Orthopädische und radiologische Gesichtspunkte für die computertomografische Bestimmung von Pfannenanteversion und Schenkelhalsantetorsion

© Prof. Dr. med. Dietrich Tönnis, Dr. H. J. Skamel (Institut für Strahlendiagnostik der Städtischen Kliniken Dortmund [Direktor: Prof. Dr. K. Mathias])

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Einleitung

Die Computertomografie hat neue Möglichkeiten für die Beurteilung von Antetorsion und Anteversion eröffnet. Zur Beurteilung des Hüftgelenkes und seiner Messwerte stand zunächst nur die ap-Aufnahme des Beckens zur Verfügung. Sie erfasst die seitliche Überdachung des Hüftkopfes und seine Zentrierung an den medialen Pfannenboden. Später kam die seitliche sog. Faux-Profil-Aufnahme nach Lequesne und de Seze (1) hinzu. Sie zeigt die vordere Überdachung des Hüftkopfes und seine Zentrierung gegen die Hinterwand der Pfanne und ihren Unterrand. Außerdem erlaubt sie bereits eine qualitative Aussage über die Antetorsion.

Die Computertomografie liefert darüber hinaus die dritte Ebene, die Horizontale, in der die Antetorsion des Schenkelhalses und die Anteversion der Pfanne exakt gemessen werden können. Als Normwerte bezogen auf Schmerzfreiheit und freie Beweglichkeit wurden Werte zwischen 15 - 20° ermittelt (2,3,4).

Klinische Aspekte

Die Orthopädie hat sich bisher nur mit der erhöhten Antetorsion (AT) des Femurs befaßt, die bei Kindern durch den innengedrehten Gang auffällt. Sie wurde bisher durch die Röntgenaufnahme nach Rippstein (5) und Müller (6) ermittelt. Eine Reihe von Untersuchungen belegte die spontane Besserung der erhöhten AT bis zum Wachstumsabschluss. Die Frage, ob eine erhöhte AT zur Arthrose führt, wurde bisher nicht einheitlich beantwortet. Durch neuere Auswertungen von Computertomografien an 356 Hüftgelenken von 181 Patienten mit und ohne Beschwerden konnten wir in den letzten Jahren zeigen, dass die verringerte AT des Femurs sehr häufig ist und in etwas geringerem Maße auch die Anteversion (AV) der Pfanne (2,3,4). AV und AT können sich kompensieren in ihren klinischen Auswirkungen, wenn eine von ihnen verringerte Werte, die andere erhöhte Werte aufweist. Umgekehrt werden sich die Folgen verstärken, wenn die beiden Torsionswerte gegen 0° oder ins Negative gehen. Die Torsion des Femurs gibt dabei den stärkeren Ausschlag.

Es ließ sich nachweisen, dass bei verringerten Torsionswerten die Innenrotation des Hüftgelenkes verringert ist und die Außenrotation verstärkt, oft auf das Doppelte. Eine signifikante Korrelation besteht auch zum Auftreten von Schmerz und Arthrose, beginnend mit Beschwerden bei einzelnen Kindern ab 10 Jahren (7,8,9) und bei einem Großteil der Patienten auch schon zwischen 20 und 30 Jahren (3,4).

Kompensatorisch kann sich im Wachstumsalter bei erhöhter AT durch die verstärkte Knieinnenrotation eine Außentorsion der Tibia entwickeln und bei verringerter Antetorsion durch die Außenrotation des Kniegelenkes eine Innentorsion der Tibia. Das wird klinisch deutlich, wenn die Füße bei der CT in Bauchlage parallel gelagert werden.

Diese Torsionsanomalien dürften lagebedingt schon im Uterus auftreten, wie sich aus verschiedenen Arbeiten ablesen läßt (10, 11, 12). Sie bessern sich zum Teil während des Wachstums. Ein erheblicher Anteil bleibt aber bestehen. Wenn diese Deformitäten bisher nicht entdeckt oder beachtet wurden, dann deshalb, weil sie auf dem Röntgenübersichtsbild des Beckens nicht oder nur indirekt auffallen und die Veränderungen der Hüftgelenksrotation wohl auch bisher nicht entsprechend gewichtet wurden.

