Aus der

Klinik für Kleintiere

der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig

Sensitivität und Spezifität von Arthroskopie und dr eidimensional

rekonstruierten CT-Modellen zur Bestimmung der radi oulnaren Inkongruenz

am kaninen Ellbogengelenk: eine In-vitro-Studie

Inaugural-Dissertation

zur Erlangung des Grades eines

Doctor medicinae veterinariae (Dr. med. vet.)

durch die Veterinärmedizinische Fakultät

der Universität Leipzig

eingereicht von

Hinnerk Bernhard Werner

aus Buchen

Leipzig, 2011

Mit der Genehmigung der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig

Dekan: Prof. Dr. Uwe Truyen

Betreuer: Dr. habil. Peter Böttcher

Gutachter: Dr. habil. Peter Böttcher, Klinik für Kleintiere,

Veterinärmedizinische Fakultät, Universität Leipzig

Dr. habil. Johann Maierl, Lehrstuhl für Tieranatomie,

Tierärztliche Fakultät, Ludwig-Maximilians-Universität München.

Tag der Verteidigung: 07.06.2011

Meiner Familie und meinen Freunden

Inhaltsverzeichnis

I

Inhaltsverzeichnis

1 EINLEITUNG 1

2 LITERATURÜBERSICHT 3

2.1 Anatomie und Biomechanik des Ellbogengelenkes 3

2.2 Ätiologie und Pathogenese der Ellbogengelenksdy splasie 4

2.3 Inkongruenzen des Ellbogengelenkes 5

2.3.1 Definition und Bedeutung 5

2.3.1.1 Humeroulnare Inkongruenz 6

2.3.1.2 Traditionelles Modell der radioulnaren Inkongruenz 6

2.3.1.3 „Angular-Vektor Modell“ der radioulnaren Inkongruenz 7

2.4 Bildgebende Verfahren 8

2.4.1 Radiologische Untersuchung 9

2.4.2 Computertomographie 11

2.4.3 Arthroskopie 13

3 PUBLIKATIONEN 16

3.1 Visual estimation of radioulnar incongruence in dogs using three-

dimensional image rendering: an in vitro study base d on computed

tomographic imaging 16

3.2 Sensitivity and specificity of arthroscopic est imation of positive and

negative radio-ulnar incongruence in dogs: an in vi tro study 40

4 DISKUSSION 58

5 ZUSAMMENFASSUNG 64

6 SUMMARY 66

7 LITERATURVERZEICHNIS 68

Abkürzungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

AVM Angular-Vector-Model

CT Computertomographie

ED Ellbogengelenksdysplasie

ICC Intraklassen-Korrelationskoeffizient

FPC Fragmentierter Processus coronoideus medialis ulnae

IPA Isolierter Processus anconaeus

KI Konfidenzintervall

MPC Processus coronoideus medialis ulnae

OCD Osteochondrosis dissecans

RUI radioulnare Inkongruenz

Einleitung

1

1 Einleitung

Erkrankungen des Ellbogengelenkes und insbesondere die Ellbogengelenks-

dysplasie (ED) sind eine der häufigsten Lahmheitsursachen der Vordergliedmaße bei

jungen Hunden schnellwüchsiger Rassen (KIRBERGER und FOURIE 1998,

JANUTTA et al. 2006). Nach Definition der International Elbow Working Group um-

fasst der Begriff ED eine Gruppe von Erkrankungen, der unter anderem der

fragmentierte Processus coronoideus medialis ulnae (FPC), der isolierte Processus

anconaeus (IPA) und die Osteochondrosis dissecans (OCD) zugeordnet werden

(WIND 1986).

Es handelt sich um ein multifaktorielles Geschehen (VAN RYSSEN und VAN

BREE 1997, BLOND et al. 2005, DANIELSON et al. 2006, SAMOY et al. 2006,

GEMMILL und CLEMENTS 2007), wobei Inkongruenzen der radioulnaren Gelenk-

fläche mit mechanischer Überlastung des medialen Gelenkabschnittes eine Haupt-

rolle zu spielen scheinen (SAMOY et al. 2006, GEMMILL und CLEMENTS 2007).

Bezüglich des Typs der radioulnaren Inkongruenz (RUI) haben sich zwei Modell-

vorstellungen etabliert. Das traditionelle Modell geht von einer relativen Radius-

verkürzung beziehungsweise Ulnaverlängerung aus, die durch ein asynchrones

Längenwachstum beider Knochen hervorgerufen wird (WIND 1986). Die damit ver-

bundene RUI wird als positive radioulnare Stufe bezeichnet und führt durch den

Verlust des radiohumeralen Gelenkschlusses zu der bereits erwähnten bio-

mechanischen Überlastung der medialen Gelenkanteile, insbesondere des

Processus coronoideus medialis ulnae (MPC). In Erweiterung des traditionellen

Modells geht das „Angular-Vector-Model“ von einer rotatorischen Instabilität der

Humeruskondyle aus, wodurch sowohl die Verkürzung des Radius als auch die Ver-

kürzung der Ulna (negative RUI) zu einer Überbelastung des medialen Kompart-

ments und hier vor allem des MPC führen (LOZIER 2006).

Einleitung

2

Klinisch stellt sich die Frage, ob neben der Behandlung der lokalen Gelenk-

schäden (FPC, OCD) weitere Eingriffe, wie z.B. die Radiusverkürzung, beziehungs-

weise –verlängerung oder eine dynamische proximale Ulnaosteotomie sinnvolle

Ergänzungen darstellen. Solche Methoden zielen darauf ab, eine bestehende RUI zu

korrigieren, weshalb es von zentraler Bedeutung ist, den Typ und das Ausmaß einer

möglichen RUI mit hoher Zuverlässigkeit zu diagnostizieren. Bisherige Studien die

sich in-vivo und in-vitro mit Röntgen und Computertomographie (CT) als bildgebende

Verfahren dazu befasst haben, zeigen, dass die Anzahl falsch positiver und negativer

Diagnosen hoch ist (MASON et al. 2002, BLOND et al. 2005, HOLSWORTH et al.

2005, KRAMER et al. 2006). Die Arthroskopie des Ellbogengelenkes erlaubt zumin-

dest in-vitro die präzise Detektion einer positiven RUI (WAGNER et al. 2007), ist aber

gleichzeitig aufgrund der mit ihr verbundenen Invasivität kaum für Screening-

untersuchungen geeignet. Davon unabhängig haben alle bisherigen Untersuchungen

zur RUI nur die traditionelle Modellvorstellung einer relativen Radiusverkürzung

(positive RUI) berücksichtigt. Aussagen zur diagnostischen Sicherheit bezüglich der

Diagnose einer negativen RUI (relative Ulnaverkürzung) liegen nicht vor.

Ziel der vorliegenden Studie war es deshalb die Ellbogengelenksarthroskopie

auch für eine negative RUI zu evaluieren. Zudem sollte in Erweiterung zwei-

dimensionaler CT-Untersuchungen die diagnostische Sicherheit dreidimensionaler

CT basierter Computermodelle des Ellbogengelenkes für beide Formen der RUI

bestimmt werden. Beide Untersuchungen wurden in-vitro anhand eines Stufen-

modells des Ellbogengelenkes durchgeführt.

Literaturübersicht

3

2 Literaturübersicht

2.1 Anatomie und Biomechanik des Ellbogengelenkes

Das Ellbogengelenk ist ein zusammengesetztes Gelenk, das den Oberarm mit

dem Unterarm verbindet (siehe Abb. 1). Hierbei artikulieren die Trochlea humeri und

das Capitulum humeri des Condylus humeri mit den proximalen Enden der Ulna und

des Radius. Zu unterscheiden sind die Articulatio humeroradialis, die Articulatio hu-

meroulnaris und die Articulatio radioulnaris proximalis (NICKEL et al. 1992). Die Ulna

überragt mit dem Olekranon den Radius und bildet proximal das Tuber olecrani. Am

Tuber olecrani befindet sich kranial der Processus anconaeus, von dem aus die

Incisura trochlearis nach distal zieht. Ihre konkave Gelenkfläche artikuliert mit dem

Humerus. Der distale Abschnitt der Incisura trochlearis erweitert sich nach lateral und

medial zu den Kronfortsätzen, dem Processus coronoideus lateralis ulnae und dem

Processus coronoideus medialis ulnae (MPC). Letzterer artikuliert mit dem medialen

Anteil des Condylus humeri, der Trochlea humeri und kann in drei Abschnitte unter-

teilt werden. Kranial befindet sich die Apex, welche über einen mittleren Abschnitt

dann kaudal in den dritten Abschnitt, die Basis, übergeht (GEMMILL et al. 2006,

KRAMER et al. 2006, WAGNER et al. 2007). In der Articulatio radioulnaris proximalis

artikulieren die Circumferentia articularis des Radius mit der Incisura radialis der Ulna

(ELLENBERGER und BAUM 1974). Die Beteiligung verschiedener Gelenkanteile

lässt erahnen, dass eine ungestörte Funktionalität dieses komplexen Gelenkes eine

akkurate Passgenauigkeit der einzelnen Gelenkanteile voraussetzt (SAMOY et al.

2006).

Im Hinblick auf die Biomechanik des Ellbogengelenkes ist eine Kongruenz und

damit die Funktionalität des Scharniergelenkes nur gewährleistet, wenn das

Längenwachstum von Ulna und Radius aufeinander abgestimmt ist. Die Wachstums-

leistung des Radius geht zu 25-40% von der proximalen und zu 60-75% von der

distalen Epiphysenfuge aus (CARRIG und MORGAN 1975). Bei der Ulna bestimmt

Literaturübersicht

4

die distale Epiphysenfuge mit 80-85% das Längenwachstum, die proximale Apo-

physenfuge dient der Ausbildung des Olekranons und hat nur einen geringen Anteil

von 15-20% am Längenwachstum der Ulna (HENSCHEL 1972, FOX et al. 1983,

WEIGEL 1987).

Abbildung 1: Anatomische Darstellung des Ellbogengelenkes

1 Humerus, 2 Radius, 3 Ulna;

2.2 Ätiologie und Pathogenese der Ellbogengelenksd ysplasie

Die Ätiopathogenese der Ellbogengelenksdysplasie (ED) ist bislang noch nicht

restlos geklärt. Eine der Hauptursachen scheinen Inkongruenzen der Gelenkfläche

zu sein, welche zu einer chronischen mechanischen Überlastung des Gelenkes füh-

ren (WIND 1986, OLSSON 1987, DANIELSON et al. 2006, SAMOY et al. 2006,

GEMMILL und CLEMENTS 2007). Der Grad der Inkongruenz kann stark variieren, so

dass unterschiedliche Veränderungen im Ellbogengelenk auftreten. Bei geringer

Inkongruenz werden Veränderungen des Knorpels festgestellt, bei stärkerer

Inkongruenz können knöcherne Veränderungen nachgewiesen werden (WIND und

PACKARD 1986). Das Ausmaß der Veränderungen ist nicht nur abhängig vom Grad

der Ausprägung der Inkongruenz, sondern auch vom Entwicklungsstadium des

Literaturübersicht

5

Ellbogengelenkes zum Zeitpunkt des schädigenden Insultes (OLSSON 1987). Man

geht davon aus, dass multiple Faktoren zur Ausbildung von Inkongruenzen des

EIlbogengelenkes führen können (SAMOY et al. 2006, WAGNER et al. 2007). So

können Wachstumsstörungen des Radius, beziehungsweise der Ulna zu Deformati-

onen sowohl des Unterarms als auch der angrenzenden Gelenke führen

(SJOSTROM et al. 1995). Diese Störungen können durch Traumata der Wachstums-

fugen, hypertropher Osteodystrophie oder persistierende Knorpelzapfen ausgelöst

werden. Sie führen neben klinisch und radiologisch nachweisbaren Achsen-

abweichungen in Form von Valgus- oder Varusstellungen der Vordergliedmaßen zu

einer Fehlstellung und –belastung im Ellbogengelenk, was degenerative Ver-

änderungen hervorrufen kann. Rassen wie z.B. Labrador Retriever, Berner Sennen-

hund oder Rottweiler und hier vor allem die männlichen Tiere sind von Ellbogen-

gelenksinkongruenzen deutlich häufiger betroffen (GUTHRIE und PIDDUCK 1990,

PADGETT et al. 1995, POLIKEIT et al. 2007). Dieser Umstand lässt eine genetische

Prädisposition vermuten. Auch humeroulnare Inkongruenzen, die durch Formverän-

derungen der Incisura ulnaris hervorgerufen werden, konnten vermehrt bei großen

Hunderassen nachgewiesen werden (WIND 1986, BRUNNBERG et al. 1999). Nutri-

tiv bedingte Störungen der enchondralen Ossifikation in Form eines persistierenden

Knorpelzapfens der Ulna treten ebenfalls vorrangig bei grosswüchsigen Rassen auf-

grund von Imbalancen im Kalzium-Phosphat-Haushalt auf (GRONDALEN 1982,

HAZEWINKEL 2004). Dies kann bei den betroffenen Hunden über die Ausbildung ei-

nes Radius-Curvus-Syndroms zur Ellbogengelenksinkongruenz führen.

