In Deutschland leiden rund 20 Millionen Menschen an Kniebeschwerden, viele davon an Arthrose. Für einen Teil dieser Patienten wird eine Knieendoprothese notwendig, um Schmerzen zu reduzieren und Mobilität wiederherzustellen. Moderne Konzepte wie die Phänotypisierung gehen dabei über das klassische Standard-Alignment hinaus: Das Knie wird nach seiner individuellen anatomischen Identität beurteilt und die Prothese entsprechend personalisiert ausgerichtet, was zu natürlicherer Funktion und höherer Zufriedenheit führt.
„Jedes Knie besitzt eine eigene Identität – ähnlich einem Fingerabdruck. Es ist individuell geformt, ausgerichtet und biologisch geprägt. Genau hier setzt die Phänotypisierung an: Sie verabschiedet sich vom früheren Standardansatz, bei dem Prothesen und Schnitte nach einem durchschnittlichen Knie ausgerichtet wurden. Das klassische mechanische Alignment, die Ausrichtung, zielte darauf ab, jedes Bein auf eine neutrale Achse zu bringen. Dafür wurden am Ober- und Unterschenkel standardisierte 90-Grad-Schnitte gesetzt – unabhängig davon, ob jemand ursprünglich ein gerades Bein, ein ausgeprägtes O-Bein oder ein X-Bein hatte. Diese Vereinheitlichung führte zwangsläufig zu Unterschieden in Bandspannung und Stabilität, weil die individuelle Anatomie nicht berücksichtigt wurde. Mit der Weiterentwicklung der Materialien, insbesondere stabilerer und belastbarer Kunststoffe, wurde es möglich, sich stärker an der natürlichen Anatomie des Patienten zu orientieren. Dadurch können heute andere Schnittwinkel gewählt werden, die dem individuellen Knie besser entsprechen. Die Entwicklung dieser personalisierten Herangehensweise begann vor etwa sieben bis acht Jahren. Das Konzept der Phänotypen betrachtet das Knie nicht nur hinsichtlich seiner Achsen, sondern als gesamte funktionelle Einheit – inklusive Ausrichtung, Bandspannung und anatomischer Besonderheiten. Damit bewegt sich die Orthopädie weg von einer Durchschnittsmedizin hin zu einer wirklich individuellen Versorgung. Der große Vorteil: Die Knochenschnitte passen besser zur natürlichen Anatomie, was weniger Anpassungen der Bandspannung nötig macht und zu mehr Stabilität und einem natürlicheren Gefühl für das eigene Knie führt“, schildert Prof. Dr. Hirschmann zu Beginn unseres Gesprächs.
Die zuverlässigsten klinischen Parameter zur Bestimmung des Knie-Phänotyps sind jene, die die natürliche Beinachse, die Bandspannung, die Gelenkspaltgeometrie und die funktionelle Kinematik des Knies abbilden. Sie werden präoperativ durch eine Kombination aus klinischer Untersuchung, bildgebender Diagnostik und funktioneller Analyse erhoben und erlauben eine präzise Einordnung des individuellen Knie-Typs.
„Für die individuelle Planung eines Kniegelenkersatzes hat sich die Diagnostik deutlich weiterentwickelt. Entscheidend ist heute, dass nicht mehr nur zweidimensionale Informationen genutzt werden. Eine Ganzbeinaufnahme gehört zwar weiterhin zum Standard, liefert aber nur ein flaches Bild. Da ein Knie jedoch dreidimensional geformt ist, braucht es auch dreidimensionale Daten. Deshalb wird beispielsweise ein stehendes CT durchgeführt – ein Computertomogramm unter Belastung. Diese Aufnahmen geben Aufschluss über Stabilität, Ausrichtung und die tatsächliche räumliche Form des Knies. Auf Basis dieser Daten gibt es zwei Wege: Entweder wird eine Standardprothese verwendet, die in verschiedenen Größen verfügbar ist und deren Ausrichtung individuell an die Anatomie des Patienten angepasst wird. Oder es wird eine vollständig personalisierte Knieprothese gefertigt. In diesem Fall gehen die CT-Daten an den Hersteller, der daraus sowohl die Prothese als auch patientenspezifische Schnittblöcke produziert. Dieses Verfahren bildet die individuelle Anatomie besonders präzise ab. Parallel dazu ermöglicht moderne Robotik ebenfalls eine sehr genaue Individualisierung. Auch hier können Schnittführung und Ausrichtung exakt an die persönliche Anatomie angepasst werden – allerdings mit einer Standardprothese, die in zehn bis zwölf Größen bereitsteht. Beide Wege verfolgen dasselbe Ziel: eine passgenaue, anatomisch stimmige Versorgung, die dem individuellen Knie so nahe wie möglich kommt“, erläutert Prof. Dr. Hirschmann.
