Wetenschap uitgelegd

P.J.C. Heesterbeek, NOV-Werkgroep Orthopedie en Wetenschap

RSA: een grootse methode voor onderzoek naar microbewegingen

Een klein aantal groepen in orthopedisch Nederland doet actief aan RSA-onderzoek; onderzoek met radiostereometrische analyse. Maar wat is RSA precies en waarom wordt dit onderzoek gedaan? Deze Wetenschap uitgelegd gaat hierop in en belicht de ontwikkelingen in dit vakgebied.

Dit is RSA

Al in de jaren ’70 werd de RSA-techniek geïntroduceerd, beschreven door Selvik in 1989.1 RSA staat voor radiostereometrische analyse en is een methode die de beweging (migratie) van twee segmenten ten opzichte van elkaar meet, zoals de mogelijke migratie van een implantaat ten opzichte van het bot waarin het is geplaatst. Het is een veelgebruikte methode in de orthopedie om de adequate fixatie van nieuwe implantaten, veranderingen in ontwerp of coating en/of operatieve technieken te evalueren.

Zo werkt RSA

Voor RSA is het nodig dat er kleine markers (≤1mm) in het bot rondom de prothese geplaatst worden. Daarnaast is een model van de prothese nodig. In het verleden werd gebruikgemaakt van specifiek voor RSA aangepaste implantaten waarop markers bevestigd zijn: ‘marker-based RSA’. Tegenwoordig gebruiken de meeste studies ‘model-based RSA’, waarbij een 3D-model (bijvoorbeeld het CAD-model, de digitale technische tekening) het gebruik van de speciale implantaten overbodig maakt.

Na de operatie wordt een baseline röntgenfoto gemaakt met twee onder een hoek staande röntgenbuizen. De patiënt ligt in/boven een kalibratiebox met markers die het coördinatenstelsel van de 3D-meting vormen (zie figuur 1). Dergelijke röntgenfoto-paren worden postoperatief op meerdere momenten herhaald, bijvoorbeeld na drie maanden, zes maanden, een jaar.

Figuur 1. RSA-opstelling. Twee röntgenbuizen zijn gericht op het gewricht dat onderzocht wordt, in dit geval een heup. Onder de tafel is een kalibratiebox geplaatst met markers voor het coördinatenstelsel. In de box worden ook de röntgendetectoren voor beide foto’s geschoven.2

Berekenen van de migratie

Door de foto’s met speciale RSA-software te analyseren, meet je de microbeweging van het implantaat ten opzichte van het bot. Met de software selecteer je de botmarkers, de markers van de kalibratiebox en de contouren van het implantaat op de röntgenfoto’s. Ook bevat de software een 3D-model van het implantaat. Door de markers van het bot op de verschillende postoperatieve opnames over elkaar heen te leggen, bereken je vervolgens met het 3D-model de beweging van het implantaat ten opzichte van de botmarkers. Deze microbeweging wordt beschreven in zes vrijheidsgraden (drie translaties en drie rotaties) langs en om de x-, y- en z-as. Een voorbeeld van zo’n microbeweging is het inzakken van een heupsteel in het femur of het verschuiven van een knieprothese. Zie bijvoorbeeld deze video van model-based RSA van een knieprothese, van RSAcore, LUMC.

De microbeweging wordt vaak ook in een samenvattende maat beschreven. ‘Maximal total point motion’ (MTPM) is zo’n samenvattende maat en deze is gedefinieerd als ‘de beweging van het punt op een implantaat dat het meeste beweegt’. Dit kan handig zijn als de beweging van het implantaat in meerdere vrijheidsgraden plaatsvindt, bijvoorbeeld een combinatie van een achterwaartse en varus-kanteling van een tibiaplateau. RSA is heel precies; het meet in tienden van millimeters. Met RSA kun je deze microbewegingen vaststellen nog voordat dit op standaard röntgenonderzoek te zien is. Weinig beeldvormende technieken kunnen de precisie en nauwkeurigheid van RSA verslaan, alhoewel met CT veelbelovende ontwikkelingen in opmars zijn, zie verderop in dit artikel.

RSA-onderzoek is belangrijk

De kracht van RSA is de mogelijkheid om op groepsniveau nieuwe implantaten of operatietechnieken te kunnen evalueren. Door RSA hebben we veel kennis vergaard over hoe implantaten zich in bot gedragen. Dit is verschillend per gewricht. Al in de jaren ‘90 beschreef Kärrholm de voorspellende waarde van microbewegingen van gecementeerde stelen van een heupprothese voor het later aseptisch falen van de prothesen.3 Meer recent zijn er ook drempelwaardes beschreven voor tibiaplateau’s van knieprothesen, dankzij het werk van Bart Pijls en collega’s.4 Maar nog niet voor alle soorten implantaten zijn zulke drempelwaarden voor acceptabele microbewegingen beschreven. Met name voor de bovenste extremiteit is het nog onduidelijk wat een acceptabele vroege migratie is. Echter staat wel vast dat continue (toename in) microbeweging uiteindelijk meestal zal leiden tot loslating van een implantaat.