2.3 Inkongruenzen des Ellbogengelenkes

2.3.1 Definition und Bedeutung

Die Inkongruenz des Ellbogengelenkes beschreibt einen Zustand, in dem Ulna,

Radius und Humerus mit ihren beteiligten Gelenkflächen nur suboptimal ineinander-

Literaturübersicht

6

greifen (SAMOY et al. 2006). Entsprechend werden eine humeroulnare Inkongruenz

und eine radioulnare Inkongruenz (RUI) unterschieden (OLSON et al. 1979, OLS-

SON 1981, WIND 1986, KIRBERGER und FOURIE 1998, SAMOY et al. 2006,

WAGNER et al. 2007, HAZEWINKEL 2008).

2.3.1.1 Humeroulnare Inkongruenz

Eine ellipsenförmige Ausbildung der Incisura trochlearis ulnae führt dazu, dass

der Durchmesser der Gelenkfläche im Vergleich zur kreisrunden Kontur der humera-

len Kondyle zu klein ist (siehe Abb. 2B) (WIND 1986). HAZEWINKEL (2008) weist

darauf hin, dass diese Form der Inkongruenz durch eine unterentwickelte oder

schlichtweg zu kleine Incisura trochlearis ulnae bedingt sein kann. Allgemein wird

aber davon ausgegangen, dass diese Form der Inkongruenz nur selten Ursache für

eine vorliegende ED ist (KIRBERGER und FOURIE 1998).

2.3.1.2 Traditionelles Modell der radioulnaren Inko ngruenz

Die positive, beziehungsweise negative Stufenbildung zwischen der gemeinsam

gebildeten Gelenkfläche von Ulna und Radius galt lange Zeit als der wichtigste ätio-

logische Faktor der Ellbogengelenksinkongruenz und wird als „traditionelles Modell“

der RUI beschrieben (WIND 1986). Dabei wird angenommen, dass es infolge einer

Verkürzung des Radius („short radius“ bzw. positive RUI (siehe Abb. 2C)) zu einer

mechanischen Druckerhöhung im Bereich des MPC und der humeralen Trochlea

kommt (PRESTON et al. 2001). Dies wurde bislang als Erklärung für die Entstehung

eines fragmentierten Processus coronoideus medialis ulnae (FPC) herangezogen. Im

Falle einer verkürzten Ulna („short ulna“) resultiert eine negative RUI (siehe Abb. 2D),

welche eine Druckerhöhung zwischen Processus. anconaeus und Humeruskondyle

bewirkt und somit die Entstehung eines isolierten Processus anconeus (IPA) erklärt

(SAMOY et al. 2006).

Literaturübersicht

7

A B

C D

Abbildung 2: Schematische Darstellung der Ellbogengelenksinkongruenzen entnommen

aus SAMOY und Mitarbeiter (2006)

A – gesundes Ellbogengelenk mit 1. Humerus, 2. Ulna, 3. Radius und 4. Incisura trochlea-

ris ulnae; B – Inkongruenz bedingt durch elliptische Incisura trochlearis ulnae; C – Inkon-

gruenz bedingt durch einen verkürzten Radius (positive Stufenbildung); D – Inkongruenz

bedingt durch eine verkürzte Ulna (negative Stufenbildung)

2.3.1.3 „Angular-Vector-Model“ der radioulnaren In kongruenz

Auch wenn die Entstehung von FPC und IPA mit dem traditionellen Modell erklärt

werden kann, bleibt die Koexistenz eines IPA und eines FPC in ein und demselben

Gelenk unklar, da in einem solchen Fall eine relative Ulna- und eine relative Radius-

verkürzung vorliegen müssten (KIRBERGER und FOURIE 1998, MEYER-

LINDENBERG et al. 2006). Um diese Einschränkung des traditionellen Modells zu

überwinden, entwickelte LOZIER (2006) das sogenannte „Angular-Vector-Model“

(AVM). Dieses berücksichtigt neben negativer und positiver RUI eine rotatorische In-

stabilität des Humeruskondylus, wodurch sowohl eine relative Verkürzung des Radi-

us als auch der Ulna zu einer Überbelastung des medialen Kompartments und hier

vor allem des MPC führt. So werden von LOZIER (2006) zwei Hauptszenarien be-

schrieben:

Literaturübersicht

8

I. Der Fall des „short radius“

In diesem, nach LOZIER (2006) eher seltener vorkommenden Fall, weichen die

Betrachtungsweise der Ätiopathogenese nach dem traditionellen Modell und dem

AVM nicht voneinander ab. Auch er geht davon aus, dass es zu einer relativen Ver-

kürzung des Radius kommt und in der Folge der MPC mechanisch überlastet wird.

Eine Innenrotation des Oberarms und eine dezente Valgusstellung des Ellbogenge-

lenkes sollen LOZIER (2006) zufolge die Fehlbelastung noch begünstigen.

II. Der Fall der „short ulna“

Bei übermäßiger Längenzunahme des Radius wird eine proximal gerichtete

Schubkraft auf den lateralen Anteil der Humeruskondyle ausgeübt. Im Zuge dieser

Verschiebung stößt der zentrale Anteil der Humeruskondyle gegen den Processus

anconeus, wodurch dieser zu einem Drehpunkt wird. Dadurch ergibt sich, dass der

mediale Anteil der Kondyle nach distal gedrückt wird und es somit zu einer Fragmen-

tierung des MPC und/oder einer Osteochondrosis dissecans (OCD) im Bereich der

medialen Humeruskondyle kommen kann. Nach LOZIER (2006) sind die beschrie-

benen Prozesse im Fall der „short ulna“ der häufigste Grund für Läsionen des MPC.

Folgt man der Pathogenese nach dem AVM, ist das Vorkommen der verschiedenen

Ellbogenpathologien, wie IPA, FPC und/oder OCD in ein und demselben Gelenk

plausibel.

2.4 Bildgebende Verfahren zur Bestimmung einer Ellb ogengel-

kenksinkongruenz

Röntgenaufnahmen sind für die Beurteilung der knöchernen Anteile des

Ellbogengelenkes hilfreich, liefern jedoch kaum Informationen über die chondralen

und juxtaartikulären Gelenkanteile. Die CT liefert zwar einen besseren Kontrast, den-

noch jedoch können hyaliner Knorpel und Faserknorpel ebenfalls nicht dargestellt

Literaturübersicht

9

werden (PAVLOV et al. 1979, SINGSON et al. 1986, HERZOG 1993). In der

Humanmedizin wird wegen der guten Darstellung dieser Weichteilstrukturen die

Magnetresonanztomographie (MRT) eingesetzt (TYRRELL et al. 1988, HAYES und

CONWAY 1992, HERON und CALVERT 1992, KRAMER et al. 1992, POTTER et al.

1997, WEISHAUPT et al. 1999). Beim Hund konnte sich die MRT-Untersuchung hin-

sichtlich der Bestimmung von Ellbogengelenksinkongruenzen aufgrund von techni-

schen Einschränkungen bisher nicht durchsetzen (SNAPS et al. 1997, SNAPS et al.

1998). Die arthroskopische Untersuchung des Ellbogengelenkes hingegen erlaubt

eine direkte Visualisierung und Palpation der intraartikulären Strukturen

(VAN RYSSEN et al. 1993b).

2.4.1 Radiologische Untersuchung

Radiologische Untersuchungen des Ellbogengelenkes zur Diagnostik einer RUI

wurden von HAZEWINKEL und Mitarbeiter (1996) als Screeninguntersuchung bei

Rassen mit einer hohen Prädisposition für ED empfohlen. Im Allgemeinen werden

drei Standardprojektionen, eine mediolateral gebeugte und eine gestreckte sowie ei-

ne Schrägaufnahme in kraniomedio-kaudolateraler Richtung, angeraten

(BRUNNBERG et al. 1999, MASON et al. 2002). Neben der klassischen Stufen-

bildung zwischen Radius und Ulna wurden weitere Merkmale beschrieben, die im

Röntgenbild auf das Vorliegen einer Ellbogengelenksinkongruenz hinweisen: eine

elliptische Kontur der Incisura trochlearis ulnae, ein erweiterter Gelenkspalt sowie

eine Verlagerung der Humeruskondyle nach kranial (WIND 1986, BRUNNBERG et

al. 1999). Weiterhin sind Arthrosen im Ellbogenbereich ein Hinweis auf bestehende

Inkongruenzen. So konnten KELLER und Mitarbeiter (1997) eine enge Korrelation

zwischen dem Schweregrad der Inkongruenz und dem der sekundären Arthrose auf-

zeigen. Die sekundäre Arthrosebildung wird mit einer Instabilität des inkongruenten

Gelenkes und den damit verbundenen Veränderungen an Knochen und Knorpel so-

wie der erhöhten Zugbelastung an den Insertionsstellen der Gelenkskapsel erklärt

Literaturübersicht

10

(MORGAN et al. 1999, SAMOY et al. 2006). Neuere Untersuchungen zeigen jedoch,

dass Röntgenuntersuchungen zur Diagnostik einer positiven RUI sowohl eine relativ

schlechte Sensitivität als auch Spezifität erzielen (MASON et al. 2002, BLOND et al.

2005). Dies erklärt sich in der Schwierigkeit der radiologischen Beurteilung eines

dreidimensionalen Gelenks in einer zweidimensionalen Projektion. Erschwert wird

die Beurteilung durch Überlagerungen und dem Einfluß der Lagerung (MURPHY et

al. 1998). MASON und Mitarbeiter (2002) konnten eine mediane Spezifität von 0,86

in der lateralen Projektion und von 0,82 in der kranio-kaudalen Projektion erreichen.

Die mediane Sensitivität lag bei den genannten Projektionen bei 0,78 beziehungs-

weise 0,79. Eine positive RUI größer als 1,5 mm wurde mit einer Sensitivität von 0,90

erkannt. WIND und PACKARD (1986a, 1986b) geben ähnliche Größen der röntgeno-

logisch detektierbaren RUI an. Im Gegensatz zu MASON und Mitarbeiter (2002) ge-

hen sie aber davon aus, dass dies nur mit sehr guter Röntgentechnik möglich ist.

Dem widersprechen BLOND und Mitarbeiter (2005) indem sie zeigen konnten, dass

trotz gut gelagerter Röntgenaufnahmen gesunde Gelenke als inkongruent diagnosti-

ziert wurden. Zudem ergaben ihre Untersuchungen, dass eine Projektion des Zent-

ralstrahls unmittelbar kaudal des medialen Epikondylus, die Detektionsrate einer RUI

erhöht und somit die Röntgentechnik einen entscheidenden Einfluss auf die Genau-

igkeit der Diagnostik hat. Die Autoren kommen weiterhin zu dem Schluss, dass

Röntgenuntersuchungen eine zufriedenstellende bis exzellente Sensitivität und

Spezifität zur Bestimmung einer mittel- bis hochgradigen RUI (positive Stufenbildung

von 2 mm oder mehr) ermöglichen. Zugleich zeigt dies aber, dass die klassische

Radiologie für die Diagnostik dezenterer Inkongruenzgrade nur bedingt geeignet ist.

Literaturübersicht

11

Abbildung 3: Radiologische Untersuchung im latero-lateralen Strahlengang

L – linkes Ellbogengelenk ohne erkennbare radioulnare Inkongruenz, R – rechtes Ellbo-

gengelenk mit positiver radioulnarer Inkongruenz (verkürzter Radius, positive Stufenbil-

dung von > 2mm)

2.4.2 Computertomographie

Mit der veterinärmedizinischen Nutzung von Computertomographen in den acht-

ziger Jahren des 20. Jahrhunderts konnten im Gegensatz zur konventionellen

Radiographie lagerungsbedingte Artefakte reduziert und Überlagerungen vermieden

werden. Deshalb sind bis heute CT-Untersuchungen zur Diagnostik von

Koronoiderkrankungen gut etabliert (CARPENTER et al. 1993, BRADEN et al. 1994,

KÖRBEL et al. 2001, ROVESTI et al. 2002, COOK und COOK 2009). Auch in Bezug

auf die Bestimmung einer Ellbogengelenksinkongruenz ist die CT besser geeignet

als das traditionelle Röntgen (BOULAY 1998, BRUNNBERG et al. 1999, REICHLE et

al. 2000), wodurch sie zum defacto Standard in der klinischen Praxis geworden ist

(GIELEN et al. 2004, HULSE 2004, GEMMILL et al. 2005, HOLSWORTH et al. 2005,

GEMMILL et al. 2006, KRAMER et al. 2006, WAGNER et al. 2007).

Literaturübersicht

12

Die computertomographische Bestimmung einer RUI basiert meist auf dorsalen

oder sagittalen Rekonstruktionen der ursprünglichen transversalen Bildserie

(REICHLE et al. 2000, GIELEN et al. 2004, GEMMILL et al. 2005, HOLSWORTH et

al. 2005, GEMMILL et al. 2006, KRAMER et al. 2006, TROMBLEE et al. 2007,

WAGNER et al. 2007, COOK und COOK 2009). Allerdings kommen einzelne Studien

zu widersprüchlichen Ergebnissen bezüglich der optimalen Darstellung einer RUI. So

ergab die Untersuchung von GEMMILL und Mitarbeiter (2005), dass eine RUI vor al-

lem an der Spitze des MPC nachweisbar ist. Im Bereich der Basis konnten sie

weder in den dorsalen noch in den sagittalen Rekonstruktionen eine RUI nachvoll-

ziehen. Dagegen stellten KRAMER und Mitarbeiter (2006) insbesondere im Bereich

der Basis eine RUI fest.

