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«Bestimmung der radio-ulnaren Inkongruenz bei Hunden mit Ellbogengelenksdysplasie anhand von 3D-Rekonstruktionen Inaugural-Dissertation zur Erlangung ...»

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Aus der

Klinik für Kleintiere

der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig

Bestimmung der radio-ulnaren Inkongruenz bei Hunden mit Ellbogengelenksdysplasie anhand von 3D-Rekonstruktionen

Inaugural-Dissertation

zur Erlangung des Grades eines

Doctor medicinae veterinariae (Dr. med. vet.)

durch die Veterinärmedizinische Fakultät

der Universität Leipzig

eingereicht von

Hamdi Mohammed Eljack

aus Bahri (Sudan)

Leipzig, 2015

Mit der Genehmigung der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig Dekan: Prof. Dr. Manfred Coenen Betreuer: Prof. Dr. Peter Böttcher Gutachter: Prof. Dr. Peter Böttcher, Klinik für Kleintiere, Veterinärmedizinische Fakultät, Universität Leipzig Prof. Dr. Andrea Meyer-Lindenberg, Zentrum für Klinische Tiermedizin, Chirurgische u. Gynäkologische Kleintierklinik, Ludwig Maximilians-Universität München Tag der Verteidigung: 03.11.2015 Meinen Eltern, Meiner Frau und meiner Tochter Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG 1 2 PUBLIKATIONEN 3

2.1 Sensitivity and specificity of 3D models of the radioulnar joint cup in combination with a sphere fitted to the ulnar trochlear notch for estimation of radioulnar incongruence in vitro 3

2.2 Relationship between axial radio-ulnar incongruence with cartilage damage in dogs with medial coronoid disease 16 3 DISKUSSION 32 4 ZUSAMMENFASSUNG 36 5 SUMMARY 38 6 LITERATURVERZEICHNIS 40 Abkürzungsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis aRUI axiale radio-ulnare Inkongruenz BW Body Weight CT Computertomographie DOR Diagnostisches Quotenverhältnis ED Ellbogengelenksdysplasie ICC Intraklassen-Korrelationskoeffizient Fragmentierter Processus coronoideus medialis ulnae FPC Isolierter Processus anconaeus IPA MCD Medial Coronoid Disease Processus coronoideus medialis ulnae MPC OCD Osteochondrosis dissecans RUI Radio-ulnare Inkongruenz SD StandardabweichungDPUO Dynamische Proximale Ulna Osteotomie

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1 Einleitung Das Ellbogengelenk des Hundes ist ein komplexes Gelenk, welches sich aus Humerus, Radius und Ulna zusammensetzt. Die häufigsten klinischen Ausprägungen der Ellbogengelenksdysplasie (ED) bei jungen schnellwüchsigen Rassen sind der isolierte Processus anconaeus (IPA), der fragmentierte Processus coronoideus medialis ulnae (FPC) und die Osteochondrosis dissecans (OCD) (WIND 1986, KIRBERGER und FOURIE 1998, MORGAN et al. 1999). Die Ellbogengelenksinkongruenz ist eine weitere Form der ED (WIND 1986, KIRBERGER und FOURIE1998, BRUNNBERG et al. 1999, COLLINS et al. 2001, GIELEN et al. 2001, PRESTON et al. 2001, MASON et al. 2002), welche zu degenerativen Gelenkerkrankungen und Lahmheiten führen kann (WIND 1986, PRESTON et al. 2001, MASON et al. 2002, SJÖSTRÖM et al. 1995, MORGAN et al. 1999).

Die radio-ulnare Inkongruenz (RUI), hauptsächlich in Form der positiven RUI mit einem kürzeren Radius in Relation zur Ulna, wurde als eine mögliche Ursache der mechanischen Überlastung im medialen Gelenkkompartiment beschrieben (SA-MOY et al. 2006, GEMMILL und CLEMENTS 2007), wodurch es zum FPC und im fortgeschrittenen Stadium dem medialen Kompartiment-Syndrom kommen kann.

Letzteres ist durch Abrieb des Gelenkknorpels am medialen Processus coronoideus und an der Trochlea humeri gekennzeichnet (DANIELSON et al. 2006, KRAMER et al. 2006). Das "Traditional Linear Model" der RUI, mit einer relativen radialen Verkürzung erklärt allerdings die Koexistenz von FPC und IPA im selben Gelenk nicht (MEYER-LINDENBERG et al. 2006), weil der IPA im Verdacht steht, sich auf Grund einer relativen ulnaren Verkürzung (negativer RUI) gegenüber dem Radius zu entwickeln (SJÖSTRÖM et al.1995).