Eine verringerte Anteversion der Pfanne und Antetorsion des Fernurs kommen nicht nur für sich angeboren, sondern auch bei verschiedenen Deformitäten des Hüftgelenks vor (3,4). Als Grad 1 (Normwert) ermittelten wir nach Schmerzfreiheit und ausgeglichener Beweglichkeit 15 - 20° für AV und AT und bezeichneten verringerte Werte von 10 - 14° als Grad -2 und Werte kleiner als 10° als Grad -3. Für die erhöhten Werte wurden 21 - 25° als Grad +2 und für > 25° als Grad +3 eingeführt (Tab. 1).

(Tab. 1) Abweichgrade zu geringer und zu hoher Pfannenanteversion und Schenkelhalstorsion mit vermutetem Normalbereich

Grad -3	< 10°	stark verringerte AV und AT
Grad -2	10 -14°	mäßige Verringerung
Grad 1	15 - 20°	vermuteter Normalbereich
Grad +2	21 - 25°	leicht erhöhte AV und AT
Grad +3	> 25°	starke Erhöhung

Bei der Epiphysiolysis capitis femoris maßen wir bei leichteren und auch subklinischen Formen in 77,4 % der Gelenke für die AT den Grad -3 und für die AV in 27 %. Bei Coxa vara, die meist angeboren ist, waren es bei der AT ebenfalls 76,9% die Grad -3 aufwiesen, bei der AV allerdings nur 5,1 %. Bemerkenswert ist, dass man auch bei der Coxa valga, bei der meist eine erhöhte AT angenommen wird, sich auch in 33,3 % eine verringerte AT von Grad -3 fand und eine AV in 28,6 %. Selbst bei Hüftdysplasie, bei der meist eine erhöhte AT angenommen wird, und bei tiefer Pfanne (CE-Winkel 39 - 44°), kam der Grad -3 AT in 59 % bzw. 61 % vor und für die AV in 29 % bzw. 25 %.

Mc Kibbin, der sich mit der Instabilität eines Hüftgelenkes bei erhöhter AV und AT befaßte, addierte die Winkel der beiden Größen zu einem "lnstabilitätsindex" (13). Werte ab 60° sprachen für die Instabilität eines Gelenkes.

In Tab. 2 ist die Summation auch der niedrigen AV- und AT-Werte mit eingeführt, ihnen auch die entsprechende Graduierung zugeteilt und die Prozentsätze in unserem Krankengut ermittelt. Hier ist bemerkenswert, dass nur in 14,1 % erhöhte Torsionswerte vorlagen, erniedrigte dagegen in 62,4 %. Im Normbereich 30 bis 40 lagen Gelenke, bei denen entweder AT und AV normal waren oder einer von ihnen erhöht und einer erniedrigt. Dieses starke Überwiegen von schmerzhaften Gelenken mit erniedrigter AV und AT zeigt die Bedeutung, die dieser bisher noch wenig bekannten Deformität zugemessen werden muss. Hieraus resultiert der hohe klinische Stellenwert der computertomografischen Bestimmung der AV und AT.

(Tab. 2) Einteilung und Prozentsätze der Abweichgrade des Instabilitätsindexes nach McKibbin (n=290)

Instabilitätsindex (AV + AT)		Prozentsätze
< 20	(Grad -3)	37,9
20 - < 30	(Grad -2)	24,5
30 - 40	(Grad 1)	23,5
> 40 - 50	(Grad +2)	8,6
> 50	(Grad +3)	5,5