Die hohe diagnostische Sicherheit der CT im Hinblick auf eine positive RUI in der

Studie von HOLSWORTH und Mitarbeiter (2005), wurde durch die Folgearbeit von

WAGNER und Mitarbeiter (2007) in Frage gestellt. Im Gegensatz zu HOLSWORTH

und Mitarbeiter (2005), welche eine sehr gute Korrelation (R2 = 0,825) der CT-

Messungen mit dem tatsächlichen Zustand der radioulnaren Gelenkkonformation

festgestellt hatten, kommen WAGNER und Mitarbeiter (2007) auf eine Sensitivität

von 0,86 bei einer Spezifität von nur 0,46. Da die Feststellung einer RUI in der klini-

schen Praxis möglicherweise mit einer Korrekturosteotomie verbunden ist, sind 54%

falsch-positive Befunde eine unakzeptable Fehlerquote.

Eine mögliche Erklärung für die widersprüchlichen Ergebnisse bezüglich der

optimalen Darstellung einer RUI in der CT könnten lagerungsbedingte Veränderun-

gen der radioulnaren Gelenkkonformation sein, welche eine RUI vorspiegeln bzw.

eine vorhandene RUI verschleiert. Insbesondere Pronation und Supination des

Unterarmes haben einen signifikanten Einfluss auf das Ausmaß der gemessenen

RUI (HOUSE et al. 2009), so dass eine standardisierte Lagerung bei neutraler

Gliedmaßenposition beachtet werden sollte (WAGNER et al. 2007, HOUSE et al.

2009). Ebenso sollte übermäßige Extension des Ellbogengelenkes während der Un-

Literaturübersicht

13

tersuchung vermieden werden, da auch dies zu einer Vergrößerung der RUI führen

kann (WAGNER et al. 2007).

Ein bedeutender Nachteil der CT von Ellbogengelenksinkongruenzen besteht

darin, dass lediglich die subchondrale Knochenoberfläche dargestellt wird (WAGNER

et al. 2007). Die Morphologie des Gelenkknorpels und somit die Gelenkoberflächen-

kongruenz werden nur indirekt beurteilt (WAGNER et al. 2007). Zudem stellt sie auf-

grund der notwendigen Narkose ein invasives Verfahren dar und eignet sich somit

kaum als Screeningverfahren (COOK und COOK 2009).

Abbildung 4: Computertomographie sagittal Schnitt: A – linkes Ellbogengelenk ohne er-

kennbare radioulnare Inkongruenz; B – rechtes Ellbogengelenk mit positiver radioulnarer

Inkongruenz (verkürzter Radius, positive Stufenbildung von > 2mm)

2.4.3 Arthroskopie

Die Arthroskopie ist eine etablierte und routinemäßig angewendete Methode zur

Diagnostik und Therapie von Ellbogenerkrankungen beim Hund (VAN RYSSEN et al.

1993b, BARDET 1997, BEALE et al. 2003). Vor allem aufgrund der technischen

Entwicklung von Arthroskopen mit kleineren Diametern war es möglich, diese

Literaturübersicht

14

Technik im kaninen Schulter-, Tarsal- und Ellbogengelenk anzuwenden (PERSON

1986, GORING und PRICE 1987, PERSON 1989, VAN RYSSEN und VAN BREE

1992, VAN RYSSEN et al. 1993a, VAN RYSSEN et al. 1993b, VAN RYSSEN et al.

1993c, BARDET 1995, VAN BREE und VAN RYSSEN 1998). Da radiologische

Befunde vor allem bei gering ausgeprägten sekundären Veränderungen am

Ellbogengelenk häufig allein nicht diagnostisch sind, hat die Arthroskopie hier eine

tragende Rolle bei der Diagnostik und Therapie von FCP und Knorpelläsionen im

Rahmen einer ED erlangt (OLSSON 1983, HENRY 1984, GUTHRIE 1989,

GRONDALEN und LINGAAS 1991, BEHRENDS 1996, VAN RYSSEN und VAN

BREE 1997, JANTHUR et al. 2000, MEYER-LINDENBERG et al. 2003). Sie bietet

die Möglichkeit, bei minimalem Weichteiltrauma große Teile der Gelenkflächen ein-

zusehen und neben der visuellen Beurteilung auch die Palpation des Gelenkknorpels

und anderer intraartikulärer Strukturen durchzuführen. Dadurch können Zusatzinfor-

mationen gewonnen werden, die zur Diagnosestellung einer Ellbogengelenks-

inkongruenz beitragen (VAN RYSSEN 2001). Charakteristische Arthroskopiebefunde

beim Vorliegen einer Ellbogengelenksinkongruenz sind unter anderem Höhenunter-

schiede zwischen Radiuskopf und Ulna, Knorpelaufwerfungen entlang des radioulna-

ren Gelenkspaltes und Knorpelverfärbungen beziehungsweise eine Chondromalazie

an Radiuskopf und im Bereich der Kronfortsätze. In der Mehrzahl der Fälle konnte

beim Vorliegen von Ellbogengelenksinkongruenzen ein FPC nachgewiesen werden

(SAMOY et al. 2006). Für die arthroskopische Beurteilung einer positiven RUI wiesen

WAGNER und Mitarbeiter (2007) eine Sensitivität von 0,97 und eine Spezifität von

0,82 nach. Bei der arthroskopischen Beurteilung von Inkongruenzen ist allerdings zu

beachten, dass es aufgrund der notwendigen Manipulationen des Gelenkes, wie

Streckung, Abduktion und Pronation sowie durch die ins Gelenk eingebrachten Gerä-

te zu iatrogenen Lageveränderungen der Gelenkflächen kommen kann, was deren

Beurteilung erschwert (MEYER-LINDENBERG et al. 2003, WAGNER et al. 2007).

Literaturübersicht

15

Aufgrund dieser Erkenntnisse erscheint es notwendig, ein standardisiertes Untersu-

chungsprotokoll anzuwenden (WAGNER et al. 2007).

Abbildung 5: Arthroskopie eines rechten Ellbogengelenkes von medial (einjähriger,

männlicher Deutscher Schäferhund mit rezidivierender Lahmheit der rechten Vorder-

gliedmaße): Adspektion und Palpation der radioulnaren Gelenkformation im Bereich der

Basis der Processus coronoideus medialis ulnae. Der Palpationshaken hat einen

Durchmesser von 1 mm und eine Länge am abgebogenen Ende von 2 mm. Es ist eine

positive radioulnare Inkongruenz von 2 mm zu erkennen.

Publikationen

16

3 Publikationen

3.1 Visual estimation of radioulnar incongruence in dogs using

three-dimensional image rendering: an in vitro stud y based on

computed tomographic imaging

Peter Böttcher, Dr. med. vet., Diplomate ECVS, Hinnerk Werner, DVM, Eberhard

Ludewig, Dr. med. vet., Diplomate ECVDI, Vera Grevel, Prof. Dr. med. vet., Diplo-

mate ECVS, Gerhard Oechtering, Prof. Dr. med. vet., Diplomate ECVAA

Veterinary Surgery 2009; 38(2): 161-168.

Objective: To determine the sensitivity and specificity of visual estimation of radio-

ulnar incongruence (RUI) in the canine elbow by use of 3-dimensional (3D) image

rendering.

Study Design: Experimentally induced negative and positive RUI.

Sample Population: Canine (> 20 kg) cadavaric right thoracic limbs (n=8).

Methods: Radial shortening and lengthening of 1 and 2 mm were performed extend-

ing an established surgical in-vitro model of RUI. Based on transverse computed

tomographic (CT) scans of each radioulnar conformation, the subchondral radioulnar

joint surface was reconstructed and visualized. A total of 64 3D models of RUI were

blindly evaluated in a random manner by 3 independent observers. RUI was esti-

mated subjectively at 1 mm precisely (-2, -1, 0, +1, +2) by visual inspection of the 3D

models.

Publikationen

17

Results: Median sensitivity for identifying an incongruent joint was 0.86. The median

specificity for identification of a congruent joint was 0.77. Analyzing the data only in

respect to a congruent joint versus one with a shortened radius (positive RUI)

resulted in a median sensitivity of 0.82, and a median specificity of 1.00. Inter-

observer agreement was 0.87. Repeatability was 0.96.

Conclusion: Estimation of positive and negative RUI based on 3D surface models of

the radioulnar articulation mimics gross inspection in a non-invasive manner, the

latter being the ultimate gold-standard for definitive diagnosis of any radioulnar step.

The proposed technique is precise, reliable and repeatable in vitro.

Clinical Relevance: Preoperative estimation of the type and degree of RUI is the

basis for deciding which type of corrective or modifying osteotomy might be best

suited to restore normal joint loads in vivo.

Introduction

The cause and pathogenesis of fragmented medial coronoid process (MCP),

osteochondrosis of the humeral trochlea as well as their advanced stages in the form

of medial compartment disease with complete loss of hyaline cartilage are poorly

understood. Traditionally, mechanical overloading because of joint incongruence has

been proposed as the most probable underlying cause.1,2 Fatigue microdamage in

the region of the MCP has been documented even in absence of obvious cartilage

degeneration3, strengthening the hypothesis of chronic supraphysiological loading of

the medial compartment in dysplastic elbows.

Proposed types of joint incongruence are mismatching of the trochlear notch of

the ulna and the humeral condyle as well as a positive step forming at the level of the

Publikationen

18

transition of the ulnar and radial joint surface. 4-8 The latter has been advocated as

the most important factor and has become the traditional model of elbow in-

congruence, in which a shortened radius results in increased mechanical pressure on

the MCP and humeral trochlea, as joint compression forces are no longer evenly

distributed between the radial and ulnar joint surfaces.8 Even though this model might

explain most of the pathology encountered in the medial compartment of dysplastic

canine elbows, the coexistence of an un-united anconeal process (UAP) with an

obviously shortened ulna and fragmented MCP in the same joint seems illogical.9

Mismatch of the trochlear notch can also hardly explain the low incidence of both

fragmented MCP and UAP in the same joint.5

Based on these obvious limitations of the traditional model of elbow in-

congruence, a more advanced model has been proposed.10 The so-called “Angular

Vector Model” considers negative as well as positive radioulnar incongruence (RUI)

as the major factors leading to physical overloading of the medial joint compartment.

Based on this, the simplification of RUI to a shortened radius (positive RUI) only,

seems questionable.11-13 The same rational would hold for any corrective or

modifying osteotomy when approaching the dysplastic elbow.8,14-18

When performing as well as evaluating such invasive procedures exact preopera-

tive as well as postoperative estimation of RUI seems imperative. Radiographic

evaluation of positive RUI has poor sensitivity and specificity.12 Computed tomo-

graphy (CT) scores far better and is considered the gold standard in clinical

practice.11,19-21 Recently, arthroscopic evaluation of positive RUI has been reported to

be of superior accuracy in vitro compared with all diagnostic imaging modalities

evaluated to date.13

Publikationen

19

Struggling with the precise, noninvasive quantification of suspected RUI, we

investigated whether the extension of 2-dimensional (2D) CT measurement in form of

3-dimensional (3D) models of the subchondral radioulnar joint surface may increase

accuracy. We also investigated positive and negative RUI to account for the more

complex understanding of elbow incongruence.10

Materials and Methods

Specimens

Right thoracic limbs of 8 mature, middle to large breed dogs (weighing > 20 kg)

with no history of lameness for the harvested limb were collected after euthanasia of

the dogs for reasons unrelated to this study. Elbow joint pathology was excluded ba-

sed on complete radiographic and CT examination, and later confirmed by elbow

joint disarticulation and inspection of the joint surfaces for visible cartilage damage.

Experimental model of RUI

RUI was experimentally induced using an in vitro model.11,12 Briefly, a 4-pin type 1

unilateral external skeletal fixator was applied to the cranial aspect of the radial

diaphysis (Fig 1). The 4 fixation pins were connected to a custom made linear side-

bar allowing both lengthening and shortening with micromillimeter accuracy. Axial

stability of the side bar as well as bending properties had been tested using a

material-testing machine up to a load of 1000 N. A 3.5 mm cortical screw was

inserted from the lateral to the medial styloid process to eliminate any axial move-

ment between the distal radius and the ulna. The inter-osseous ligament was cut

Publikationen

20

allowing unconstrained movement of the proximal radius in relation to the ulna. The

radius was osteotomised midway between the 2 central fixator pins, removing a bone

block of ~ 1 cm length. In extension of the established model11,12, shortening as well

as lengthening of the radius was performed at 1 mm increments from 0 to 2 mm.

Fig 1: Experimental setup of the in vitro model for precise creation of positive as well as

negative Radioulnar Incongruence (RUI) at the level of the elbow joint. The radius has

been osteotomised and rigidly reconstructed using a type 1 unilateral external skeletal fixa-

tor connected with a linear side bar. The aluminum rod, which extends up to the level of

the humeral epicondyles, defines the axis of lengthening and shortening exerted by the lin-

ear side bar, visible in each transverse computed tomographic (CT) scan of the elbow joint.