Das "Angular-Vector Model" ist eine Erweiterung des "Traditional Linear Model", in dem sowohl eine kurze Ulna (negative RUI) und ein kurzer Radius (positive RUI) zur mechanischen Überlastung des medialen Kompartiments, insbesondere des Processus coronoideus medialis ulnae führen (LOZIER 2006). Bisher gibt es keine Belege, dass eine negative RUI zu entsprechenden mechanischen Schäden im medialen Gelenkabschnitt führt, und es ist nichts über die Inzidenz einer negativen RUI im Zusammenhang mit Koronoiderkrankungen bekannt.

In der Literatur sind bisher zahlreiche radiologische Techniken zur Diagnose einer Ellbogengelenksinkongruenz beschrieben (BLOND et al. 2005, SAMOY et al.

Einleitung

2006). Allerdings erfolgt die Beurteilung oftmals subjektiv und die Genauigkeit bei der Bestimmung kleiner Stufen (≤ 2 mm) ist ungenügend (MASON et al. 2002). In der klinischen Praxis hat sich die Computertomographie (CT) als Standard für die Messung der RUI etabliert, wobei der CT eine geringe Spezifität attestiert wird (WAGNER et al. 2007). Zudem konnte zwischen der in reformatierten CT-Bildern gemessenen RUI und dem Ausmaß an Knorpelschäden im medialen Kompartiment kein eindeutiger Zusammenhang festgestellt werden. Ein Umstand der in Folge von Messungenauigkeiten bei der RUI-Bestimmung zu erklären wäre, oder mit dem Fehlen eines biologischen Zusammenhanges zwischen RUI und Gelenkpathologie (KRAMER et al. 2006). Das im Moment sensitivste und spezifischste Diagnostikum ist die Arthroskopie (WAGNER et al. 2007, WERNER at al. 2009). Diese ist aber invasiv, stark von der Erfahrung des Operateurs abhängig und bisher nur in vitro evaluiert. Klinsche Studien zur arthoskopischen Bestimmung der RUI fehlen in der Literatur.





Die dreidimensionale (3D) Darstellung der radioulnaren Gelenkpfanne basierend auf transversalen CT-Bildern des Ellenbogens, ermöglicht die ungehinderte visuelle Beurteilung der radio-ulnaren Konformation, sowie die semiquantitative Abschätzung der vorliegenden positiven wie auch negativen Stufe (BÖTTCHER et al. 2009).

Allerdings ist die Technik mit einer Sensitivität von 0,86 und einer Spezifität von 0,77 für die klinische Anwendung immer noch zu ungenau, da eine hohe Zahl falsch positiver Diagnosen zu erwarten ist.

Ziel der vorliegenden Studie war es, die 3D-Technik zur Bestimmung einer RUI in ihrer Genauigkeit zu verbessern und mit Hilfe der verbesserten Technik die Beziehung zwischen der Form und Ausprägung einer vorliegenden RUI und dem Grad an artikulärem Schaden im medialen Kompartiment zu untersuchen.

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2 Publikationen

2.1 Sensitivity and specificity of 3D models of the radioulnar joint cup in combination with a sphere fitted to the ulnar trochlear notch for estimation of radioulnar incongruence in vitro Hamdi Eljack, BVM, Hinnerk Werner, DVM, Dr. med. vet., and Peter Böttcher, DVM, Prof. Dr. med. vet., Diplomate ECVS Veterinary Surgery 2013; 42(4): 365-370.

Objective: To determine the sensitivity and specificity of estimation of radioulnar incongruence (RUI) by use of 3-dimensional (3D) image renderings in combination with a sphere fitted to the ulnar trochlear notch.

Study Design: In vitro study.

Sample Population: Right forelimbs (n = 8) of canine cadavers weighing 20 kg Methods: CT based 3D models (n = 63) of the radioulnar joint cup with different states of RUI were used. A sphere was fitted to the trochlear notch of each of the models and 2 independent observers estimated RUI based on the relation of the sphere and the radial joint surface blinded to the true state of RUI at 1 mm precisely (-2 mm to + 2 mm).