Met de komst van de medical device regulation (MDR) moeten nieuwe implantaten steeds strenger worden onderzocht voordat wijdverbreide marktintroductie toegestaan is. De kracht van RSA hierbij is het op relatief korte termijn onthullen of voorspellen van succes of falen van een nieuw implantaat in termen van aseptische loslating in een gecontroleerde, kleine groep patiënten. Hierbij kunnen duizenden patiënten worden beschermd tegen potentieel slechte implantaten. Verschillende collega’s zijn voorstander van zo’n stapsgewijze introductie van nieuwe implantaten, wellicht slim gecombineerd met implantatenregisters zoals het LROI.5,6

Andere toepassingen van RSA

Naast het meten van microbewegingen van implantaten kan de RSA-techniek ook gebruikt worden voor andere toepassingen. Voorbeelden zijn de evaluatie van stabiliteit van twee botstukken ten opzichte van elkaar in de tijd (zoals bij tibiakop-osteotomieën of fixatie van radiuskopfracturen), het meten van slijtage van de liner van een heupcup, of het meten van contactpunten van femurcomponent op de tibiacomponent in een knieprothese.

Meten met CT-scans

Een meer recente ontwikkeling is het meten van microbewegingen van implantaten met CT-scans. Het principe is hetzelfde: je meet de verplaatsing van het implantaat ten opzichte van het bot, op basis van de prothese en botvolumes uit de CT-scan. Door de grote hoeveelheid informatie in zo’n beeld (anatomische botkenmerken en botdichtheid) kan dat heel precies. Softwarematige ontwikkelingen (‘metal artefact reduction software’ oftewel MARS-filters) voorkomen scattering door het implantaat in de CT-scan. De eerste onderzoeken lijken een nauwkeurigheid en precisie te rapporteren die minstens zo goed is als die van RSA. Een bijkomend voordeel van CT-scans is dat je direct een 3D-beeld hebt, met hoge nauwkeurigheid in drie dimensies, en er is geen speciale kalibratiebox nodig. Een groot nadeel is nog de stralingsbelasting, die afhankelijk van het gewricht kan oplopen in de tijd. Daarnaast is bot een levende substantie, die verandert over de tijd en op geleide van belasting. Wanneer dit bot als referentie wordt gebruikt, is het nog onduidelijk wat dit betekent voor lange termijn-studies aangezien dit een theoretisch verlies van precisie en nauwkeurigheid tot gevolg kan hebben.

Conclusie

Al met al zien we veel mooie ontwikkelingen in een veld waar technologie en patiëntenzorg bij elkaar komen. RSA heeft al een prachtig trackrecord met veel grondig wetenschappelijk werk waarvan een flink deel uit Nederland afkomstig is. We doen als klein land goed mee in de internationale RSA-community, getuige het internationale RSA-congres 2023 in Nijmegen (meeting2023.radiostereometry.org). Op deze fundering kunnen we verder bouwen voor de toekomst.

Disclosure Geen belangenverstrengeling aanwezig.

Referenties 1. Selvik G. Roentgen stereophotogrammetry: a method for the study of the kinematics of the skeletal system. Acta Orthop Scand 1989;232(Suppl.):1-51.

2. Valstar ER, Gill R, Ryd L, Flivik G, Börlin N, Kärrholm J. Guidelines for standardization of radiostereometry (RSA) of implants. Acta Orthop 2005;76(4):563-72.

3. Kärrholm J, Borssen B, Lowenhielm G, Snorrason F. Does early micromotion of femoral stem prostheses matter? 4–7-year stereoradiographic follow-up of 84 cemented prostheses. J Bone Joint Surg Br 1994;76(6):912-17.

4. Pijls BG, Plevier JWM, Nelissen R. RSA migration of total knee replacements. Acta Orthop 2018;89(3):320-8.

5. Malchau H. Introducing new technology: a stepwise algorithm. Spine (Phila Pa 1976) 2000;25(3):285.

6. Nelissen RG, Pijls BG, Kärrholm J, Malchau H, Nieuwenhuijse MJ, Valstar ER. RSA and registries: the quest for phased introduction of new implants. J Bone Joint Surg Am 2011;93(Suppl. 3):62-5.