Bisher wurden arthrotische Gelenke mit und ohne Hüftdysplasie bei jüngeren Menschen durch Varisierungsosteotomie behandelt, bei älteren durch Totalendoprothesen des Hüftgelenks. Wir gingen allerdings schon früh dazu über, bei Gelenken mit ?“Außenrotationskontrakturen" eine Innenrotation des Femurs unterhalb der intertrochantären Durchtrennungslinie durchzuführen, um das Knie wieder in Mittelstellung zu bringen. Auffällig war, dass diese Gelenke in sehr viel höherem Maße im Schmerz gebessert wurden (14), bis sich herausstellte, dass beim Fehlen der Antetorsion eine wirklich kausale Behandlung vorgenommen wurde - die Erhöhung der Antetorsion des Femurs auf normale Werte. Das ist orthopädisches Ziel, möglichst noch vor Auftreten einer Arthrose. Die Umstellung des operativen Vorgehens verbesserte nachhaltig die Langzeitergebnisse. Die verringerte Pfannenanteversion, wenn sie stark erniedrigt ist, läßt sich nach einer sogenannten Dreifachen Beckenosteotomie, kurz Dreifachosteotomie, auch auf Normalwerte korrigieren.

Dieser Eingriff wird seit 1976 bei ausgeprägten Hüftdysplasien im Adoleszenten- und Erwachsenenalter häufig durchgeführt (15-19). Mit weiterem Bekanntwerden dieser Torsionsanomalien des Hüftgelenkes wird sich auch ihre Behandlung durch Rotationsosteotomie des Fernurs und in Extremfällen auch durch Dreifachosteotomie in spezialisierten Kliniken durchsetzen. Radiologen, die Anteversion und Antetorsion computertomografisch bestimmen, sollten sich daher mit der richtigen Technik vertraut machen. Es gibt dafür bestimmte Erfordernisse und auch Fehlerquellen, die uns bei der Auswertung unseres Krankengutes aufgefallen sind. Der Operateur muss sich auf genaue Werte verlassen, auch, wenn die Rotationsmaße des Hüftgelenkes am Ende der Operation zur Prüfung mit herangezogen werden. Dies ist der Sinn des vorliegenden Beitrages.

Computertomografie

Lagerung

Das CT sollte in Bauchlage angefertigt werden. Visser sowie Anda et al. (20, 21) haben festgestellt, dass sich bei verstärkter Kippung des Beckens (nach ventral) die Anteversion verringert projeziert und bei Beckenaufrichtung verstärkt. Die anatomische Stellung ist gegeben, wenn in Bauchlage die ventralen Spitzen des Beckenkammes und die Symphyse gleichmässig aufliegen. Die Bauchlage standardisiert die Beckenkippung. Unter das obere Sprunggelenk wird eine weiche Unterstützung gelegt. Die Füße liegen dann parallel zueinander und werden gegebenenfalls fixiert.

Computertomografisch muss der Bereich vom Pfannendach bis zum Trochanter minor erfasst werden. Wenn das Becken auf einer Seite höher oder tiefer liegt, kann der Seitenvergleich nicht in gleicher Schnitthöhe erfolgen (Abb.1). Deshalb muss vor Beginn der Untersuchung geprüft werden, ob das Becken auf beiden Seiten gleich hoch positioniert ist.

 

CT- Parameter

Die Untersuchung sollte heute mit einem Spiral-CT durchgeführt werden. Bei Einschicht-Spiral-Scannern empfiehlt sich eine Schichtdicke von 3 mm, ein Tischvorschub von 5 mm und ein Rekonstruktionsincrement von 3 mm. Dieser kontinuierliche Datensatz ermöglicht zum einen die exakte Wahl einer messrelevanten Schicht, zum anderen ist er Basis einer dreidimensionalen Rekonstruktion.

Bei der Verwendung eines Mehrzeilen-Spiral-CT kann die primäre Schichtdicke auf 2,5 mm reduziert werden, wobei dann eine um 50 % überlappende axiale Reformation durchgeführt wird. Hierdurch gelingt eine stufenartefaktfreie multiplanare Reformation bzw. qualitativ hochwertige 3D-Rekonstruktion. Die Erfassung der Kondylenebene erfolgt mit den gleichen Scanparametern, wobei hier prinzipiell eine Schichtdicke von 3 bis 4 mm ausreichend ist. Eine überlappende sekundäre Reformation erscheint nicht nötig, da keine 3D-Darstellungen erforderlich sind.