Results: Mean sensitivity and specificity for detecting any form of incongruent joint was 0.94 and 0.89, respectively. Evaluating a positive step (short radius) versus a congruent joint resulted in a mean sensitivity and specificity of 0.89 and 0.96, respectively. A negative RUI (short ulna) was diagnosed with a mean sensitivity and specificity of 1.00 and 0.92, respectively. Intra-class-correlation coefficient for interobserver agreement was 0.99.

Conclusions: Fitting a sphere to the ulnar trochlea notch significantly improves diagnostic accuracy of 3D models of the radioulnar joint cup when diagnosing RUI.

–  –  –

Introduction The canine elbow joint is a complex joint formed by the distal aspect of the humerus and the proximal aspects of the radius and ulna. Elbow incongruence refers to a mal-alignment of these 3 bones within the joint,1-8 representing 1 type of elbow dysplasia (ED), resulting in degenerative joint disease and lameness.1,7-10 The most recognized clinical presentations of ED are ununited anconeal process (UAP), fragmented medial coronoid process (FCP) and osteochondrosis dissecans (OCD) of the medial part of the humeral condyle, occurring most frequently in juvenile, large breed dogs.1,2,10 Radioulnar incongruence (RUI) is a multifactorial process,11-15 in which a step formation within the radioulnar joint cup may lead to mechanical overload of the medial compartment of the joint,14,15 potentially inducing fragmentation of the medial coronoid process and in advanced stages medial compartment syndrome, which is characterized by abrasion of joint cartilage at the medial coronoid process and the humeral trochlea.13,16 Depending whether the step formation is the result of an ulnar joint surface being more proximal than the radial head or the reverse, were the radial head surmounts the ulnar joint surface, 2 hypotheses, explaining the mechanism of mechanical overload and subsequent FCP formation or medial compartment syndrome, have been proposed. The "Traditional Linear Model" is characterized by a relative radial shortening or ulnar lengthening, both resulting in positive RUI, 1 where the positive step formation at the level of the radioulnar joint surface results in focal pressure accumulation at the medial coronoid process and opposing humeral trochlea. This model however fails to explain the coexistence of FCP and UAP in the same joint,17 because UAP is thought to develop because of relative shortening of the ulna (negative RUI) compared to the radius.9 The "Angular-Vector Model" is an extension of the “Traditional Linear Model”, in which both a short ulna (negative RUI) or short radius (positive RUI) lead to mechanical overloading of the medial compartment particularly the medial coronoid process and the humeral trochlea. 18 The biomechanical concept for the short radius (positive RUI) is identical to the one of the "Traditional Linear Model"; however, with the “Angular-Vector Model” relative overgrowth of the radius (negative RUI; short ulna) is believed to increase intraarticular pressure within the medial joint compartment by pushing against the lateral aspect of the humeral condyle. Because the humeral condyle is in contact with the anconeal

Publikationen

process, any pressure from the radial head will result in a rotatory moment with the anconeal process as pivot point, rotating the medial aspect of the humeral condyle distally, and therefore increasing the pressure at the medial coronoid process.

Several radiographic features to diagnose elbow incongruity have been described,12,15 but the 'scoring' of incongruity is still subjective and doesn’t allow for precise quantitative measurement of RUI, especially when considering small steps (1

- 2 mm).8 In clinical practice, computed tomography (CT) has been accepted as reference standard for the measurement of RUI, but has recently been reported to be of low specificity.19 Arthroscopic grading of RUI has been proven to be the most accurate modality so far,19,20 but it is invasive and operator dependent, limiting its broad application in the diagnosis of RUI. 3D-renderings of the radioulnar joint surface, based on transverse CT images of the elbow, allow for unobstructed inspection of the radioulnar transition and semi-quantitative estimation of both negative and positive RUI.21 However, with a reported sensitivity of 0.86 and a specificity of 0.77, 21 clinical application of this technique would still result in a significant number of false positive and false negative diagnoses. The reason for the limited specificity of the 3D models in the diagnosis of RUI may be based on the fact, that even in perfectly congruent joints a radioulnar step is visible on 3D models of the subchondral joint surface, to some point pretending a true, pathological RUI.

Our purpose is to extend the 3D model technique by fitting a sphere to the trochlear notch of the ulna, resulting in a visual aid for the observer when appreciating the continuity of the radioulnar joint cup and thereby improving the accuracy of RUI estimation.



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