Publikationen

21

3D evaluation of RUI

Within each of the 8 elbow joints, 8 states of RUI evaluated: 4 incongruent (-2, -1,

+1, +2 mm), 1 congruent (0 mm) state of the radioulnar junction, and 3 randomly

chosen repetitions (from -2 over 0 to +2 mm). The sequence for creating RUI states

was also randomly defined. Randomizations were performed using a freely available

random list generator (http://www.random.org/).

Each time the linear side bar had been lengthened or shortened a complete

transverse CT scan of the elbow joint was performed simulating sternal recumbency

with the elbow joint at an angle of ~ 135°. Acquisi tion of CT data was performed on a

multi-slice helical CT-scanner (Philips Brilliance, Philips, Eindhoven, the Netherlands)

with an average in-plane resolution of 0.159 mm (SD = 0.011 mm) and a slice thick-

ness of 1 mm with an overlapping increment of 0.5 mm. Image reconstruction was

done using a sharp bone filter (FilterType and ConvolutionKernel D; Philips).

After data acquisition 3D surface models of the elbow joint were calculated using

dedicated image analysis software based on the Visualization ToolKit,22 (Kitware Inc.,

New York, NY, USA) an open source, freely available software system for 3D com-

puter graphics, image processing and visualization. Further enhancement as well as

inspection of the 3D models were performed using ParaView (Kitware Inc., New

York, NY, USA, http://www.paraview.org/New/index.html) an open-source, multi-

platform visualization framework.

As the radio-ulnar joint surfaces are hidden by the distal humerus we had to simu-

late artificial disarticulation of the reconstructed elbow joint to get isolated 3D models

of the proximal radius and ulna (Fig 2). The humerus was manually delineated within

Publikationen

22

the original image slices. Using that extracted humerus as a template it was rigidly

matched onto the other CT volumes of the same elbow using custom made image

registration software.23 Deleting the matched template from each image volume

allowed computation of an isolated 3D model of radius and ulna.

Finally the 64 3D models were randomized and blindly evaluated by 3 independ-

ent investigators (E.L., P.B., H.W.). Using the ParaView visualization framework each

investigator was free to inspect each 3D model at his own pace by moving, scaling

and rotating the model on the computer screen. In the end, each observer had to

estimate the RUI present at 1 mm precisely, with an RUI of zero representing a

congruent joint.

-2mm

-1mm

0mm

+1mm

+2mm

Fig 2: Three-dimensional (3D) models of the 5 simulated radioulnar conformations.

Evaluation of the Experimental Model of RUI

First, we dtermined that application of the sidebar with osteotomy of the radius did

not induce RUI compared with the native elbow. Therefore 3 transverse CT data

sets, referred to as A1-A3, were acquired before RUI investigation. The 1st scan was

of the native elbow (A1), the 2nd after osteotomy of the radius and application of the

linear sidebar (A2), and the 3rd after several evenly chosen cycles of lengthening

and shortening of the radius (A3). Before CT scanning of A2 and A3 as well as the 8

Publikationen

23

induced RUI states, an aluminum rod extending up to the level of the humeral

epicondyles was rigidly connected to the linear side-bar (Fig 1). Because the rod was

fixed parallel to the long axis of the sidebar, its long axis within the image volume

represented precisely the axis along the experimentally induced lengthening and

shortening of the radius. As the native elbow (A1) had no sidebar attached and there-

fore no reference rod could be attached to it, the image data of the reference tube of

A2 were transformed into A1. This was done based on the transformation matrix

obtained after matching the manually extracted radius of A2 onto A1, similar to that

described for the humerus. This step equipped the native elbow data with a reference

for the axis of future lengthening and shortening exerted onto the radius in the sub-

sequent image volumes.

As already described for the 8 states of RUI, A1-A3 were then processed similarly

resulting in a 3D model of the proximal radius and ulna together with the 3D model of

the reference rod. After removal of the humerus and automatic calculation of the long

axis of the reference rod using oriented bounding box tree calculation24, the distance

of the most proximal points of the radius and the ulna parallel to the long axis of the

reference rod was measured within the 3 3D models (A1-A3; Fig 3). Pair-wise com-

parison using the Wilcoxon signed ranks test between the value measured on A1 and

the values obtained on A2 and A3, respectively, allowed estimation of inadvertently

induced RUI attributed to the experimental setup. A P-value <.05 was considered

significant.

Corresponding to that, the effective amount of RUI induced by lengthening and

shortening of the linear sidebar had to be evaluated for the 8 RUI states investigated.

Therefore, the distance of the most proximal point of radius and ulna in the subse-

Publikationen

24

quent 3D models of experimentally induced RUI was measured as described for A1-

A3. Subtracting that value from the one measured on A1 gave the relative movement

of the proximal radius in relation to the proximal ulna. Pearson product moment cor-

relation coefficients analysis of that value and the presumed RUI induced on the

linear sidebar gave an estimate of model accuracy.

Fig 3: Measurement of relative position of the radius in respect to the ulna. Two parallel

planes (white) orthogonal to the long axis (grey dotted line) of the 3D model of the alumi-

num rod were manually positioned, 1 at the most proximal point of the radius (black open

arrow) and 1 at the most proximal point of the ulna (white open arrow). The distance of

those 2 planes (black short arrow) measured perpendicular to the long axis of the alumi-

num rod (grey dotted line) defined the proximo-distal position of the radius relative to the

ulna.

Publikationen

25

Data analysis

Statistical calculations were performed using the software SPSS 13.0 for

Windows (SPSS Inc., Chicago, IL). Sensitivity and specificity were calculated based

on crosstable calculation for each investigator separately. The overall sensitivity and

specificity were expressed as the median of the 3 investigators. Three different

definitions of RUI were investigated: (1) estimation of an incongruent versus a con-

gruent joint, summarizing all states of RUI different from a congruent joint, with

respect to the “Angular Vector Model”, (2) all positive RUIs versus the congruent joint

reflecting the shortened radius scenario of the traditional model of RUI and (3) all

negative RUIs versus the congruent joint. As the study design used 2 possible states

of incongruence, underestimation of specificity would be inevitable when applying the

traditional definition of a congruent joint as “the unmodified elbow”.13 Therefore, con-

gruence was defined in (2) and (3) as any state different from the one analyzed when

calculating sensitivity.

Finally we analyzed our data only with respect to severe RUI (≥ 2 mm). Therefore,

sensitivity for an RUI of -2 or +2 mm was calculated in respect to whether the joint

was scored as incongruent, either as a -2/+2 mm RUI or as a -1/+1 mm RUI.

The intraclass correlation coefficient (ICC) was used to quantify inter- as well as

intraobserver variability. Intraobserver repeatability was determined with correlations

between measurements by 1 randomly chosen individual (H.W.), estimating RUI on

the 64 3D models 3 times at a weekly interval. Interobserver repeatability was

determined with correlations between estimations of the 3 individuals.

Publikationen

26

Results

Reliability of the Experimental Model of RUI

No significant changes in relative radioulnar position were introduced during the

experimental setup (P = 0.375). Even after several cycles of lengthening and short-

ening the native state of the radioulnar transition was re-established (P = 0.078).

Comparing relative movement of the proximal radius of the 8 RUI states with

respect to the native unchanged elbow (A1) and the presumed proximodistal move-

ment of the radius exerted by the sidebar had a correlation coefficient (R-value) of

0.996 (R2 = 0.992; Fig 4 ).

Fig 4: Pearson correlation between presumed radioulnar incongruence and the change in

relative position of the radius measured within the 3-dimensional (3D) models of the 8 RUI

states investigated within each elbow with respect to the native, unchanged elbow A1 (R-

value of 0.996 (R2 = 0.992)).

Publikationen

27

Sensitivity, specificity (Tables 1 and 2)

Randomization of 3 additional RUI states resulted in an even distribution of each

simulated RUI. The frequency of each RUI within the 64 3D models investigated was

as follows: -2 mm RUI = 11 times, -1 mm RUI = 12, a congruent radioulnar joint = 13,

+1 mm RUI= 14 and +2 mm RUI = 14. Ratings of the 64 models of the 3 investigators

separately are summarized in (Table 1).

Table 1: Cross-Table Summarizing Results for 3 Investigators for the 64 Models of Radioul-

nar Incongruence (RUI) (n = 64)

-2 mm -1 mm 0 mm +1 mm +2 mm Estimated incidence

Estimated RUI -2 mm 5 – 9 - 5 3 - 3 - 0 8 - 12 - 5

Estimated RUI -1 mm 6 – 2 - 6 8 - 7 - 12 5 - 1 - 1 19 – 10 - 19

Estimated RUI 0 mm 1 - 2 - 0 8 - 10 - 12 6 - 5 - 1 2 – 0 - 0 17 – 17 - 13

Estimated RUI +1 mm 0 - 2 - 0 7 - 7 - 13 6 - 9 - 1 13 – 18 - 14

Estimated RUI +2 mm 1 - 2 - 0 6 - 5 - 13 7 – 7 - 13

True incidence 11 12 13 14 14

The results for the 3 investigators are listed separated by a dash: investigator 1- investigator

2–investigator 3. The lower line summarizes the true incidence of each state of RUI within

the 64 models investigated. The row on the right summarizes the number of estimations of

each investigator for the 5 possible states of RUI.

Median sensitivity for detecting any form of incongruent joint was 0.86 (range 0.82

- 0.98), median specificity was 0.77 (range 0.62 – 0.92). Evaluating a positive step

versus a congruent joint simulating a shortened radius resulted in a median sensi-

Publikationen

28

tivity of 0.82 (range 0.71 – 0.96) and a median specificity of 1.00 (range 0.94 – 1.00).

The shortened ulna reflecting a negative RUI was detected with a median sensitivity

of 0.96 (range 0.91 – 1.00) and a median specificity of 0.98 (range 0.88 – 1.00). Sen-

sitivity at detecting an RUI of at least 2 mm was 1.00 for all 3 types of RUI investi-

gated (refer to Table 2 for ranges of sensitivity).

Table 2: Sensitivity and Specificity for the 3 Types of Radioulnar Incongruence (RUI) inves-

tigated (n = 64)

Sensitivity*

RUI 1-2 mm RUI ≥ 2 mm Specificity*

Incongruent vs. congruent joint 0.86 (0.82 – 0.98) 1.00 (0.92 – 1.00) 0.77 (0.62 – 0.92)

Positive RUI vs. congruent joint# 0.82 (0.71 – 0.96) 1.00 (0.86 – 1.00) 1.00 (0.94 – 1.00)

Negative RUI vs. congruent joint§ 0.96 (0.91 – 1.00) 1.00 (1.00 – 1.00) 0.98 (0.88 – 0.98)

* Expressed as the median of the 3 independent investigators together with their corre-

spondingmaximal and minimal values in brackets

# Congruent joint defined as any type of RUI different from a positive RUI

§ Congruent joint defined as any type of RUI different from a negative RUI

Inter- and intra-observer agreement

ICC for interobserver agreement in estimating RUI at 1 mm precisely was 0.87

(95% CI 0.80-0.91). Intraobserver repeatability assessed for 1 investigator was high

with an ICC of 0.96 (95% CI 0.94-0.97).

Publikationen

29

Discussion

To our knowledge, this is the 1st study focusing on both positive as well as nega-

tive RUI. Therefore, detection of a congruent radioulnar joint was more challenging in

this model of RUI as the investigators could misjudge a congruent joint not only as

positive but also as negative RUI. This led to an increased number of false-positive

results, reducing specificity to 0.77. Simulating the situation in which the investigators

had only to choose between a congruent joint and a positive RUI or between a con-

gruent joint and a negative RUI, specificity was 1.00 and 0.98, respectively. Never-

theless, we feel confident that our complex understanding of RUI is closer to the

situation encountered clinically with canine elbow dysplasia.10 Unfortunately, it makes

direct comparison with preceding studies, which only considered positive RUI,

difficult.11-13,25

Overall visual estimation of RUI using 3D image rendering scores comparable

with those reported for radiographic and 2D CT assessment of positive RUI.11-13,20,25

With a median sensitivity of 0.86 for correct identification of any type of incongruent

joint most of the modified elbows were identified as noncongruent. But, because of

already mentioned complexity of both positive and negative RUI, a value of 0.77 as

the median specificity for correct identification of any congruent elbow is less than we

expected. Being of comparable specificity than plain radiographs or 2D CT

measurements, 13,12,25 this specificity (0.77) puts about a quarter of congruent elbows

at risk of an invasive procedure that may not be indicated. As a consequence we

conclude that a highly specific method for accurate estimation of RUI in clinical cases

of elbow dysplasia still has to be developed, provided that the cited complex under-

standing of RUI is assumed.10

Publikationen

30

For diagnosis of isolated positive RUI (short radius scenario), our method proved

superior to what has been claimed as the gold standard.19,20 With a median sensi-

tivity of 0.82 accurate detection of positive RUI was achieved in most affected cases.

