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In vivo „Mikrobiomechanik“ nach Marknagelosteosynthese einer Tibiaschaftfraktur – Vorstellung eines individualisierten Simulationsalgorithmus basierend auf kontinuierlicher Ganganalyse unter klinisch realisierbaren Bedingungen
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Autoren
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Benedikt Braun
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
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Tim Pohlemann
- Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Universität des Saarlandes, Homburg, Germany
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Steven Herath
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
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Moritz Klein
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
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Mika Rollmann
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
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Ralf Derr
- Lehrstuhl für Technische Mechanik, Universität des Saarlandes, Saarbrücken, Germany
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Stefan Diebels
- Lehrstuhl für Technische Mechanik, Universität des Saarlandes, Saarbrücken, Germany
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Michael Roland
- Lehrstuhl für Technische Mechanik, Universität des Saarlandes, Saarbrücken, Germany
| Veröffentlicht: | 6. November 2018 |
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Gliederung
Text
Fragestellung: Die interfragmentäre Bewegung/Dehnung im Frakturspalt ist eine Schlüsseldeterminante der Frakturheilung. Verschiedene Modelle um diese zu simulieren sind bereits etabliert, allerdings basieren diese vornehmlich auf einem standardisierten Belastungsinput. Dabei wird die interfragmentäre Bewegung an der unteren Extremität im Wesentlichen durch die Steifigkeit der Versorgung und den Belastungsinput durch den Gang des Patienten bedingt. Durch neue Ganganalysesysteme ist der patienteneigene, reale Belastungsinput nun kontinuierlich während der Nachbehandlung messbar und zu Simulationszwecken nutzbar.
Ziel dieser Arbeit ist es daher einen Simulationsalgorithmus vorzustellen, der die Berechnung der Interfragmentären Bewegung basierend auf der patienteneigenen Belastung, Frakturgeometrie und osteosynthetischen Versorgung erlaubt.
Methodik: Anhand der postoperativen Röntgendiagnostik wird für jeden Fall die individuelle Frakturgeometrie und Implantatsituation mittels CAD System abgebildet. Die postoperative Belastung des Patienten wird mit einem kontinuierlichen Ganganalysesystem aufgezeichnet (OpenGO, Moticon GmbH, München). Diese wird dann in ein OpenSim Modell übertragen und dort auf die Bodenreaktionskraft-Spur eines validierten Standardgangmodells gemappt. Das OpenSim Modell wird entsprechend Größe und Gewicht des Patienten angepasst und zur Berechnung der wirkende Kräfte als Input für den finalen Simulationsschritt genutzt. Mittels FE Simulation werden dann die aus der individualisierten Fraktur- und Versorgungssituation, sowie aus dem Belastungsinput bestimmten Kräften, resultierende interfragmentäre Bewegung berechnet.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Der Ablauf wurde in einem Pilotprojekt klinisch validiert. Die resultierende axiale interfragmentäre Bewegung betrug im Maximum 0,149 mm (IFD: 14%), die Scherkräfte betrugen maximal 0,035 mm und 0,05 mm (Abbildung). Klinisch und radiologische zeigte sich zur 6-Monats Kontrolle eine vollständige Frakturheilung.
Insgesamt erlaubt der vorgestellte Simulationsalgorithmus eine hinsichtlich Fraktursituation und Osteosynthese individualisierte Berechnung der belastungsindizierten interfragmentären Bewegung anhand von im klinischen Alltag verfügbaren Daten (Belastung, Röntgen, vornehmlich Freeware), ohne zusätzliche Diagnostik. Validierungen an Folgepatienten, sowie eine Biomechanische Untersuchung der Simulationsergebnisse sind bereits Gegenstand laufender Studien. In Zukunft ist unter Erweiterung bereits etablierter Kallussimulationen auch eine vollständige Simulation der Frakturheilung denkbar als wertvolle Hilfe zur Prognoseeinschätzung und prophylaktischer Therapieanpassung.
