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Fragestellung: Die Anzahl der operierten Hüft- und Knie-Totalendoprothesen (TEP) in Deutschland steigt immer weiter an. Auch die Revisionsendoprothetik gewinnt immer mehr an Bedeutung. Dabei wird versucht, die gelenkanatomischen Parameter zu rekonstruieren. Biomechanische Parameter der Muskulatur finden in der präoperativen Planung kaum Berücksichtigung. Vor allem bei Revisionsimplantaten des Hüftgelenks können die ursprüngliche Gelenksgeometrie und defekte Muskelansätze aber häufig nicht rekonstruiert werden. Die Rehabilitation verlängert sich dadurch deutlich oder ist nicht mehr vollständig möglich. Daraus ergibt sich die Frage, ob und wie biomechanische Simulationen dazu beitragen können, den Operateur in der Planung zu unterstützen, sodass der Patient nach der OP geringstmöglich in seiner Lebensführung eingeschränkt ist.

Methodik: Um den Einfluss der Implantatgeometrie sowie der anatomischen Gegebenheiten im Revisionsfall auf die Muskelfunktion abschätzen und optimieren zu können, wurde ein biomechanischer Simulator entwickelt. Das Muskel-Skelett-System des Menschen wird als durch Muskeln aktuiertes biomechanisches Mehrkörper-System nachgebildet. Die Gelenk- und Muskelgeometrie kann beliebig variiert werden. Beim vorgestellten Hüft-Simulator wird die Position des Trochanter major bezüglich des Drehzentrums sowie die Position der Hüftpfanne im Becken in kartesischen Koordinaten beschrieben. Aus der Trochanter-Position können CCD-Winkel, AT-Winkel, Offset und Beinlängendifferenz berechnet werden. Der Simulator kann nun den Einfluss der kinematischen Veränderungen durch das simulierte Kunstgelenk auf die Drehmomenterzeugung der einzelnen Muskelstränge in einer bestimmten Körperhaltung oder Bewegung berechnen. Defekte Muskeln oder Muskelanteile sind durch die Software ebenfalls simulierbar. Für die Hüftsimulation wurde der einbeinige Stand gewählt, da dieser der Standphase beim Gehen stark ähnelt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die durchgeführten Simulationen zeigen, dass biomechanische Betrachtungen in die vorhandenen Tools zur Operationsplanung integriert werden sollten. Dem Operateur kann ein Werkzeug an die Hand gegeben werden, das ihn bezüglich der Biomechanik schon bei der Planung einer TEP unter Berücksichtigung der anatomischen Gegebenheiten sinnvolle Parameterbereiche erkennen lässt. Bereits kleine Veränderungen in der Positionierung der Implantate können dabei zu beträchtlichen Unterschieden in der Momenterzeugung durch die beteiligten Muskeln führen. Abbildung 1 [Abb. 1] zeigt exemplarisch die Aktivierung der Muskeln eines OpenSim-Modells im Einbeinstand.