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Kniegelenkprothese._Rama, CC BY-SA 2.0 FR
Die Bestimmung des individuellen Knie-Phänotyps verändert den gesamten Ablauf für den Patienten, weil Diagnostik, Planung und Implantatpositionierung deutlich präziser und stärker personalisiert ablaufen.
„Bei der robotergestützten Kniechirurgie hat sich vor allem eines verändert: Während der Operation stehen deutlich mehr Informationen zur Verfügung als früher. Vor dem Eingriff basiert die Planung meist auf einer Ganzbeinaufnahme, also einem zweidimensionalen Bild. Damit lässt sich die Streckung gut beurteilen, die Beugung jedoch ist sehr individuell – und genau hier liefert die Robotik entscheidende Zusatzdaten. Der Roboter misst die Bandspannung in der Beugung präziser und ermöglicht es, diese während der Operation optimal an die Anatomie des Patienten anzupassen. Der große Vorteil liegt darin, dass Informationen nicht nur vorab, sondern direkt im OP gewonnen werden. Der Operateur kann auf diese Daten reagieren und die Stabilität des Knies in Echtzeit beurteilen. Bei einem rein konventionellen Vorgehen ohne robotergestützte Unterstützung fehlen diese Informationen – insbesondere über den Beugespalt und die dortige Stabilität. Die Robotik schafft damit eine deutlich individuellere, präzisere und funktionell besser abgestimmte Versorgung“, hebt Prof. Dr. Hirschmann hervor und ergänzt:
„Bei Revisionsoperationen – also, wenn bereits eine Knieprothese vorhanden ist und aus Altersgründen oder wegen eines Problems ausgetauscht werden muss – gibt es derzeit keine individuell hergestellten Prothesen. Allerdings gibt es erste Ansätze, die Robotik auch in diesem Bereich einzusetzen, um Revisionen weniger invasiv durchführen zu können. Der Roboter, beziehungsweise das Navigationssystem, liefert während des Eingriffs zusätzliche Informationen über die Ausrichtung und die Bandspannung des bestehenden Implantats. Diese Daten könnten künftig dabei helfen, nicht mehr die gesamte Prothese entfernen zu müssen, sondern nur einzelne Komponenten auszutauschen. Das wäre für den Patienten deutlich schonender. Diese Entwicklungen stehen jedoch noch am Anfang. Das langfristige Ziel ist, Prothesen länger zu erhalten, nur die betroffenen Teile zu wechseln und mithilfe der Robotik eine präzisere Einstellung zu erreichen“.
Der individuelle Knie-Phänotyp beeinflusst sowohl die Implantatpositionierung als auch die intraoperative Bandbalance, weil er vorgibt, welche anatomischen und funktionellen Eigenschaften des Knies erhalten und nicht korrigiert werden sollen. Ein varischer, valgischer, „laxer“ oder „tighter“ Phänotyp beschreibt jeweils ein bestimmtes funktionelles Muster des Knies, das sich aus drei miteinander verknüpften Eigenschaften ergibt: der Beinachse, der Form und Neigung des Gelenkspalts sowie der Spannung der umgebenden Bänder. Diese Merkmale treten nicht isoliert auf, sondern bilden stabile Kombinationen, die für jeden Phänotyp typisch sind. Ein varischer Phänotyp zeigt beispielsweise eine O-Bein-Tendenz, in Streckung einen medial engeren Gelenkspalt und eine höhere Spannung der inneren Bandstrukturen, während ein valgischer Phänotyp eher eine X-Bein-Achse, in Streckung eine laterale Öffnung und eine stärkere Belastung der äußeren Bandseite aufweist. Ein „laxer“ Phänotyp ist durch eine größere Aufklappbarkeit und weichere Bandführung gekennzeichnet, wohingegen ein „tighter“ Phänotyp straffe Bänder und einen engen, wenig nachgiebigen Gelenkspalt besitzt. Entscheidend ist, dass diese Kombinationen das Bewegungsverhalten und die Stabilität des Knies prägen und damit auch bestimmen, wie ein Knie operativ ausgerichtet oder prothetisch rekonstruiert werden sollte.
