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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

Experimentelle Validierung einer muskuloskelettalen Mehrkörpersimulation von transfemoral amputierten Prothesenträgern

Meeting Abstract

  • B. Welke - Medizinische Hochschule Hannover / Orthopädische Klinik, Labor für Biomechanik und Biomaterialien, Hannover, Germany
  • C. Hurschler - Medizinische Hochschule Hannover / Orthopädische Klinik, Labor für Biomechanik und Biomaterialien, Hannover, Germany
  • M. Schwarze - Medizinische Hochschule Hannover / Orthopädische Klinik, Labor für Biomechanik und Biomaterialien, Hannover, Germany
  • S. Oehler - Technische Universität Berlin/Fachgebiet Medizintechnik, Institut für Konstruktion, Mikro- und Medizintechnik, Berlin, Germany
  • M. Kraft - Technische Universität Berlin/Fachgebiet Medizintechnik, Institut für Konstruktion, Mikro- und Medizintechnik, Berlin, Germany
  • F. Seehaus - Medizinische Hochschule Hannover / Orthopädische Klinik, Labor für Biomechanik und Biomaterialien, Hannover, 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. DocPO16-876

DOI: 10.3205/11dkou631, URN: urn:nbn:de:0183-11dkou6315

Veröffentlicht: 18. Oktober 2011

© 2011 Welke et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Die Mehrkörpersimulation (MKS) bietet die Möglichkeit Belastungen des muskuloskelettalen Bewegungsapparates nicht invasiv abzubilden. So erlaubt die MKS Untersuchungen durchzuführen, die aus ethisch-medizinischen Gründen instrumentell nicht möglich wären. Vor Anwendung der MKS ist eine Validierung erforderlich. Im Bereich der Belastungsanalyse bei oberschenkelamputierten Patienten ergibt sich so die Möglichkeit, die zur MKS-Validierung benötigten Daten mittels eines mobilen Messsystems direkt im Bereich der Prothesenanbindung zu messen.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Validierung des adaptierten MKS-Modells zur Belastungsbestimmung im Bereich der Prothesenanbindung. Folgende Arbeitshypothese liegt dieser Studie zu Grunde: Es soll eine im Rahmen von numerischen Simulationen zur erwartenden Übereinstimmung zwischen direkt gemessenen Belastungen und den durch die MKS bestimmten Belastungen an der Prothesenanbindung bestehen.

Methodik: Durch die Methode der instrumentellen Bewegungsanalyse (VICON, PlugInGait, AMTI) wird das Bewegungsverhalten beim Gehen in der Ebene von 6 einseitig oberschenkelamputierten Probanden (6 Wdh. je Probanden) erfasst. Die Probanden tragen eine konventionelle Schaftversorgung mit einem mikroprozessorgeregeltem Kniepassteil (C-Leg, Otto Bock Healthcare).

Ein Dehnungsmessstreifen-basiertes mobiles Messsystem wird zwischen Schaft und Kniegelenk in den Prothesenaufbau integriert. Zeitgleich zur Bewegungsanalyse werden so die Belastungen am Einsatzort in allen drei Dimensionen erfasst.

Die in der Bewegungsanalyse erfassten Daten werden anschließend in die MKS (AnyBody Modeling System 4.2) importiert. Das zugrundeliegende MKS-Modell ist anhand der anthropometrischen Patientendaten skaliert, der Muskelapparat wird nicht berücksichtigt. Anschließend werden die Belastungen mittels inverser Dynamik berechnet. Die simulierten und die gemessenen Daten werden mittels einer Parameteranalyse paarweise verglichen und statistisch geprüft (SPSS 17).

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Für das Gehen in der Ebene beträgt die max. axiale Belastung (Mittelwert ± Standardabweichung) zum Zeitpunkt des Fersenauftrittes 102±12% BW für die MKS und 103±16% BW für das Messsystem. In der medial-lateral Richtung beträgt die max. Belastung zum gleichen Zeitpunkt 13±2% BW (MKS) und 12±3% BW (Messsystem). Die axiale Richtung zeigt die beste Übereinstimmung mit maximal 7,4% relativer Abweichung. Die gemessenen und berechneten resultierenden Kräfte weichen über den gesamten Gangzyklus im Mittel 6,8% BW voneinander ab.

Die mittels einer MKS berechnet Belastungen werden in einem direkten Vergleich mit einem vom Probanden getragenen mobilen Messsystem verglichen und validiert. Gemessene und simulierte Belastungen zeigen eine Übereinstimmung, die im Rahmen der numerischen Simulation akzeptabel ist und entlang der Hauptbelastungsachse am besten war. Somit ist aus unserer Sicht die MKS zur Bestimmung der Belastungen im Bereich der Prothesenanbindung während des Gehens ein geeignetes Instrumentarium.