Da prinzipiell nur knöcherne Strukturen darzustellen sind, sollten die mAs- und kV-Werte so niedrig wie möglich gewählt werden. Dies ist insbesondere deswegen von Bedeutung, weil es sich bei den Patienten überwiegend um Frauen im gebärfähigen Alter handelt. Systematische Studien zur Durchführung der Untersuchung als sog. low-dose-CT liegen zur Zeit noch nicht vor.

Bestimmung der Antetorsion

Femurkondylen- Tangente

Die Antetorsion des Fernurs wird zwischen der Schenkelhalsachse und der Kniegelenksachse gemessen. Da das Kniegelenk durch die unterschiedlichen Radien der Kondylen von ventral nach dorsal eine "wandernde Achse" hat, sollte die Tangente in einem Summationsbild an den dorsalen Kondylen angelegt werden. Hierfür werden für jedes Knie separat mindestens vier Schichten addiert, so dass ein mehr als 15 mm dicker Schichtstapel resultiert.

Bei vielen Patienten ist es jedoch nötig, mehr als vier axiale Schichten zu summieren, wobei die harmonische und vollständige Darstellung der dorsalen Kondylen bei der Arbeit an der Workstation leicht visuell überprüft und somit der Schichtstapel korrigiert werden kann.

Die Femurkondylen-Tagente wird für jedes Knie gegenüber der Horizontalen als Referenzlinie eingezeichnet und dokumentiert (Abb. 2).

 

Schenkelhalsachse

Die Schenkelhalsachse, die zweite Achse zur Bestimmung der Antetorsion, muss exakt durch den Mittelpunkt des Hüftkopfes und die Mitte des Schenkelhalses gelegt werden. Als Referenzlinie wird die Horizontale bzw. Frontalebene gewählt. Hierzu dient wieder ein Schichtstapel, welcher vom Oberrand des Hüftkopfes bis zum Trochanter minor am unteren Ende des Schenkelhalses als Summationsbild dargestellt wird. Der Schenkelhals sollte auf diesem eine durchgehende Breite haben (Abb. 3).

 

Die Berücksichtigung dieses gesamten Bereiches ist nötig, weil der Schenkelhals an seiner Oberkante eine tiefe Grube, die fossa trochanterica, besitzt, in der die Sehnen von vier kleinen Außenrotatoren ansetzen (Abb. 4).

 

Würde lediglich der kraniale Abschnitt des Schenkelhalses zur Messung herangezogen, resultierte eine zu weit ventral angelegte Schenkelhalsachse und damit ein falsch zu niedriger Antetorsionswinkel. Der gemessene Winkel entspräche nicht der mechanischen Achse des Schenkelhalses. Außerdem werden die Unterschiede zwischen steilen und weniger steilen Schenkelhälsen teilweise korrigiert. Trotzdem gelingt bei sehr steilen Schenkelhälsen, die im Summationsbild stark verkürzt erscheinen, die exakte Achsenbestimmung nicht, welches bei der Beurteilung der Meßergebnisse bedacht werden muss.

Die Schenkelhalsachse sollte eine Linie darstellen, welche von der mechanischen Mitte des seitlichen Schenkelhalses zum exakt gemessenen Zentrum des Hüftkopfes zieht (Abb. 3, 5).

 

Berechnung der Antetorsion

Die Torsion des Femurs wird nicht nur bestimmt durch die Stellung des Schenkelhalses, sondern auch durch die Torsion im Verlauf der Schaftachse. Daher wird die Antetorsion einerseits bestimmt von dem Winkel, der von der Schenkelhalsachse und der Frontalebene gebildet wird, andererseits vom Winkel der Kniegelenksachse, gemessen an der Rückseite der Kondylen.

Die innen- oder außenrotierte Lagerung der Kniegelenke wird verursacht durch eine pathologisch erhöhte oder erniedrigte Antetorsion des Femurs. Bei der Lagerung wird darauf geachtet, dass die Füße in Bauchlage genau nebeneinander liegen sollten. Damit wird vereinfacht die kompensatorische Tibiatorsion mit erfasst. Eine Tibiainnenrotation zeigt sich bei verringerter Antetorsion. Diese Torsionsfehler sind auch diagnostisch aufschlußreich und erklären zusätzliche Knieschmerzen. Bei Außenrotationsstellung des Kniegelenkes muss der Winkel der Femurkondylentangente vom gemessenen Antetorsionswinkel des Schenkelhalses abgezogen werden, bei Innenrotation entsprechend addiert (Abb. 2). Das Resultat ist der korrigierte Antetorsionswinkel.