Es gibt inzwischen eine wachsende, aber noch nicht abschließend konsolidierte Evidenz dafür, dass ein phänotypnahes bzw. phänotypbasiertes Alignment mit besseren funktionellen Ergebnissen und höherer Zufriedenheit assoziiert ist – vor allem dann, wenn der ursprüngliche Phänotyp nicht „gewaltsam“ in ein mechanisch neutrales Schema überführt wird.
Hierzu kommentiert Prof. Dr. Hirschmann: „Die verfügbaren Daten zeigen, dass sich Unterschiede in der Standzeit frühestens nach etwa 15 Jahren zuverlässig beurteilen lassen – und genau diese langen Zeiträume sind für die robotische Chirurgie derzeit noch nicht ausreichend abgedeckt. Grundsätzlich geht man jedoch davon aus, dass robotische Systeme helfen, sogenannte Outlier zu vermeiden, also Implantatpositionierungen, die vom geplanten Ideal abweichen, weil bestimmte anatomische Details intraoperativ nicht exakt erfasst wurden. Wenn solche Abweichungen seltener auftreten, sollten sich langfristig sowohl die Standzeiten verbessern als auch die Revisionsraten sinken. Diese Überlegung ist logisch und wird fachlich breit geteilt, doch die aktuelle Datenlage reicht noch nicht aus, um das eindeutig zu bestätigen. Registerdaten aus Australien zeigen bereits Vorteile bei Teilprothesen, allerdings ohne bislang einen großen Unterschied in den langfristigen Standzeiten nachweisen zu können. Insgesamt lässt sich sagen, dass die bisherigen Ergebnisse vielversprechend sind, aber noch mehr belastbare Langzeitdaten benötigt werden“ und führt weiter aus:
„Durch die personalisierte Ausrichtung des Kniegelenks lässt sich tatsächlich eine günstigere Erholung beobachten – weniger wegen der Prothese selbst, sondern vor allem wegen der präziseren Ausrichtung und der besseren Bandorientierung. Entscheidend ist, dass die Phänotypisierung ermöglicht, den individuellen Gelenktyp zu respektieren, unabhängig davon, ob eine Standard- oder eine maßgefertigte Prothese eingesetzt wird. Je weniger man von der natürlichen Anatomie abweichen muss, desto leichter fällt dem Körper die Anpassung. Wer jahrzehntelang mit einem O-Bein gelebt hat, empfindet es als deutlich belastender, wenn das Bein plötzlich vollständig geradegestellt wird. Bleibt hingegen ein leichtes O-Bein bestehen, entspricht das eher der gewohnten Statik und sorgt für mehr Stabilität. Für die Weichteile bedeutet das einen kürzeren Anpassungsweg, und genau das spüren die Patienten: weniger Umstellung, weniger Irritation, schnellere funktionelle Erholung. Die personalisierte Ausrichtung trägt damit spürbar zu einer günstigeren Genesungsentwicklung bei – auch im Hinblick auf das Ziel ,Back to Sports´“.
Bei komplexen Fällen wie Revisionen, posttraumatischen Fehlstellungen oder ligamentären Insuffizienzen lässt sich die Phänotypisierung nicht einfach „eins zu eins“ übertragen, sie bleibt aber als konzeptioneller Rahmen sehr wertvoll. Im Unterschied zur Primär-Knieprothese steht hier weniger die exakte Rekonstruktion des ursprünglichen Phänotyps im Vordergrund, sondern eine phänotyporientierte Annäherung unter den gegebenen anatomischen und weichteiligen Einschränkungen. Ausgangspunkt ist immer die Frage: Wie sah das Knie ursprünglich vermutlich aus – und was ist davon unter den aktuellen Bedingungen noch sinnvoll und sicher rekonstruierbar?
„Bei der genaueren Betrachtung des Kniegelenks zeigt sich, dass es durchaus Situationen gibt, in denen eine personalisierte Ausrichtung nicht sinnvoll ist. Manche Deformitäten gelten als eindeutig pathologisch – etwa ein ausgeprägtes X-Bein, das funktionell ungünstig ist und das man nicht einfach rekonstruieren möchte. In solchen Fällen wird bewusst korrigiert, also eine adjustierte Personalisierung vorgenommen, um ein funktionierendes, stabiles Gelenk zu erreichen. Ziel ist immer, Pathologien nicht wiederherzustellen, sondern ein tragfähiges biomechanisches Umfeld zu schaffen. Dabei spielen mehrere Faktoren eine Rolle: die Knochenqualität, das Ausmaß der Achsabweichung und die Bandstabilität. Wenn etwa Innen- oder Außenband insuffizient sind, kann man die ursprüngliche Stellung nicht einfach übernehmen, weil das Gelenk sonst nicht stabil funktionieren würde. Auch ein sehr weicher, osteoporotischer Knochen kann dazu führen, dass bestimmte Ausrichtungen – etwa ein verbleibendes O-Bein – nicht geeignet sind, weil die Prothese darin nicht zuverlässig verankert wäre. Das Alter selbst spielt hingegen keine entscheidende Rolle. Maßgeblich ist, wie belastbar der Knochen ist und ob die anatomischen Strukturen eine rekonstruierende oder eher korrigierende Strategie zulassen. So entsteht eine klare Logik: Personalisierung ja – aber nur dort, wo sie biomechanisch sinnvoll und langfristig stabil ist“, hält Prof. Dr. Hirschmann fest.
