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German Congress of Orthopaedics and Traumatology (DKOU 2016)

25.10. - 28.10.2016, Berlin

Messung der viskoelastischen Eigenschaften bei femoro-tibialer Rotation vor und nach Kreuzbandrekonstruktion

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Constantin von Deimling - Technische Universität München, Klinikum rechts der Isar, Klinik für Orthopädie und Sportorthopädie, München, Germany
  • Peter Föhr - Technische Universität München, Klinikum rechts der Isar, Klinik für Orthopädie und Sportorthopädie, München, Germany
  • Andreas Obermeier - Technische Universität München, Klinikum rechts der Isar, Klinik für Orthopädie und Sportorthopädie, München, Germany
  • Elmar Herbst - Technische Universität München, Klinikum rechts der Isar, Abteilung und Poliklinik für Sportorthopädie, München, Germany
  • Philipp Forkel - Technische Universität München, Klinikum rechts der Isar, Abteilung und Poliklinik für Sportorthopädie, München, Germany
  • Stephan Lorenz - Technische Universität München, Klinikum rechts der Isar, Abteilung und Poliklinik für Sportorthopädie, München, Germany
  • Rüdiger von Eisenhart-Rothe - Technische Universität München, Klinikum rechts der Isar, Klinik für Orthopädie und Sportorthopädie, München, Germany
  • Rainer Burgkart - Technische Universität München, Klinikum rechts der Isar, Klinik für Orthopädie und Sportorthopädie, München, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2016). Berlin, 25.-28.10.2016. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2016. DocPO20-431

doi: 10.3205/16dkou649, urn:nbn:de:0183-16dkou6495

Published: October 10, 2016

© 2016 von Deimling et al.
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Text

Fragestellung: Für neue Behandlungsansätze, Produktvergleiche oder Follow-Up Studien im Bereich der Kreuzbandrekonstruktion ist es von übergreifendem Interesse Untersuchungsinstrumente zu verwenden, die präzise, robust und reproduzierbar Messdaten aufnehmen können. Aus diesem Grund wurde ein mobil einsetzbares Belastungs- und Messsystem entwickelt, mit dem Torsionsmomente und Winkelstellungen auf anatomische Präparate der unteren Extremität aufgebracht und gemessen werden können. Da die Band- und Kapselstrukturen viskoelastische Eigenschaften aufweisen, sind die aufgenommenen Torsionssteifigkeiten abhängig von der Drehgeschwindigkeit. Aus diesem Grund soll ein Elektromotor die Aufgabe einer konstanten Drehbelastung übernehmen und zudem auch sich wiederholende Lastwechsel (schwellend und alternierend um die Neutrallage) durchführen.

Methodik: Ein bereits vorhandener, manuell bedienbarer Prüfrahmen (Ahrens et al., 2011) wurde um ein mechatronisches Antriebssystem erweitert. Die Einleitung des Drehmoments zwischen Tibia und Femur erfolgt an der Tibia, der Femur ist während der tibialen Torsionsbelastung rotationsfest gelagert und verbleibt zudem in einem zuvor definierten Beugewinkel. Vor jedem Versuch werden Startrichtung, Anzahl der Wiederholzyklen, Drehgeschwindigkeit, Drehwinkel bzw. anzufahrendes Drehmoment auf einer Bedienoberfläche ausgewählt. Ein Getriebemotor ist dementsprechend ausgelegt, dass er einen Drehgeschwindigkeitsbereich zwischen 0,1 und 5,0°/s applizieren und bis maximal 20 Nm belasten kann. Über einen Drehmomentsensor wird die Torsion mit einer Auflösung von 0,05 Nm direkt unterhalb der Tibia gemessen und der zeitliche Verlauf live dargestellt. Die Datenkanäle Zeit, Winkel und Drehmoment werden nach dem Versuch in einem Diagramm geplottet, damit z.B. die Torsionssteifigkeit in Form von Drehmoment über Winkel dargestellt werden kann (Abbildung 1 [Abb. 1]).

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Das ursprünglich manuelle Belastungsgerät konnte gemäß den Vorgaben vollständig erweitert werden und ist nun über eine assistenzbasierte Bedienoberfläche konfigurierbar. Zudem werden alle Parameter und Datenkanäle im Hintergrund automatisch abgespeichert. Mit Hilfe des Antriebssystems ist es nun möglich, viskoelastische Eigenschaften des Kniegelenks reproduzierbar und Anwenderunabhängig zu bestimmen. Von besonderem Interesse sind dabei die Veränderungen vor und nach einer (artifiziellen) Kreuzbandruptur sowie nach erfolgter Rekonstruktion, die das neue Messystem aufzeichnen und darstellen kann.