Bestimmung der Pfannenanteversion

Korrektur der Beckenkippung, Bestimmung der Sagittalebene

Obwohl bei der Lagerung des Patienten beide Beckenkammspitzen (Spinae iliacae ant. sup.) dem CT-Tisch plan aufliegen sollten, lässt sich eine geringe Verkippung gelegentlich nicht vermeiden, insbesondere bei starkem Beckenschiefstand oder vorangegangenen Dreifachosteotomien. Diese Verkippung beeinträchtigt vor allem die Sagittalebene, welche als Referenz zur Bestimmung der Pfannenanteversion dient. Die Sagittalebene kann festgelegt werden, indem zunächst eine Tangente an die dorsalen Knochenspitzen der spinae ischiadicae gelegt und hierzu im rechten Winkel die Sagittalebene eingezeichnet wird. Weil die Beckenhälften unterschiedlich hoch stehen oder verformt sein können, sollte die Sagittale in einem geeigneten Schichtstapel gelegt werden.

Eine objektivere Methode, der wir uns bedienten, definiert die Sagittale genau in der Mitte zwischen beiden Beckenhälften, wobei der Abstand nach lateral an drei Referenzpunkten gemessen wird (Abb. 6).

 

Auf diese Sagittale ist zur Bestimmung der Antetorsion des Femurs eine Senkrechte zu ziehen, welche somit die korrigierte frontale Referenzebene darstellt.

Berechnung der Anteversion

Der Anteversionswinkel der Hüftpfanne wird gemessen zwischen der eben beschriebenen Sagittalebene, angelegt am hinteren Pfannenrand, und einer Tangente an den Vorder- und Hinterrand der Pfanne (Abb.6). Die Messung des Antetorsionswinkels wurde bisher meist in einer Schicht vorgenommen, in welcher der Hüftkopf den größten Durchmesser hat. Dieses Vorgehen entspricht aber nicht mehr den Erfordernissen.. Bei der sequentiellen Durchsicht der Schichtbilder fällt auf, dass sich der vordere Pfannenrand in tieferen Schnitten immer mehr abrundet und zurückzieht und der Hüftkopf nicht mehr einer breiten ventralen Kontaktfläche der Pfanne kongruent anliegt (Abb. 7).

 

Wenn es bei einer sehr geringen Anteversion zu einer Veränderung der Hüftgelenksbeweglichkeit mit einer eingeschränkten Innenrotation und vermehrter Außenrotation kommt, so kann dies nur von Pfannenanteilen verursacht werden, die den Hüftkopf ventral und dorsal weitestgehend umschliessen.

Es kommt hierbei häufig auch zu Schädigungen und Einklemmungen des Labrum acetabulare, einem "Impingement" als Vorstufe der Pfannenknorpelschädigung und späterer Arthrose (23-29). Hieraus resultiert die Forderung, die Messung nur dort vorzunehmen, wo auch der vordere Pfannenanteil dem Hüftkopf noch in einer gewissen, wenn auch nicht vollen Breite, kongruent anliegt (Abb. 8 A-D, 9 A,B).

 

 

 

 

 

 

Diese Schnittebene liegt meist etwas oberhalb der Schicht mit dem größten Durchmesser des Hüftkopfes. Die Auswahl des entsprechenden Schnittes muss sich der Untersucher an den hier gezeigten Abbildungen einprägen, erlernen und üben. Eine untersucher-abhängige Variabilität muß vermieden werden. Kontrollen sind erforderlich.