Reformatted CT images score comparably well11,13,20,21; however, with a median

specificity of 1.00 semiquantitative estimation of RUI using 3D image rendering is ex-

ceptional accurat, assuring diagnostic safety when applying the technique in clinical

practice. Accuracy even further improved when analyzing RUI only with respect to a

radioulnar step of ≥ 2 mm. With a sensitivity of 1.00, regardless of the type of RUI in-

vestigated, estimation of RUI by means of 3D image rendering would allow for

definitive diagnosis of pronounced RUI. Such differentiation of mild versus severe

RUI could be relevant, as small RUI remains of unknown clinical significance.13,19

The only reported method reaching comparable sensitivity (0.94) with good speci-

ficity (0.82) is arthroscopy.13 Arthroscopy offers the advantage of direct observation

of cartilage surfaces instead of indirect estimation of joint incongruence as occurs

when performing radiographic as well as CT-based measurements. But arthroscopy

is invasive, limiting its usefulness as a screening tool.21 Moreover, arthroscopic esti-

mation of small RUI might be biased in clinical cases of elbow dysplasia because the

radioulnar joint space is often obstructed by fragmentation of the lateral cartilage of

the MCP, rendering precise appreciation of the radioulnar transition challenging.13

With regard to these potential limitations of arthroscopy, seemingly the ultimate

gold standard in evaluating elbow incongruence, and especially small RUI, remains

gross anatomical dissection of the joint. This assumption is further supported by the

fact that every in vitro study aimed at quantifying RUI has been validated by gross

anatomic inspection of the radioulnar joint surface at the end of experiments.11-13,21,25

Publikationen

31

Being a maximal invasive procedure not applicable to living patients we aimed at

replicating gross-anatomic inspection in a noninvasive way. Extension of CT

measurements to the third dimension in form of high quality 3D renderings of the

bony surfaces of radius and ulna provides a copy of the true anatomy at the level of

the subchondral bone. This approach gives a highly realistic, unobstructed view at

the radioulnar transition at any level of the radioulnar articulation.

We would estimate the expenditure of time needed to create a 3D model of radius

and ulna under clinical conditions to be about 30-40 minutes. This is more than would

be desirable for routine clinical use, but it would allow for evaluation of RUI in

selected cases. Time of data processing could be decreased by developing a

program which automatically segments the humerus and subsequently deletes it

from the image volume of interest. Manual segmentation is by far the most time con-

suming process during image processing, but it must be performed accurately, be-

cause the quality of the 3D renderings and, therefore, the evaluation of RUI depends

on it to a high degree.

We only investigated semiquantitative visual estimation of RUI. As a conse-

quence the precision gained depends on the experience of the investigator in charge.

As documented for radiographic estimation of RUI12, relevant operator related differ-

ences may be expected. This was also true in our study, even though an ICC of 0.87

attests good interobserver agreement. In combination with an ICC of 0.96 for

intraobserver repeatability, our method has the potential to be reliable as well as

highly repeatable.

Publikationen

32

Looking at the investigators separately (Table 1), an obviously high precision was

reached for investigator 3. Admitting the fact, that a diagnostic tool should work well

in the hands of an average investigator and that, therefore, the median values of

sensitivity as well as specificity provided in Table 2 are of primary relevance, the

question remains how investigator 3 was able to attain such high precision. The most

probable explanation relates to the fact that this person performed the experimental

simulation of RUI, including the generation of the 3D models. During this time and the

process of validation of the experimental setup, he had numerous occasions on

which he was aware of the RUI present within the 3D models. Therefore, he could be

considered an extensively trained investigator.

Because estimation of RUI within the 64 3D models was performed several

months after final image processing and as the evaluation was performed randomly

in a blinded fashion, we feel confident that the high precision was because of in-

creased experience and not because of “recognition” of the different models.13 In

contrast, the other 2 investigators had only the 5 models shown in Fig 2 for training,

rendering them beginners in 3D evaluation of RUI. This finding might suggest that

after appropriate training, estimation of RUI by means of 3D renderings might reach

values with specificity and sensitivity in the middle range of 0.90. Such high precision

seems realistic, because 3D renderings of the proximal radius and ulna offer the po-

tential to assess the complex 3D shape of the radioulnar articulation in all details.

Quantitative measurement of RUI on the 3D model of the radioulnar articulation

could eliminate significant operator related error, rendering training dispensable. But

distinct and reproducible landmarks on the radioulnar joint space would be needed.

Any landmark on the periphery of the joint could be biased in clinical cases, where

Publikationen

33

secondary arthritis especially in the form of osteophytes develops. Additionally,

because of the nature of CT acquisition as well as subsequent 3D image processing

and display, edges are inadvertently smoothed, increasing the difficulty to reliable

identifying comparable landmarks. Measurement of relative radioulnar movement as

done in this study for evaluation of induced RUI would not be applicable to individual

joints of clinical patients. The axis on which the movement of the proximal radius in

relation to the ulna had been measured is unknown in clinical cases. Furthermore,

the proximodistal movement of the radius was measured with respect to the

unchanged, presumably congruent joint (A1). Because canine elbow dysplasia is

usually bilateral presentation, clinical cases would not provide this reference.

Because the already published in vitro model was extended to negative RUI,

re-evaluation of the precision of experimentally induced RUI at the level of the radi-

oulnar joint space was considered necessary. In the previous studies, quantification

of the induced RUI was based on the measurement of radial shortening in the area of

the radial osteotomy.11-13,20,25 Using that approach, 2 potential errors could be intro-

duced into the experimental setup. First, application of the linear sidebar together

with the osteotomy of the radius might produce RUI. If this occurs, an artificially

incongruent joint would be defined as congruent, leading to false-positive results.

Secondly, the amount of radial shortening measured at the osteotomy does not

assure the same amount of RUI present within the joint. The 3D analysis of the 3

congruent CT volumes (A1-A3) allowed us to conclude that any state of RUI induced

at any later stage of the experiment truly reflected an RUI different from the one seen

in sound, unaffected elbows. On the other hand, simulating a congruent joint indeed

did result in the same radioulnar conformation as we would have seen in the native,

Publikationen

34

unchanged elbow. The high correlation of presumed RUI and the one measured with

respect to the unchanged elbow in the subsequent 3D models of RUI proved that

negative as well as positive RUI could experimentally be induced at high precision

using the extended invitro model.

This leads us to what we think is the major limitation of our study as well as all

other preceding in vitro studies on RUI.11-13,25 Related to the nature of “good in vitro

practice”, only joints from mature dogs, free of proven joint pathology, were used.

Finally, RUI was produced by axial movement of the radial head with respect to the

ulna. That means, that we tried to mimic developmental humeroradioulnar incongru-

ence by axial movement of a well shaped joint surface within an otherwise physio-

logically shaped joint. However, this approach completely neglects the fact that joint

incongruence in the form of elbow dysplasia is supposed to take place at an early

stage of skeletal development, at which bone, cartilage and periarticular soft tissues

are exposed to a daily process of adaptation and remodeling. At that time, the devel-

opment of the final microanatomic conformation of the apposing joint surfaces does

not only depend on genetic predisposition, but more importantly on the mechanical

stimulus exerted on the joint as well.26 Hamrick stated in his paper on the elaboration

of the “chondral modeling theory” originally developed by Frost26,27, that “the articular

surfaces of a growing joint must, in order for the locomotor system to function effec-

tively, follow a developmental trajectory that maintains both a normal pattern of joint

movement and an acceptable stress distribution within the articular cartilage throug-

hout postnatal ontogeny”. The general role of mechanical factors in limb joint

morphogenesis is also supported by Ogden who stated that “postnatally, joint motion

and joint reaction forces are extremely consequential to the final adult joint con-

Publikationen

35

tours''.28 Expanding this theory to elbows with any type of incongruence, it seems

evident that even in case of a pure axial RUI, which we do not believe occurs in the

most cases, the mechanism of adaptive joint modeling will lead to malformation of

the whole joint. This theory is illustrated in a series of antebrachial growth deformities

in 34 dogs.29 It was found that apart from an obvious radial length deficit causing

severe RUI, malformation of the elbow joint was a common finding, which persisted

even after radial lengthening by use of distraction osteogenesis. However, correction

of radial length deficit had a more favorable outcome when performed at a young

age, indicative for an adaptive mechanism of the adjacent epiphysis counter-

balancing already present malformation. Therefore, we propose looking at elbow

incongruence more in terms of 3D shape analysis of the apposing joint surfaces

instead of focusing on a type of RUI of probably purely artificial character. The

presence of local incongruence at the apex of the MCP without obvious RUI has

already been documented20, supporting our understanding of elbow incongruence.

As for the human elbow joint30,31, detailed analysis of the 2D and 3D shape of the

humeroradioulnar joint surface as well as estimation of joint contact conditions by

contact area analysis may provide the relevant insight into what the British Veterinary

Orthopaedic Association has called “the enigmas of the canine elbow”.32

Experimentally induced positive as well as negative RUI can be identified in vitro

at high precision using 3D renderings of the radioulnar joint surface. Measurement of

RUI at the level of the subchondral bone may be less prone to bias because of

osteoarthritic changes within the joint space an is also noninvasive. Additionally, it

may serve as the future basis for more elaborate analysis of joint shape appraising

Publikationen

36

elbow incongruence in a more physiological way. However, currently, arthroscopy

remains the superior modality for identification of a positive RUI in vitro.

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Publikationen

40

3.2 Sensitivity and specificity of arthroscopic est imation of

positive and negative radio-ulnar incongruence in d ogs: an in

vitro study

H. Werner; P. Winkels; V. Grevel; G. Oechtering; P. Böttcher

Vet Comp Orthop Traumatol 2009; 22 (6): 437-441

Objectives: To determine the sensitivity and specificity of arthroscopic estimation of

positive and negative radio-ulnar incongruence (RUI) in the canine elbow joint.

Methods: Experimental radial shortening and lengthening by 1 and 2 mm increments

were performed in nine right elbow joints, extending an established surgical in vitro

model of RUI. Arthroscopic estimation of each artificially produced radio-ulnar joint

conformation (RUJC) was done using a graduated hook probe. A total of 72 RUJC

were blindly evaluated in a random manner by an independent investigator and esti-

mated in 1 mm increments (-2, -1, 0, +1, +2).

Results: The sensitivity for identification of an incongruent joint was 0.98 (95% CI:

0.90 to 0.99). The specificity for identification of a congruent joint was 0.89 (95% CI:

0.65 to 0.98). Analyzing the data only in respect to a congruent joint versus one with

a shortened radius (positive RUI) resulted in a sensitivity of 0.96 (95% CI: 0.80 to

0.99) and a specificity of 1.00 (95% CI: 0.92 to 1.00).

Clinical Significance: Accurate estimation of RUI in dogs affected by elbow dyspla-

sia might improve functional outcome and prevent osteoarthritis when corrective or

modifying osteotomies are being considered as part of the treatment plan. Arthro-

Publikationen

41

scopy has been shown to be highly accurate and precise in detecting both positive

and negative RUI in vitro. However, its diagnostic strength under clinical conditions

has still has to be proven.

Introduction

Elbow dysplasia (ED) is a common condition that mainly effects young dogs, and

it is bilateral in 35% of the cases in Labrador Retrievers (1). Elbow dysplasia repre-

sents a group of conditions including fragmented medial coronoid process (FCP),

osteochondritis dissecans and ununited anconeal process (UAP), amongst others

(2). Developmental elbow incongruence is believed to be the most probable under-

lying cause in the pathogenesis of FCP and UAP (2-10). Based on this assumption,

the development of a FCP or osteochondritis dissecans of the medial aspect of the

humeral condyle, and their advanced stages in the form of medial compartment

disease, would be the result of chronic supraphysiological loading of the medial com-

partment (11, 12). Fatigue microdamage of bone in the region of the medial coronoid

process has been documented, even in the absence of obvious cartilage degenera-

tion, thus further strengthening this hypothesis (13). One type of incongruence that is

supposed to induce increased pressure onto the medial coronoid process originates

with underdevelopment of the trochlear notch in respect to the humeral condyle (2).

Another type of incongruence occurs as a consequence of asynchronous bone

growth of the radius and ulna, leading to the formation of a step at the level of the

transition of the ulnar and radial joint surfaces (2, 5, 14, 15). This form of incongru-

ence, further referred to as radio-ulnar incongruence (RUI), is generally agreed to be

the most common type of elbow incongruence, and has become the traditional

Publikationen

42

experimental model for elbow incongruence. In this model, a shortened radius results

in increased mechanical pressure on the medial coronoid process and humeral

trochlea because the joint compression forces are no longer evenly distributed

between the radial and ulnar joint surfaces (15). Even though the short radius

scenario might explain most of the pathologies encountered in the medial compart-

ment of dysplastic canine elbows, it does a poor job when considering the coexis-

tence within a joint of FCP and UAP; the latter is thought to result from a relative

overgrowth of the radius (16,17). On the other hand, humero-ulnar incongruence

seems unlikely to be the major contributing factor in elbows affected by FCP, other-

wise FCP and UAP would be anticipated to occur simultaneously in the majority of

the cases (5). Nevertheless, subtle humero-ulnar incongruence has been demon-

strated to be part of the physiological joint mechanism in both canine and human

elbows (4, 18-20).

