the coronal plane, the variable rotational tibial and variable translational femoral and tibial component positioning lead to a change in the remaining alignment parameters of the lower extremity. However, these parameters could be determined using a navigation system or robot and could represent future implications for these systems.
Methods: The kinematics and the position between femur and tibia before and after implantation of a total knee arthroplasty were determined using a navigation system in nine healthy knee joints of Thiel-fixed whole-body cadavers.
Results: After arthroplasty, there was no change in the natural coronal alignment. In extension and the early degrees of flexion, the rotational position of the femur relative to the tibia was altered. This also led to a change in the positioning of the medial and lateral epicondyle in relation to the tibia; while both epicondyles were positioned more laterally in relation to the tibia after arthroplasty, the lateral epicondyle was significantly more lateral in relation to the tibia up to 20° of flexion.
Discussion: Following arthroplasty of a knee joint using the established technique, a good reconstruction of the coronal alignment was achieved with simultaneous changes in the alignment in both the rotational and translational directions between the femur and tibia. Using navigation as well as robotics, we would be able to quantify all alignment parameters and could achieve an alignment of the components or a reconstruction of the overall alignment in all six degrees of freedom. We might also be able to achieve a clinical advantage or increase the service life even further.
Zusammenfassung: EINLEITUNG: Sowohl Navigationssysteme als auch die Robotik ermöglichen eine höhere Präzision bei der Implantation eines künstlichen Kniegelenkes. Eine Verbesserung der klinischen Ergebnisse kann dadurch aber nicht erreicht werden. Wir stellten die Hypothese auf, dass es im Rahmen der Implantation einer Knietotalendoprothese zwar zur Rekonstruktion des Alignments in der Koronarebene kommt, durch die variable rotatorische Tibia- sowie variable translatorische Femur- und Tibiakomponentenpositionierung zu einer Veränderung der restlichen Alignmentparameter der unteren Extremität kommt. Diese Parameter könnten jedoch mittels Navigationssystem oder Roboter bestimmt werden und könnten zukünftige Implikationen für diese Systeme darstellen.
Methoden: In 9 gesunden Kniegelenken von fixierten Ganzkörperleichen nach Thiel erfolgte die Bestimmung der Kinematik (Rollback bzw. tibiale Innenrotation sowie tibiale Ab‑/Adduktion) und der Stellung zwischen Femur bzw. Epikondylen und Tibia vor und nach Implantation einer Knietotalendoprothese zwischen 0 und 90° Beugung mithilfe eines Navigationssystems (Knee 2.6, Fa. Brainlab, München, Deutschland).
Ergebnisse: Nach endoprothetischer Versorgung kam es zu keiner Veränderung des natürlichen koronaren Alignment. In Streckung und den frühen Beugegraden zeigte sich die Rotationsstellung des Femurs gegenüber der Tibia verändert. Dies führte auch zu einer veränderten Positionierung des Epicondylus medialis und lateralis in Relation zur Tibia: Während beide Epikondylen nach endoprothetischer Versorgung in Relation zur Tibia lateraler positioniert waren, war der Epicondylus lateralis bis 20° Beugung signifikant dorsaler gelegen.
Diskussion: Nach endoprothetischer Versorgung eines Kniegelenkes in etablierter Technik kam es zu einer guten Rekonstruktion des koronaren Alignments bei gleichzeitiger Veränderung des Alignments sowohl in rotatorischer als auch translatorischer Richtung zwischen Femur und Tibia. Mittels Navigation aber auch Robotik wären wir in der Lage, sämtliche Alignmentparameter zu quantifizieren und könnten eine Ausrichtung der Komponenten bzw. eine Rekonstruktion des Gesamtalignments in allen sechs Freiheitsgraden erzielen. Womöglich wären wir dadurch in der Lage, auch einen klinischen Vorteil zu erzielen bzw. es könnten die Standzeiten noch weiter erhöht werden.
Keywords: Knee joint; Lower limb; Robot-assisted surgery; Surgical navigation systems; Total knee replacement.
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