Diskussion

Die Kenntnis und Diagnostik der Torsionsfehler des Hüftgelenkes, vor allem der erniedrigten Anteversion und Antetorsion, stellt hohe Anforderungen an den Orthopäden und den Radiologen sowie deren interdisziplinäre Zusammenarbeit. Bei Hüftgelenks-schmerzen und beginnnender Arthrose muss der Torsionsfehler in die differentialdiagnostischen Erwägungen einbezogen werden, ebenso wie bei leichten Formen klinisch inapperenter Hüftkopf-Epiphysenlösung mit “pistol-grip-Deformität" und bei coxa vara. Das ap-Röntgenbild ist trotz der Schmerzen oft unauffällig, zeigt keine oder nur eine leichte Dysplasie. Einziges Zeichen kann bei exakt in Mittelstellung positionierten Kniegelenken die laterale Position des Trochanter major sein und die Darstellung der gesamten Schenkelhalslänge in der Aufsicht.

An der Hüftpfanne läßt sich die Anteversion indirekt an der Entfernung zwischen vorderem und hinterem Pfannenrand abschätzen. Auf einer Beckenübersicht sind sie in Pfannenmitte etwa 1 bis 1,5 cm voneinander entfernt, bei verringerter AV überdecken sie sich, bei erhöhter ist der Abstand größer (Abb. 10).

 

Voraussetzung ist allerdings, dass das Becken nicht seitlich gedreht und ventral nicht vermehrt gekippt ist. Das lässt sich an den foramina obturatoria erkennen. Dadurch wird die AV verringert. Durch eine vermehrte Aufrichtung würde die Anteversion erhöht (20, 21).

Wesentlich ist die Prüfung der Innen- und Außenrotation des Hüftgelenkes bei 45° Beugestellung als Mittelwert zwischen Streckung und Beugung des Hüftgelenkes. Bei verringerter AV und AT ist die Innenrotation eingeschränkt, die Außenrotation deutlich verstärkt. Das frühzeitige Erkennen ermöglicht Korrekturosteotomien, eine Rotation des Schenkelhalses und/oder der Hüftpfanne durch Dreifachosteotomie. Die genaue operative Einstellung ist Voraussetzung des Erfolges. Sie erfordert vom Radiologen präoperativ exakte AV- und AT-Werte, vom Operateur dann die entsprechend genaue Korrektur. So kann die frühzeitige Versorgung mit einer Hüftgelenksprothese vermieden werden.

Die computertomografische Bestimmung von Anteversion und Antetorsion ist heute ein wichtiges und exakt durchzuführendes radiologisches Verfahren in der präoperativen Diagnostik von Torsionsfehlern des Hüftgelenkes.

Zusammenfassung

Orthopädische und radiologische Gesichtspunkte für die computertomografische Bestimmung von Pfannenanteversion und Schenkelhalsantetorsion.

In den letzten Jahren ließ sich nachweisen, dass eine Verringerung der Pfannenanteversion (AV) und der Schenkelhalsantetorsion (AT) zu Schmerz und Arthrose führen, vor allem, wenn beide Werte gegen 0° gehen. Da sich diese Fehlstellungen operativ korrigieren lassen, kommt der Winkelbestimmung durch das CT heute grosse Bedeutung zu. Es müssen aber einige neue Anforderungen dafür erfüllt werden.

Die Patienten werden auf den Bauch gelagert, um eine weitgehend gleiche Beckenkippung zu erreichen. Die Füße sind parallel zu lagern und unter dem Sprunggelenk zu unterstützen. Die Antetorsion (AT) wird zwischen der Kniegelenksachse und der Schenkelhalsachse gemessen.

Dazu wird am Knie eine Tangente an die Kniekondylen dorsal angelegt. Am Schenkelhals muss ein Summationsbild der Schnitte hergestelt werden, sonst lässt sich die Achse nicht korrekt einzeichnen. Um eine Sagittal- oder Frontalebene als Bezugsachse zu haben, zeichnet man sich am sichersten eine Mittellinie durch das Becken mit 3 beidseitigen Referenzpunkten. Für die AV - Messung der Pfanne ist eine Schnittebene zu wählen, bei der der Hüftkopf noch einem genügend großen und kongruenten vorderen Pfannenanteil anliegt, denn nur hier wirkt sich die Pfannenfehlstellung auf die Bewegungseinschränkung und als lmpingementfaktor auf das Labrum acetabulare negativ aus.

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