Based on these limitations of the traditional model of elbow incongruence, a more

complex, three-dimensional angular vector model (AVM) has been recently proposed

(21, 22). The AVM is based on the hypothesis that both positive as well as negative

RUI lead to physical overloading of the medial joint compartment. In contrast to the

traditional model in which relative shortening of the radius is assumed to be present

in any elbow affected by FCP, the AVM accounts for the complex secondary adjust-

ment of the humeral condyle following both types of RUI, presuming that angular

forces are exerted that then result in rotary and bending displacement of the humeral

condyle and consequently mechanical overload of the medial compartment. In light of

this complex understanding of RUI, the evaluation of the exact type of RUI present in

the individual elbow of dogs affected by ED seems imperative when osteotomies

Publikationen

43

such as ulnar osteotomy, radial lengthening or sliding humeral osteotomy are being

considered (7, 9, 10, 15, 23-26).

Radiographic evaluation of positive RUI has been documented to have relatively

poor sensitivity and specificity in vitro (27). However, moderate-to-severe RUI

(≥2mm) may be detected with high accuracy (28). Computed tomography (CT)

evaluation scores far better and has become the gold standard in clinical practice

during the last few years (12, 29-31). Nevertheless, a recent study comparing CT,

plain radiography and arthroscopy challenges CT as the gold standard, reporting

unacceptably low values for sensitivity and specificity (32). Semi-quantitative estima-

tion of RUI based on three-dimensional image rendering using reformatted axial CT

images of the radio-ulnar joint surface (33) might bear the potential to overcome

some of the short comings of RUI estimation. However it is still of inferior sensitivity

and specificity when compared to arthroscopic evaluation of RUI, and limb position

during CT scanning might affect assessment of RUI (32-35).

Therefore, the purpose of the current study was to determine the sensitivity and

specificity of arthroscopy in the estimation of positive and negative RUI, accounting

for the more complex understanding of elbow incongruence proposed by the AVM

(21, 22).

Publikationen

44

Materials and Methods

Specimens

Nine right forelimbs of medium to large breed, mature dogs weighing more than

20 kg each were included. None of the dogs had any prior history of right forelimb

lameness, and they were euthanatized for reasons unrelated to this study. Elbow

joint pathology was excluded by complete radiographic and CT examinations that

were blindly evaluated by two different investigators (PB, HW). These evaluations

were further confirmed at the end of the experiment by disarticulation of the elbow

joint and inspection of the joint surfaces for any degenerative cartilage damage.

Experimental model of radio-ulnar incongruence

Radio-ulnar incongruence was experimentally induced using a previously

described in vitro model, which was an extension of an already well established

experimental setup for positive RUI only (27, 29, 33). Briefly, a four-pin type 1 uni-

lateral external skeletal fixator was applied to the cranial aspect of the radial

diaphysis. Four 4 mm fixation pins were connected to a custom-made linear side-bar

allowing both lengthening and shortening with micro-millimeter accuracy. Axial

stability of the side bar as well as bending properties had been determined up to a

load of 1000 Newton using a material testing machine. Two 3.5 mm cortical screws

were placed transversely from the ulnar styloid to the radial styloid process to elimi-

nate any axial or rotational movement between the distal radius and the ulna. The

inter-osseous ligament was cut, allowing unconstrained movement of the proximal

radius relative to the ulna. The radius was osteotomised midway between the two

Publikationen

45

central fixation pins, removing a bone segment of about 1 cm length. Subsequently

the radius was shortened and lengthened, mimicking five different states of RUJC:

two positive RUI simulating a shortened radius syndrome referred to as +2 and

+1mm RUI, an RUJC of 0 mm simulating a congruent joint and two negative RUI

simulating a shortened ulna syndrome referred to as -1 and -2 mm RUI.

Evaluation of the experimental model of radio-ulnar incongruence

To assure that the application of the side-bar together with the osteotomy of the

radius did not induce RUI in respect to the native elbow, thorough validation of our

experimental setup had been performed in a previous study of three-dimensional CT

image rendering for the visual estimation of canine positive and negative RUI (33). It

was shown that after application of the linear side bar and osteotomy of the radius,

the reconstructed elbow joint was not different from the native elbow in respect to the

state of radio-ulnar joint conformation (RUJC). To confirm that any change in length

of the radius exerted by the linear side bar resulted in exactly the same amount of

predicted RUI, axial CT scans were acquired of the native, unchanged elbows as well

as the modified elbows just before the first and directly after the last arthroscopic

evaluation. Computed tomography imaging was performed with the limb positioned to

simulate sternal recumbency, with an average in-plane resolution of 0.159 mm2

(standard deviation = 0.011 mm2; image matrix 512 x 512), a slice thickness of 1 mm

with an overlapping increment of 0.5 mm on a multi-slice helical CT-scanner (Philips

Brilliance: Philips, Eindhoven, Netherlands) at 140 kV and 150 mA. Image recon-

struction was done using a sharp bone filter (FilterType and Convolution Kernel D:

Philips, Eindhoven, Netherlands). The exact method of subsequent three-

Publikationen

46

dimensional image analysis which was used to measure the state of RUJC artificially

induced by lengthening or shortening the linear side bar, has been described else-

where (33). Briefly, after manual removal of the distal humerus from the CT image

data, a three-dimensional model of the radius and ulna was created and visualized

three-dimensionally by means of three-dimensional image rendering. In each of the

three models, the distance between the most proximal point on the radius and the

most proximal point on the ulna was measured in a plane that was parallel to the axis

of radial shortening and lengthening. The difference in this distance between the

native, unchanged elbow model and the elbow models before the first and after the

last arthroscopic session was defined as the change in RUJC. Pearson product

moment correlation coefficients analysis of these values and the corresponding

presumed RUJC induced on the linear-side bar gave an estimate of in-vitro model

accuracy.

Arthroscopic estimation of radio-ulnar incongruence

For each of the nine elbow joints, eight RUJC were evaluated arthroscopically.

The state of RUJC and the order of evaluations were randomized, based on a basic

set of four incongruent (-2, -1, +1, +2 mm), two congruent (0 mm) conformations and

two randomly chosen repetitions. All randomizations were performed using a random

list generator (Random list generator website: http\\www.random.org/). Arthroscopy

was performed by one investigator (PB) who was blinded to the state of induced

RUJC. Each elbow was processed on a different day, resulting in nine arthroscopic

sessions with eight RUJC each.

Publikationen

47

Standard medial arthroscopy was performed using a 30° fore oblique 1.9 mm

arthroscope (Karl Storz, Tuttlingen, Germany) (36). Estimation of the induced RUJC

was performed in 1 mm increments (-2, -1, 0, +1, +2) using a graduated hook probe

introduced into the joint via the medial instrument portal (Fig. 1). Measurements were

made at the transition of the ulnar incisure to the radial head, a location which has

been referred to as the base of the medial coronoid process (4, 30, 32, 37). To

assure equal conditions throughout the nine arthroscopic sessions, and to standard-

ise the arthroscopic evaluation within each of these, the limb was positioned in a

custom made brace, resulting in a 145° joint angle. To eliminate any impact on the

RUJC by external manipulations exerted on the elbow joint during arthroscopy,

neither pronation nor abduction of the antebrachium was performed when taking the

final measurements at the predefined elbow angle.

A)

B)

C)

Fig. 1: Arthroscopic evaluation of experimentally induced RUI in a right elbow. (A) congruent

joint, (B) negative 1 mm RUI, (C) positive 1 mm RUI. Cranial is on the left, caudal on the

right. Radio-ulnar joint conformation was measured at the transition of the ulnar incisure to

the radial head using a graduated hook probe. The hook probe had a diameter of 1 mm and

a length of 2 mm.

� = humerus; � = radius; � = ulna

Publikationen

48

Data analysis

Statistical calculations were performed using commercial software (SPPS 15.0 for

Windows: SPSS Inc., Chicago, IL, USA). Sensitivity and specificity were calculated

based on cross-table calculation for three different definitions of RUI: (1) estimation

of an incongruent versus a congruent joint, for which all states of RUI that were

different from a congruent joint were summarised in respect to the AVM, (2) all of the

positive RUI versus the congruent joint reflecting the shortened radius scenario of the

traditional model of RUI and (3) all negative RUI versus the congruent joint.

The 95% confidence intervals (CI) for each sensitivity and specificity were calcu-

lated using commercial software (Confidence Interval Analysis, CIA version 2.1.2.,

Available online at: http://www.som.soton.ac.uk/cia/main.htm).

Repeatability of arthroscopic estimation of RUJC was calculated based on the

RUJC, which were evaluated more than once within each elbow joint using intra-

class correlation coefficient (ICC).

Results

Reliability of the experimental model of radio-ulna r incongruence

The Pearson’s product moment correlation coefficients (r) between the estimated

and artificially created RUJC, and before the first and after the last arthroscopy, were

r = 0.99 (p ≤ 0.001; n = 9) and r = 0.99 (p ≤ 0.001, n = 9), respectively.

Publikationen

49

Sensitivity and specificity of arthroscopic evaluat ion of positive and negative

radio-ulnar incongruence

The frequency of each induced RUJC state within the 72 RUJC investigated, and

the corresponding arthroscopic estimations are summarized in Table 1. The sensitiv-

ity for detecting any form of incongruent joint was 0.98 (95% CI: 0.90 to 1.00), and

the specificity was 0.89 (95 % CI: 0.67 to 0.97). Evaluating a positive RUI versus a

congruent joint simulating a shortened radius resulted in a sensitivity of 0.96 (95% CI:

0.81 to 0.99) and a specificity of 1.00 (95% CI: 0.92 to 1.00). The shortened ulna

reflecting a negative RUI was detected with a sensitivity of 1.00 (95% CI: 0.88 to

1.00) and a specificity of 0.95 (95% CI: 0.85 to 0.99).

Table 1: Cross-table summarising the results of arthroscopic estimation of radio-ulnar joint

conformation (RUJC) in 72 randomly chosen states of RUJC in nine different elbow joints.

The gray highlighted fields show the matching arthroscopically estimated and experimen-

tally induced RUJC.

Artificially created radio-ulnar joint conformation Radio-ulnar joint conformation

-2 mm -1 mm 0 mm +1 mm +2 mm Total

- 2 mm 11 0 0 0 0 11

- 1 mm 2 15 2 0 0 19

0 mm 0 0 16 1 0 17

+ 1 mm 0 0 0 14 0 14

+ 2 mm 0 0 0 0 11 11

Arthroscopy

Total 13 15 18 15 11 72

Publikationen

50

Repeatability of arthroscopic radio-ulnar joint con formation estimation

The ICC for intra-observer agreement in estimating RUJC in 1 mm increments

was 0.96 (95% CI: 0.85 to 0.94).

Discussion

Detection of a congruent radio-ulnar joint might have been more challenging in

our study because the investigator could have misjudged a congruent joint as having

either a positive or a negative RUI. However, with a sensitivity and specificity of 0.98

and 0.89, respectively, arthroscopic estimation of negative as well as positive RUI

can be considered a highly accurate imaging modality. Furthermore, an ICC of 0.96

attests to the high intra-observer repeatability, which overall suggests superiority of

arthroscopic estimation of RUJC compared to all other imaging modalities investi-

gated so far (12, 27-30, 32, 33). This result is in accordance with another study that

reported similar high values for arthroscopic estimation of positive RUI, further

encouraging the use of arthroscopy for minimal-invasive estimation of RUI (32).

We feel that the precise evaluation of the exact amount and type of RUI to be a

prerequisite when considering osteotomies for the restoration of radio-ulnar joint

congruence. When adopting the traditional model of RUI, in which a shortened radius

results in overloading of the medial coronoid process, lengthening procedures of the

radius are thought to restore normal joint load, and might eliminate clinical signs and

stop the progression of osteoarthritis (23). Unfortunately, radial lengthening has not

been shown to be a reliable method (22). This might be related to absence of RUI at

all or even the presence of a negative RUI at time of surgery according to the AVM

Publikationen

51

(21,30). Lengthening of the radius would probably not result in restoration of physiol-

ogic joint loads in these cases and would therefore be contraindicated. Using arthro-

scopy for proper case selection might help to improve functional outcome after radial

lengthening, and it would allow for more targeted selection of other treatment modali-

ties, such as dynamic proximal ulnar osteotomy and sliding humeral osteotomy (7,

15, 24-26, 38).

The use of arthroscopy for estimation of RUI also has the advantage of permitting

direct visualisation of cartilage surfaces; this is not possible when using radiographic

or CT based measurements for estimation of joint congruence. Insertion of an arthro-

scope into the medial joint space might introduce iatrogenic RUI. However, in our

opinion, use of a 1.9 mm arthroscope eliminated the problem of iatrogenically

induced RUI and minimised iatrogenic cartilage damage.