Personalisierte Kniechirurgie stellt hohe Anforderungen an Klinik, Team und Operateur – nicht nur technisch, sondern vor allem konzeptionell. Wer diesen Ansatz auf hohem Niveau umsetzen will, braucht ein tiefes Verständnis dafür, wie individuelle Anatomie, funktionelle Zusammenhänge und operative Entscheidungen ineinandergreifen.
„Die Klinik muss einiges leisten, um personalisierte Kniechirurgie auf hohem Niveau anbieten zu können. Für den Operateur bedeutet das vor allem, die zugrunde liegenden biomechanischen Prinzipien wirklich im Detail zu verstehen: Welche Ausrichtung führt zu welchem funktionellen Ergebnis, welche Anpassung ist sinnvoll, welche nicht. Wer aus der klassischen Standardendoprothetik kommt, muss sich in diese Denkweise erst einarbeiten – denn Personalisierung verlangt ein deutlich differenzierteres Verständnis der individuellen Anatomie und ihrer Konsequenzen im OP. Dazu gehört auch, sich die Abläufe bei erfahrenen Kollegen anzusehen und die Logik hinter den Entscheidungen nachzuvollziehen. Die Herausforderung liegt weniger in der technischen Durchführung als in der gedanklichen Vorarbeit: Man muss wissen, wohin man operativ ,fahren´ möchte. Früher war das einfach – jede Prothese wurde in dieselbe Zielposition gebracht. Heute richtet sich die Zielposition nach dem individuellen Knie, und das macht die Entscheidungsfindung komplexer. Technisch wird daran gearbeitet, diesen Prozess zu vereinfachen – etwa durch robotische Unterstützung und KI-basierte Systeme, die wie ein Navigationsgerät im OP funktionieren. Erste Entwicklungen zeigen, dass Algorithmen künftig Schritt für Schritt anzeigen könnten, welche Anpassung bei welchem Phänotyp sinnvoll ist. Doch bis diese Systeme vollständig etabliert sind, bleibt die größte Anforderung die gedankliche Präzision des Operateurs: Nur wer die Zusammenhänge wirklich durchdringt, kann personalisierte Chirurgie sicher und konsistent anwenden“, betont Prof. Dr. Hirschmann und erklärt die nötigen Schritte, bis ein Operateur eine Individualprothese operieren kann:
„Die zeitliche Entwicklung bis zur ersten eigenen personalisierten Knie-OP lässt sich gut als mehrstufiger Lern- und Trainingsprozess beschreiben. Entscheidend ist, dass der Eingriff erst dann am Patienten erfolgt, wenn das gesamte Konzept wirklich in der Tiefe verstanden wurde – biomechanisch, technisch und im Hinblick auf die Konsequenzen jeder Ausrichtung. Zunächst steht das Einlesen in die Grundlagen: wissenschaftliche Publikationen, Fallbeispiele, Prinzipien der personalisierten Ausrichtung. Darauf folgt die Phase der Simulation. Mit CT-basierten Modellen lässt sich nachvollziehen, wie sich unterschiedliche Ausrichtungen auf Achsen, Bandspannungen und Bewegungsabläufe auswirken. Diese Programme sind ein zentraler Baustein, weil sie das Verständnis für Ursache-Wirkung-Beziehungen schärfen. Im nächsten Schritt kommen Kurse der Prothesenhersteller hinzu – zunächst an Kunstknochen, später an Kadavern. Erst wenn diese Stufen sicher beherrscht werden, folgt das Hospitieren im OP bei erfahrenen Kollegen. Die erste eigene Operation erfolgt dann bewusst nicht mit maximaler Komplexität, sondern mit einer ,leichten´ Personalisierung, die sich im Verlauf steigern lässt, sobald Sicherheit und Routine wachsen“.
