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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie, 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

25. - 28.10.2011, Berlin

Entwicklung eines Kniesimulators zur dynamischen Testung des Einflusses von Bandinstabilitäten auf das 3D-Patellatracking und die retropatellare Druckverteilung mit Hilfe eines Industrieroboters und eines Trackingsystems

Meeting Abstract

  • V.R. Hofbauer - Universitätsklinikum Münster, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany
  • J. Glasbrenner - Universitätsklinikum Münster, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany
  • M. Schulze - Universitätsklinikum Münster, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany
  • D. Rosenbaum - Universitätsklinikum Münster, Klinik für Allgemeine Orthopädie, Bewegungsanalytik, Münster, Germany
  • T. Zantop - Universitätsklinikum Münster, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany
  • M.J. Raschke - Universitätsklinikum Münster, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 25.-28.10.2011. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2011. DocPO13-404

DOI: 10.3205/11dkou583, URN: urn:nbn:de:0183-11dkou5838

Veröffentlicht: 18. Oktober 2011

© 2011 Hofbauer et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Den größten Einfluss auf die Lateraltranslation der Patella hat das mediale patellofemorale Band (MPFL) (Fulkerson 2007). Bei einer Ruptur weicht die Patella von der optimalen Gleitstrecke ab und es kommt zu einer veränderten Druckverteilung. Dies kann zu einer vorzeitigen Degeneration mit Funktionsverlust bis zum Gelenkersatz führen. Ziel der Arbeit war die Entwicklung eines Kniesimulators zur Testung des Einflusses von Bandinstabilitäten auf die Patella unter Simulation physiologischer Lasten.

Methodik: Die Studie wurde an humanen Kniepräparaten (n=10) durchgeführt. Die Quadricepsmuskulatur wurde in 5 Zugrichtungen entsprechend des anatomischen Faserverlaufes aufgeteilt und die Kräfte in Anlehnung an Farahmand 1998 durch Gewichte proportional zum Muskelquerschnitt simuliert (Gesamtkraft 175N). Die Gewichte wurden über modifizierte Kabelziehstrümpfe [Fa. Lancier] mit der Muskulatur gekoppelt. Für die Patella wurde eine neue, leichte digitale Referenzbasis (DRB) entwickelt und dort montiert. Zusätzlich wurden DRBs für das Femur und die Tibia entwickelt, mit Infrarotmarkern versehen und dort verankert (Abbildung 1 [Abb. 1]).

Die Positionsdaten der Patella, der Tibia und des Femur wurden mit 25 Hz vom Trackingsystem [Optotrak, Fa. NDI] aufgenommen. Erfasst wurde die Relativbewegung zwischen Tibia und Femur („Flexionspfad“) sowie zwischen Patella und Femur. Zur Druckmessung wurde ein Retropatellarsensor [Pliance, Fa. Novel] mit 85 Messzellen eingebracht. Die Robotersteuerung [Fa. Kuka] ist gekoppelt an einen Kraft-Momentensensor. Die lastfreie Flexionsbewegung von 0-90° wurde vor den Messungen anhand von drei Zyklen im hybriden Steuermodus ermittelt. Danach erfolgten die Einzelmessungen mit gleichen Parametern. Es wurden Messungen der Patellaposition im Raum (6 Freiheitsgrade) und des Druckes in Abhängigkeit vom Flexionsgrad und der medialen Krafteinwirkung (MPFL durchtrennt bzw. rekonstruiert) am nativen Knie, mit Muskelkraftsimulation, nach Kapseleröffnung und mit Drucksensor durchgeführt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Der kraftfreie Pfad konnte bei allen Präparaten ermittelt und als Basis für die dynamischen Messungen verwendet werden. Es zeigten sich keine Abweichungen des Pfades der Flexionsbewegung. Dadurch wurden die Messungen ausschließlich durch die Variablen Kapseleröffung, Muskelkraftsimulation und MPFL-Spannung beeinflusst. Die Kopplung der Gewichte an die Muskulatur über Kabelziehstrümpfe stellte bei einer Messdauer von Ø 7,5h pro Knie eine zuverlässige Verbindung dar. Nur in einem Fall riss diese am Vastus lateralis obliquus proximal aus. Alle Referenzbasen waren den gesamten Zeitraum trotz Knieflexionen zu 100% sichtbar und Auslockerungen der Schrauben wurden nicht beobachtet.