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Fragestellung: Die interfragmentäre Bewegung (engl.: Interfragmentary movement (IFM)) ist eine Schlüsselgröße für die Frakturheilung und wird durch den Gangzyklus und die Gewichtsbelastung des Patienten bestimmt. Um einen hohen Grad an Individualisierung im Simulationsprozess zu erreichen, haben wir uns zum Ziel gesetzt, patientenspezifische Randbedingungen durch muskuloskelettale Simulationen auf der Grundlage von Bewegungsdaten von Patienten mit Frakturen der unteren Extremitäten zu definieren. Wir stellen die Hypothese auf, dass verschiedene Stufen der Teilbelastung virtuell getestet werden können und dass die Auswirkungen auf den IFM individuell quantifiziert werden können.

Methodik: Um ein breites Spektrum an Szenarien der Teilbelastungen abzudecken, wurden Daten von gesunden Probanden (n=22) in verschiedenen Tests zur teilweisen Gewichtsbelastung gesammelt. Sowohl die gesunden Probanden als auch die Patienten wurden mit dem Bewegungserfassungssystem Xsens^TM überwacht. Um die Einhaltung der verschiedenen Teilbelastungsregime während jeder Übung zu gewährleisten, wurden Sensoreinlagen (Moticon^TM) als Live-Feedback-System verwendet. Die Probanden absolvierten die zeitlich begrenzten Aufsteh- und Gehversuche mit und ohne Krücken unter verschiedenen Teilbelastungen in Bezug auf ihr Körpergewicht. Die gesammelten Daten wurden an das muskuloskelettale Simulationssystem AnyBody^TM (Abbildung 1a [Abb. 1]) weitergeleitet, um die entsprechenden Gelenk- und Muskelkräfte und -momente zu berechnen. Diese Daten ermöglichten es nun, die auf ähnliche Weise erhobenen Patientendaten (n=5) an eine Vielzahl von Belastungsregimen anzupassen, um deren Einfluss auf das IFM zu untersuchen. Auf der Grundlage der postoperativen klinischen Bildgebung wurden digitale Zwillinge der jeweiligen Knochen-Implantat-Systeme erstellt und die entsprechenden Gelenkkräfte als Randbedingungen in die Simulationen einbezogen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Ergebnisse zeigten, dass eine virtuelle Analyse verschiedener Teilbelastungsszenarien und deren Einfluss auf die lokale Mechanik im Frakturspalt der Patienten mittels eines biomechanischen Simulationsworkflows möglich ist (Abbildung 1b [Abb. 1]). Die Verknüpfung von lokalen Spannungen und Dehnungen im Frakturspalt mit dem Heilungsfenster (Abbildung 1c [Abb. 1]), vgl. [1] und [2], bietet die Möglichkeit, die Ergebnisse für die Rehabilitationsplanung zu nutzen [3].

Da es nicht möglich ist, eine breite Palette von Teilbelastungsregimen bei einem einzelnen Patienten zu überwachen, wurde ein simulationsbasierter Arbeitsablauf gewählt. Dieser zeigt eine klare Korrelation zwischen der Frakturmorphologie, ihrer Behandlung und der individuellen Teilbelastung.