Die Verbreitung personalisierter Knieendoprothetik hängt stark davon ab, in welchem Ausmaß man Personalisierung definiert. In Deutschland dominieren weiterhin die klassischen mechanischen oder standardisierten Ausrichtungen – sie machen nach wie vor rund 60 bis 70 Prozent aller Implantationen aus. Dennoch verschiebt sich das Verhältnis Jahr für Jahr.
Prof. Dr. Hirschmann macht deutlich: „Die personalisierte Ausrichtung gewinnt spürbar an Dynamik, weil immer mehr Operateure erkennen, dass sie biomechanisch sinnvoll ist und für viele Patienten funktionelle Vorteile bringt. Dass der Wandel nicht schneller erfolgt, hat nachvollziehbare Gründe. Viele erfahrene Operateure, die seit Jahrzehnten mechanisch ausrichten, stellen ihre Methode in den letzten Berufsjahren nicht mehr um – nicht aus Ablehnung, sondern weil die Umstellung zeitintensiv ist und ein tiefes Verständnis der neuen Konzepte erfordert. Das Wachstum kommt daher vor allem aus der jüngeren Generation, die bereits mit personalisierten Konzepten ausgebildet wird und diese selbstverständlich in ihre Praxis integriert. So entsteht ein kontinuierlicher, aber eben kein sprunghafter Übergang. Parallel dazu verändert sich auch das Patientenverhalten. Durch Internetrecherche, Erfahrungsberichte und KI-gestützte Informationssuche sind viele heute deutlich besser informiert. Sie prüfen, wer welche Methode anbietet, und suchen gezielt Zentren auf, die personalisierte Verfahren anwenden. Gleichzeitig bleibt die klassische Weiterempfehlung ein zentraler Faktor: Zufriedene Patienten bringen Freunde und Bekannte mit, während andere gezielt von weiter her anreisen, weil sie online auf entsprechende Expertise gestoßen sind“.
Die aktuelle Entwicklung konzentriert sich noch stark auf das Gesamt-Alignement des Kniegelenks, also auf die präzise Einstellung der Achsen und die korrekte Ausrichtung. Gleichzeitig deutet vieles darauf hin, dass die nächsten großen Fortschritte deutlich darüber hinausgehen werden.
„Besonders der Lauf der Kniescheibe rückt stärker in den Fokus – nicht nur als statische Struktur, sondern als dynamischer Prozess, der während der Bewegung erfasst und verstanden werden muss. Damit bewegt sich das Feld zunehmend in Richtung Digital Twins, also digitaler Abbilder des individuellen Kniegelenks, mit denen sich simulieren lässt, wie sich bestimmte operative Entscheidungen auf die spätere Kinematik auswirken. Solche Modelle könnten zeigen, welche Bewegungsabläufe entstehen, wenn Komponenten in einer bestimmten Weise positioniert werden. Genau in diese Richtung wird sich die Entwicklung fortsetzen, und das macht die aktuelle Phase besonders spannend. Vieles entsteht gerade, manches wird sich erst noch zeigen müssen, wenn es in der klinischen Realität ankommt, aber die Dynamik ist enorm und eröffnet neue Möglichkeiten. In Basel werden derzeit rund 120 Wechseloperationen und etwa 250 Primäroperationen pro Jahr durchgeführt – eine Zahl, die für die Schweiz ausgesprochen hoch ist“, hebt Prof. Dr. Hirschmann zum Abschluss unseres Gesprächs hervor.
- International führender Kniechirurg, Spezialist für Endoprothetik & Revisionen
- Pionier der Phänotypisierung: patientenspezifisches Alignment, 3D-Prothesen, Robotik
- Breites operatives Spektrum: Meniskus, Kreuzband, Knorpel, Osteotomien, Teil- & Totalprothesen
- Experte für Schmerzen nach Knieprothese mit standardisiertem Diagnostik- und Therapiekonzept
- Hohe wissenschaftliche Sichtbarkeit: >450 Publikationen, internationale Auszeichnungen
- Führungsrolle in Fachgesellschaften: Past Präsident Personalized Arthroplasty Society, Vorstand DKG & ESSKA
- Klinische Professur für Orthopädie und Biomechanik an der Universität Basel
- Chefarzt und Zentrumsleiter des Universitären Zentrums für den Bewegungsapparat und der Universitären Klinik für Orthopädie und Traumatologie
- Stärkt das KSBL als Spitzenzentrum
