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Fragestellung: In der Biomechanik stellt sich immer wieder die Frage, wie sich komplexe Bewegungen, wie beispielsweise jene der Lendenwirbelsäule, dreidimensional in vitro erfassen und visualisieren lassen. Es existieren bereits zahlreiche Möglichkeiten, die Bewegungen während eines biomechanischen Versuchs zu erfassen. Diese beruhen auf taktilen, ultraschalbasierten oder auf optischen Messmethoden. Die letztgenannten zeichnen sich durch eine einfache Handhabung und eine genaue Erfassung der dreidimensionalen Bewegungen aus. Der Nachteil von optischen Systemen besteht jedoch darin, dass normalerweise ausschließlich Bewegungen erfasst werden, die von den Kameras wahrgenommen werden. Die vorliegende Studie beschreibt und evaluiert eine neue Möglichkeit zur Visulisierung- und Auswertung komplexer dreidimensionaler Bewegungen.

Methodik: Die Evaluation der Messmethode erfolgte an 3 humanen (fresh frozen) Lendenwirbelsäulen (l1-5). Die Wirbelsäulen wurden in einem Wirbelsäulenprüfstand (XXX) befestigt. Danach wurden die folgenden physiologische Bewegungen erzeugt: Flexion/Extension, Seitwärtsbewegung sowie Rotation. Die dreidimensionale Bewegung wurde mit einem optischen Messsystem (XXX) erfasst. Zur optischen Erfassung der Bewegung wurden Karbonstäbe mit einer Durchmesser von 2 mm, an deren Ende sich passive Marker befanden, an die Wirbelsäule angebracht. In jeden Wirbelkörper wurden mindestens drei Karbonstifte eingeschlagen. Im Anschluss an die Messung erfolgte eine CT-Untersuchung jeder Wirbelsäule inklusive der eingebrachten Karbonmarker. Mit Hilfe der Software Amira wurden aus den CT-Daten dreidimensionale Modelle der einzelnen Wirbelsäulen erstellt. Diese dreidimensionalen Modelle wurden mit den erfassten Bewegungen mittels Paired-Point Matching abgeglichen.

Ergebnisse: Die simulierte Bewegung der Lendenwirbelsäule konnte vollständig erfasst und dreidimensional visualisiert werden. Durch Paired-Point Matching gelang es die Bewegung im dreidimensionalen CT Modell darzustellen und auszuwerten. Die Bewegung konnte nicht nur im sichtbaren Bereich, sondern auch in den verdeckten Bereichen, wie zum Beispiel im Bereich der Facettengelenke, visualisiert uns ausgewertet werden.

Schlussfolgerung: Durch das Paired-Point Matching der erfassten Bewegung mit konventionellen CT-Daten besteht die Möglichkeit komplexe Bewegungen dreidimensional zu visualisieren. Auf diese Weise gelingt auch in den verdeckten Bereichen, die sonst nur schwer mit Messsystemen beurteilt werden können, eine genaue Evaluation der Bewegung. In einem weiteren Schritt könnte die vorgestellte Methode zur Evaluation von Finiten Element Modellen genutzt werden.