The true diagnostic accuracy of arthroscopy for evaluation of RUI in clinical cases

affected by ED still remains to be investigated. Although we did not investigate the

exactness of RUI measurement at locations other than the ulnar incisure, other stud-

ies have confirmed the superiority of the ulnar incisure for the estimation of positive

RUI (30, 32). Furthermore, the reason why we did not include measurement at other

locations was because of the anticipated presence of cartilage damage, osteo-

chondral fracture and fissuring along the lateral border of the medial coronoid

process in vivo, thus placing any imaging technique that relies on measurements

taken at this location at risk of misinterpretation (13, 39). This assumption is

supported by the experience by one of the authors (PB) with arthroscopic estimation

of RUI in clinical cases.

Publikationen

52

One limitation of our study was that it was conducted with only one investigator

who is extensively trained in canine elbow arthroscopy. We did not investigate how

factors such as surgeon experience or different limb positioning, such as pronation,

supination or bending of the antebrachium, might influence the accuracy of arthro-

scopic estimation of RUI. However, we assume that in vivo estimation of RUI by

means of arthroscopy would be repeatable and reproducible in the hands of other

surgeons as long as they follow the proposed standardized protocol and eliminate

any unnecessary external manipulations. This assumption is supported by another

study that found an 88.6% inter-investigator agreement for arthroscopic estimation of

positive RUI amongst three investigators (32).

Another concern challenging any method of RUI estimation in vitro has been that

joints from mature dogs free of proven joint pathology were investigated (28, 29, 32,

33, 40). Unfortunately this approach neglects the fact that joint incongruence associ-

ated with ED is supposed to take place at an early stage of skeletal development,

and that the final micro-anatomical conformation of the apposing joint surfaces does

not only depend on genetic predisposition, but more importantly on the mechanical

stimulus exerted on the joint surfaces (41). Therefore any form of RUI is believed to

result in malformation of the whole joint as a consequence of a very complex func-

tional adaptation process of all the tissues involved. This theory is illustrated in clini-

cal cases of antebrachial growth deformity, in which malformation of the elbow joint is

a common finding (42). Based on these observations and the other conflicting views

of the traditional understanding of elbow incongruence that we have cited, we feel the

need to move on to a more complex understanding of ED. The isolated assessment

of a positive radio-ulnar step formation, has been shown to be an inconsistent finding

Publikationen

53

in severely affected clinical cases of ED, and therefore imaging might be extended to

a three-dimensional shape analysis of the involved joint surfaces (30, 43, 44).

In conclusion, arthroscopy was found to be a highly accurate and precise tech-

nique in the estimation of positive and negative RUI in vitro. Our results are

comparable to those reported for the arthroscopic evaluation of positive RUI alone.

However, due to the invasive nature of arthroscopy and anticipated difficulties in the

identification of the radio-ulnar transition in pathological joints, further studies are

warranted before arthroscopy could be considered as the gold-standard for the

estimation of RUI in clinically affected dogs.

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Diskussion

58

Diskussion

Im Zentrum dieser kumulativen Dissertation steht die Quantifizierung der

Sensitivität und Spezifität der Bestimmung von radioulnaren Gelenkformationen mit

Hilfe von dreidimensionalen Computermodellen sowie der Arthroskopie. Die zur

Diagnostik der RUI vorliegende Literatur befasst sich entweder mit der Bestimmung

von positiven oder negativen Stufen. Die Frage zu den Auswirkungen eines erweiter-

ten Untersuchungsgutes, welches beide Konformationen beinhaltet bleibt offen. In

den vorliegenden Untersuchungen wurden deshalb erstmals neben kongruenten

Gelenken sowohl positive als auch negative RUI berücksichtigt. Die korrekte Fest-

stellung eines kongruenten Gelenkes ist somit in dieser Versuchsanordnung wesent-

lich anspruchsvoller als in vorangegangenen Studien (MASON et al. 2002, BLOND et

al. 2005, HOLSWORTH et al. 2005, KRAMER et al. 2006, WAGNER et al. 2007), da

der Untersucher ein kongruentes Gelenk sowohl als positive RUI als auch als

negative RUI fehlinterpretieren kann.

Die beiden in diese Disseration einfließenden Arbeiten (BÖTTCHER et al. 2009,

WERNER et al. 2009) legen im Detail die verwendeten Materialen sowie die ange-

wandten Methoden und erzielten Ergebnisse dar. Zudem beinhalten sie die für jede

Arbeit spezifischen Diskussionsanteile, insbesondere die methodischen Limitationen,

die es bei der Interpretation zu berücksichtigen gibt. Deshalb beschränkt sich die fol-

gende Diskussion auf ein übergreifendes Beurteilung und Interpretation beider Arbei-

ten.

Anhand der 3D-Modelle konnte insgesamt eine Spezifität von 0,77 (Konfidenz-

intervall (KI) 0,62 - 0,92) bei der Bestimmung eines kongruenten Gelenkes ermittelt

werden. Bei der arthroskopischen Bestimmung lag die Spezifität bei 0,89 (KI 0,67 -

0,97). Dieser insgesamt relativ hohe Anteil an falsch positiven Ergebnissen ist auf die

oben beschriebene Erweiterung des Untersuchungsgutes zurückzuführen. Er zeigt

jedoch auch den deutlichen Unterschied zwischen den beiden Untersuchungs-

Diskussion

59

methoden. In der ersten Studie wurden die Computermodelle auf der Basis von CT-

Daten berechnet, was die Untersuchung der subchondralen Gelenkflächengeometrie

erlaubt. Die in der zweiten Studie angewandte Arthroskopie ermöglicht eine direkte

Visualisierung der chondralen Gelenkflächen bei minimalem chirurgischem Trauma.

Eine Betrachtung der Ergebnisse unter dem Gesichtspunkt, dass der Untersucher

entweder nur zwischen einer kongruenten Gelenkfläche und einer positiven Stufe

oder einer kongruenten Gelenkfläche und einer negativen Stufe unterscheiden muss,

erhöht die Spezifität auf 1,00 beziehungsweise 0,98. Geht man also davon aus, dass

der komplexere Ansatz des AVM dem tatsächlichen klinischen Bild entspricht

(LOZIER 2006), zeigen die erzielten Ergebnisse die Probleme und damit die beste-

henden Unsicherheiten der diagnostischen Möglichkeiten auf. Ein direkter Vergleich

mit Studien, die sich ausschließlich mit der Diagnostik positiver Stufen befassen

(MASON et al. 2002, BLOND et al. 2005, HOLSWORTH et al. 2005, WAGNER et al.

2007), ist durch die Erweiterung des Stufenmodells nicht oder nur eingeschränkt

möglich. Aus diesem Grund soll hier versucht werden, die in den vorliegenden Stu-

dien evaluierten Ergebnisse, basierend auf den 3D-Modellen und den arthros-

kopischen Untersuchungen, mit denen röntgenologischer und zweidimensionaler CT-

Untersuchungen im Einzelnen zu vergleichen.

Fasst man alle inkongruenten Gelenke unserer Studie, sowohl die mit positiver als

auch mit negativer RUI zusammen, kann eine korrekte Beurteilung von inkongruen-

ten Gelenkflächen mit einer medianen Sensitivität von 0,86 anhand der 3D-Modelle

sowie von 0,98 für die Arthroskopie nachgewiesen werden. Der überwiegende Anteil

der inkongruenten Gelenke konnte also als solches erkannt werden. Bei der Beurtei-

lung von kongruenten Gelenken konnte allerdings nur eine Spezifität von 0,77 und

0,89 erreicht werden. Die Ergebnisse sind vergleichbar mit den bisher veröffentlich-

ten Daten aus röntgenologischen und zweidimensionalen CT-Studien (MASON et al.

2002, BLOND et al. 2005, WAGNER et al. 2007). Geht man davon aus, dass auf-

grund der gestellten Diagnose eines inkongruenten Gelenkes entsprechend weiter-

Diskussion

60

führende Therapien, wie z.B. eine Radiusverkürzung oder –verlängerung, eine

dynamische proximale Ulnaosteotomie oder Humerusosteotomie durchgeführt

würden, bleibt festzustellen, dass bei einer Spezifität von 0,77 nach Beurteilung der

3D-Modelle ein Viertel der gesunden Tiere einer invasiven Operation unterzogen

würde, welche nicht indiziert ist. Die arthroskopische Bestimmung zeigt am experi-

mentellen Stufenmodell mit einer Spezifität von 0,89 die Überlegenheit der Methode.

Die nachgewiesene Spezifität verspricht ein hohes Maß an Sicherheit bei der

Anwendung der Methode im klinischen Alltag. Analysiert man die Ergebnisse unserer

Studien ausschließlich hinsichtlich der Diagnose einer positiven RUI, sind beide in

unserer Studie angewandten Methoden der bisher in der Praxis am häufigsten

angewandten und als Goldstandard angesehenen Untersuchungsmethode, der CT,

überlegen (GEMMILL et al. 2005, KRAMER et al. 2006, WAGNER et al. 2007).

Anhand der dreidimensionalen Computermodelle konnte eine mediane Sensitivität

von 0,82 und anhand der arthroskopischen Untersuchungen von 0,98 nachgewiesen

werden. Eine korrekte Bestimmung von RUI ist demnach in der Mehrzahl der Fälle

möglich. Studien, welche anhand von zweidimensionalen CT-Daten positive RUI

diagnostizierten, konnten eine ähnlich gute Sensitivität erzielen (GEMMILL et al.

2005, HOLSWORTH et al. 2005, GEMMILL et al. 2006, WAGNER et al. 2007). Im

Gegensatz dazu konnte die in unseren Untersuchungen nachgewiesene Spezifität

mit zweidimensionalen CT-Daten nicht erreicht werden.

Die klinische Relevanz von milden Ausprägungen von Inkongruenzen des

Ellbogengelenkes ist bis dato nicht endgültig geklärt, so dass eine Differenzierung

zwischen wenig und stark ausgeprägten RUI von 2 mm oder mehr sinnvoll erscheint

(KRAMER et al. 2006, WAGNER et al. 2007). Bei der Bestimmung von eben dieser

ausgeprägten positiven und negativen RUI nimmt die Genauigkeit der semiquantita-

tiven dreidimensionalen und arthroskopischen Bestimmung von RUI in unseren

Studien mit einer Sensitivität von 1,00 weiterhin zu. WAGNER und Mitarbeiter

(WAGNER et al. 2007) konnten bei der Bestimmung von positiven RUI eine ver-

Diskussion

61

gleichbare Sensitivität (0,94), bei guter Spezifität (0,82) erreichen. Damit ist die

Arthroskopie bei der Beurteilung der radioulnaren Gelenkformation allen anderen

bisher untersuchten bildgebenden Verfahren überlegen. Einer der Hauptvorteile der

Arthroskopie ist die direkte Visualisierung der chondralen Gelenkoberfläche. Nach-

teilig ist, dass es sich nichts desto trotz um eine invasive Methode handelt, was ihren

Einsatz als Routineuntersuchung begrenzt (GEMMILL et al. 2006). Da alle in der

Literatur vorliegenden in-vitro Untersuchungen am Ende durch eine Disartikulation

und die direkte Beurteilung der radioulnaren Gelenkflächen validiert wurden, ist dies

für die Diagnostik auch milder RUI der absolute, wenn auch nur theoretische Gold-

standard (MASON et al. 2002, BLOND et al. 2005, HOLSWORTH et al. 2005,

GEMMILL et al. 2006, WAGNER et al. 2007). Aufgrund des invasiven Charakters,

der eine Durchführung am lebenden Patienten nicht möglich macht, hat die drei-

dimensionale Rekonstruktion unserer Studie das Ziel, die radioulnaren Gelenk-

formationen im Zustand einer Disartikulation nicht invasiv zu imitieren. Die Erweite-

rung der CT-gestützten Diagnostik der RUI in der dritten Dimension in Form von hoch

qualitativen, dreidimensionalen Darstellungen der knöchernen Oberfläche von

Radius und Ulna verspricht eine exakte Darstellung der Anatomie der gelenk-

bildenden, subchondralen Gelenkflächen. Wünschenswert wäre die Möglichkeit der

digitalen Vermessung der radioulnaren Gelenkflächen zur Bestimmung der RUI. Als

Hauptproblem stellt sich hierbei die Definition von anatomischen Fixpunkten dar. Als

Folge dieser Einschränkungen wurde bei der vorliegenden Untersuchung eine semi-

quantitative visuelle Bestimmung der radioulnaren Gelenkflächen vorgenommen.

Selbst wenn entsprechende Rassestandards vorliegen würden, ist durch die im Zuge

einer ED auftretenden sekundären arthrotischen Veränderungen und der damit ein-

hergehenden permanenten Veränderungen des subchondralen Knochens ein

präzises Wiedererkennen der entsprechende Messpunkte nahezu unmöglich. Eine

daraus resultierende Konsequenz ist, dass die Genauigkeit der Beurteilung von der

Erfahrung des jeweiligen Untersuchers abhängig ist. MASON und Mitarbeiter (2002)

Diskussion

62

konnten bei röntgenologischen Untersuchungen von RUI nachweisen, dass bei

semiquantitativen Bestimmungen von statistisch signifikanten Unterschieden zwi-

schen verschiedenen Untersuchern ausgegangen werden muss. Der Interklassen-

Korrelationskoeffizient (ICC) bei der Untersuchung der RUI anhand von 3D-Modellen

von 0,87 bescheinigt eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse zwischen den drei

Untersuchern. Aufgrund der vorliegenden Ergebnisse ist davon auszugehen, dass

die Methode der semiquantitativen Bestimmung von RUI durch dreidimensional

rekonstruierte CT-Daten zuverlässige und wiederholbar exakte Ergebnisse liefert.

Hervorzuheben ist jedoch, dass die erzielten Sensitivitäten und Spezifitäten die

gewichtigeren Aussagen über die Qualität einer Untersuchungsmethode darstellen.

Das zu erreichende Optimum stellt eine Untersuchungsmethode dar, die von jeder-

mann oder im besten Falle automatisch mit hoher Sicherheit zu verwenden ist.

Auf die Frage, ob die Lagerung und Manipulation der Vordergliedmaße während

der computertomographischen und arthroskopischen Untersuchung Auswirkungen

auf die Ergebnisse hat (WAGNER et al. 2007), kann nach Auswertung dieser Studien

keine eindeutige Antwort gefunden werden. Bei beiden Studien wurden die Glied-

maßen in speziell angefertigten Halterungen befestigt, um eine Vergleichbarkeit der

Ergebnisse zu gewährleisten. Die Auswirkungen der iatrogenen Manipulation

während der Arthroskopie wurden durch ein standardisiertes Untersuchungsprotokoll

reduziert.

Beiden in diese kumulative Dissertation eingegangenen Arbeiten (BÖTTCHER et

al. 2009, WERNER et al. 2009) ist gemein, dass sie ausschließlich in-vitro durchge-

führt wurden. Dies ermöglicht nur eine eingeschränkte Interpretation der Ergebnisse.

Ein weiterer Aspekt, der bei der Interpretation der Ergebnisse zu berücksichtigen ist,

stellt die Verwendung von „gesunden“ Ellbogengelenken dar. Bei der Evaluierung

des experimentellen Stufenmodells konnte zwar nachgewiesen werden, dass die

verschiedenen Gelenkformationen akkurat simuliert werden können, jedoch handelt

es sich dabei um statische Modelle. Es ist davon auszugehen, dass Gelenk-

Diskussion

63

inkongruenzen in einem frühen Stadium der skelettalen Entwicklung auftreten und

die endgültige anatomische Formation der angrenzenden Gelenkflächen nicht nur

durch genetische, nutritive und hormonelle Faktoren beeinflusst werden, sondern vor

allem durch den mechanischen Stimulus geprägt werden (FROST 1979, OGDEN

1980, HAMRICK 1999). Demnach kann anhand dieser Studien nicht beurteilt

werden, inwieweit sekundäre arthrotische Veränderungen und adaptive Prozesse die

Beurteilung der radioulnaren Gelenkformation sowohl im 3D-Modell als auch in der

arthroskopischen Untersuchung beeinflussen. Weiterhin spiegeln keine der bisher

veröffentlichten Ergebnisse die exakten Gelenkformationen des Ellbogens während

des komplexen Bewegungsablaufes wieder. Grundsätzlich muss bei der Beurteilung

von Kongruenzen oder Inkongruenzen des Ellbogengelenkes hinterfragt werden, ob

die Fokussierung auf die Bestimmung der radioulnaren Gelenkformation im Ergebnis

zielführend ist. Zukünftige Studien sollten demnach die Komplexität aus Gelenkkon-

gruenz, Gelenkstabilität, Gelenkskinematik und funktioneller Achse von Brachium

und Antebrachium berücksichtigen, wenn sie substantiell zur Verbesserung des Ver-

ständnisses der ED beitragen wollen.

Zusammenfassend ist zu sagen, dass sich beide angewandten Untersuchungs-

methoden zur präzisen Beurteilung von positiven und negativen RUI eignen. Basie-

rend auf den in den vorliegenden Arbeiten gewonnenen Erkenntnissen und den Er-

gebnissen vorangegangener Studien sollte zum momentanen Zeitpunkt die Beurtei-

lung der radioulnaren Gelenkformation mittels dreidimensionaler CT-Modelle und an-

schließender arthroskopischen Untersuchung erfolgen. Diese Kombination bietet die

Möglichkeit der Beurteilung sowohl der subchondralen als auch der chondralen Ge-

lenkflächen. Bezüglich der dreidimensional rekonstruierten CT-Daten fehlt es weiter-

hin an definierten, auch am veränderten Gelenk gut und sicher aufzufindenden ana-

tomischen „Landmarks“. Die entsprechende Datenverarbeitung zur Berechung der

notwendigen 3D-Modelle ist allerdings bisher nur unter Studienbedingungen möglich.

Zusammenfassung

64

4 Zusammenfassung

Hinnerk Werner

Sensitivität und Spezifität von Arthroskopie und dr eidimensional

rekonstruierten CT-Modellen zur Bestimmung der radi oulnaren Inkongruenz

am kaninen Ellbogengelenk: eine In-vitro-Studie

Klinik für Kleintiere der Veterinärmedizinischen Fa kultät der Universität Leipzig

Eingereicht im März 2011

(67 Seiten, 10 Abbildungen, 3 Tabellen, 108 Literaturangaben)

Schlüsselwörter: Ellbogengelenk – radioulnare Inkongruenz – Arthroskopie – dreidi-

mensional rekonstruierte CT-Modelle - Hund

Zielstellung: Bei der Frage, ob die Durchführung von Korrekturosteotomien zur Ent-

lastung betroffener Areale bei Hunden mit ED sinnvoll ist, erscheint es uns von

zentraler Bedeutung, auch eine geringgradig ausgeprägte RUI präzise zu bestim-

men. In der vorliegenden Arbeit wurden deshalb folgende Ziele verfolgt: (1) Evaluie-

rung der Sensitivität und Spezifität der Bestimmung von radioulnaren Gelenks-

formationen anhand von dreidimensionalen CT-Modellen und der Arthroskopie. (2)

Erweiterung des Untersuchungsgutes, da im Gegensatz zu vorangegangenen Stu-

dien sowohl Inkongruenzen mit verkürztem Radius (positive RUI) als auch mit ver-

kürzter Ulna (negative RUI) einbezogen wurden.

Material und Methode: In das Untersuchungsgut gingen Vordergliedmaßen gesun-

der Hunde mittelgroßer und großer Rassen ein. Mit Hilfe eines etablierten Modells

wurde experimentell der Radius stufenweise um 1 und 2 mm verkürzt, bzw. verlän-

gert. In der ersten Studie wurden 64 radioulnare Gelenksformationen anhand von

dreidimensional rekonstruierter CT-Modelle untersucht. In der zweiten Studie wurden

Zusammenfassung

65

72 radioulnare Gelenksformationen arthroskopisch beurteilt. Die Art der Stufe und ih-

re Reihenfolge waren jeweils randomisiert und geblindet. Die Gelenksformationen

wurden als -2, -1, 0, 1 und 2 mm Stufe klassifiziert.

Ergebnisse: Für die Bestimmung der radioulnaren Gelenksformation anhand von

dreidimensional rekonstruierter CT-Modelle konnte ein Interklassen-Korrelations-

koeffizient von 0,87 und ein Intraklassen-Korrelationskoeffizient von 0,96 ermittelt

werden. Die mediane Sensitivität im Hinblick auf das Erkennen eines inkongruenten

Gelenkes lag bei 0,86 (0,82 - 0,98). Die mediane Spezifität bei 0,77 (0,62 - 0,92). Bei

der Arthroskopie konnte ein kongruentes Gelenk mit einer Sensitivität von 0,98 (95%

KI: 0,90 - 0,99) bestimmt werden. Die Spezifität ein kongruentes Gelenke richtig zu

diagnostizieren, lag bei 0,89 (95% KI: 0,65 – 0,98).

Schlussfolgerungen: Die Abweichungen zwischen den drei Untersuchern in der

ersten Studie legen nahe, dass die Genauigkeit der Bestimmung von radioulnaren

Inkongruenzen durch entsprechendes Training deutlich verbessert werden können.

Die besten Ergebnisse konnte der Untersucher erzielen, der sich am längsten mit der

beschriebenen Technik befasst hatte. Wir postulieren daher, dass die Genauigkeit

der semiquantitativen Beurteilung der RUI anhand dreidimensional rekonstruierter

CT-Modelle bei regelmäßiger Schulung zunimmt. Dieses Diagnostikum ist in-vitro

präzise, wiederholbar und ermöglicht eine nicht invasive Beurteilung der subchondra-

len Gelenkflächen.

Die Arthroskopie erlaubt eine direkte Visualisierung und Palpation der intraartiku-

lären Strukturen und eine präzise Bestimmung sowohl einer positiven als auch

negativen RUI. Festzuhalten bleibt, dass es eine minimal invasive Technik ist und

sich somit als Standard- beziehungsweise Vorsorgeuntersuchung zur Diagnostik der

ED beim Hund kaum eignet. Im Vergleich zu Röntgen- und CT-Untersuchungen kön-

nen mittels Arthroskopie jedoch die besten Ergebnisse zur Bestimmung der radio-

ulnaren Gelenksformation in-vitro erzielt werden.

Summary

66

5 Summary

Hinnerk Werner

Sensitivity and specificity of arthroscopy and thre e-dimensional image render-

ings for estimation of radioulnar incongruence of t he canine elbow joint: an in

in-vitro study

Department of Small Animal Medicine, Faculty of Vet erinary Medicine, Univer-

sity of Leipzig

Submitted in March 2011

(67 pages, 10 figures, 3 tables, 108 references)

Keywords: elbow joint – radioulnare incongruence – arthroscopy – three-dimensional

image rendering based on computed tomography – dog

Objective: The ability to detect mild incongruence is especially relevant when con-

sidering procedures to modify load distribution in dysplastic elbows. Aims of the

present studies were: (1) to determine the sensitivity and specificity of three-

dimensional image renderings based on computed tomography imaging and arthro-

scopy for diagnosing experimentally induced radioulnar incongruence (RUI) in the

canine elbow joints in-vitro. (2) In extension to preceding studies, we examined a

short ulna (negative RUI) and a short radius scenario (positive RUI).

Material and methods: Cadaver thoracic limbs free of degenerative joint disease

were harvested from adult middle large to large bread dogs. To shorten and lengthen

the radius by 1 and 2 mm increments we used an established experimental model.

In the first study we investigated radioulnar joint conformation by three-

dimensional image renderings in vitro. A total of 64 steps were evaluated. In the sec-

Summary

67

ond study 72 radioulnar joint conformations were arthroscopically measured in vitro.

Estimation of radioulnar joint conformation was blindly evaluated in a random manner

and performed at 1mm increment (-2, -1, 0, 1, 2).

Results: For the estimation of radioulnar joint conformation by three-dimensional

image renderings the inter-observer intraclass correlation coefficient was 0.87.

Repeatability was 0.96. The median sensitivity for correct identifying an incongruent

joint was 0.86 (range 0.82 - 0.98), median specificity was 0.77 (range 0.62 - 0.92).

For arthroscopy the sensitivity for identification of an incongruent joint was 0.98

(95% CI: 0.90 to 0.99). The specificity for identification of a congruent joint was 0.89

(95% CI: 0.65 to 0.98).

Conclusions: In the first study the wide ranges in our results between the three

observers suggest that estimation of radioulnar incongruence on three-dimensional

image renderings may be dramatically increased by training. The best results were

obtained by the person who had the most experience with this technique. This is why

we hypothesize that every investigator would gain similar confidence after appropri-

ate training. The technique is precise, reliable and repeatable in-vitro and mimics

gross inspection of the subchondral joint surfaces in a noninvasive manner.

Arthroscopy allows for direct visualisation of the intra-articular structures and pre-

cise estimation of positive as well as negative RUI. However, it is a minimally inva-

sive technique and so far not widely applicable as a screening tool for ED. In com-

parison to radiography and computed tomography, arthroscopy shows the highest

diagnostic value in-vitro.

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Danksagung

An erster Stelle möchte ich mich bei Herrn Prof. Dr. Gerhard Oechtering für die Mög-

lichkeit der Anfertigung der Dissertation an der Klinik für Kleintiere der Universität

Leipzig bedanken.

Bedanken möchte ich mich bei Frau Prof. Dr. Vera Grevel für die Unterstützung und

die kritische Auseinandersetzung mit dem Thema.

Mein besonderer Dank geht an meinen Betreuer Dr. med. vet. habil. Peter Böttcher

für die Überlassung des Themas, die ständige kompetente fachliche Betreuung, die

wertvollen Ratschläge und die fortwährende Hilfsbereitschaft. Durch ihn wurde mein

Interesse an der Kleintiermedizin und insbesondere der Kleintierchirurgie geweckt. Er

prägte als mein Mentor mein fachliches und wissenschaftliches Wissen und Arbeiten.

Ein weiterer großer Dank geht an die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Klinik für

Kleintiere der Universität Leipzig, insbesondere an alle Mitarbeiter der chirurgischen

Abteilung für die freundliche und angenehme Arbeitsatmosphäre.

Besonders herzlich danke ich meiner Familie, vor allem meiner Frau Dr. Anke Willms

und meinen Freunden, die mir immer geduldig und hilfreich zur Seite standen. Ohne

sie wäre all dies nicht möglich gewesen.