9. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biomechanik ... · joint forces. Subsequently, a time-dependent acoustic analysis was realized to investigate the eigenfrequencies

9. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaftfür Biomechanik (DGfB)

6.–8. Mai 2015 • Beethovenhalle • Bonn

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www.biomechanik-kongress.deAbstractband

Inhaltsverzeichnis • Organisation und Impressum

3

Inhalt

Vorträge

Session 1 – Endoprothetik ......................................................................................................................................................... 4

Session 2 – Biomaterialien und Implantate .............................................................................................................................. 10

Session 3 – Dentalbiomechanik I ............................................................................................................................................. 16

Session 4 - Wirbelsäule ............................................................................................................................................................ 21

Session 5 – Ganganalyse I ...................................................................................................................................................... 26

Session 6 – Tribologie und Belastungsanalyse ........................................................................................................................ 31

Session 7 – Numerische Methoden ......................................................................................................................................... 37

Session 8 – Biomechanik biologischer Gewebe....................................................................................................................... 42

Session 9 – Ganganalyse II ..................................................................................................................................................... 47

Session 10 – Freie Themen ..................................................................................................................................................... 52

Session 11 – Young Investigator Award .................................................................................................................................. 59

Session 12 - Sportbiomechanik ................................................................................................................................................ 64

Session 13 – Meniskus, Kreuzband, Knie ................................................................................................................................ 67

Session 14 – Dentalbiomechanik II .......................................................................................................................................... 71

Session 15 – Klinische Studien ................................................................................................................................................ 74

Poster

Postersession 1 – Biomaterialien ............................................................................................................................................. 79

Postersession 2 – Sportbiomechanik ....................................................................................................................................... 83

Postersession 3 – Dentalbiomechanik ..................................................................................................................................... 85

Postersession 4 – Freie Themen ............................................................................................................................................. 88

Postersession 5 – Endoprothetik .............................................................................................................................................. 94

Postersession 6 – Ganganalyse ............................................................................................................................................... 97

Postersession 7 – Implantate ................................................................................................................................................. 104

Postersession 8 – Wirbelsäule ............................................................................................................................................... 111

Postersession 10 – Kniegelenk .............................................................................................................................................. 117

Postersession 11 – Numerische Modelle ............................................................................................................................... 120

Postersession 12 – Knorpel, Knochen und Frakturheilung .................................................................................................... 125

Autorenindex .........................................................................................................................................................................131

Organisation und Impressum

Tagungsort und Termin

Beethovenhalle Bonn / Forum Süd

Wachsbleiche 16 • 53111 Bonn

6.–8. Mai 2015

Veranstalter

Deutsche Gesellschaft für Biomechanik e.V. (DGfB)

Tagungsleitung

Prof. Dr. rer. nat. Dipl.-Phys. Christoph Bourauel

Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Stiftungsprofessur für Oralmedizinische Technologie

Welschnonnenstr. 17

53111 Bonn

Tagungshomepage

www.biomechanik-kongress.de

Tagungsorganisation

Conventus Congressmanagement & Marketing GmbH

Dirk Eichelberger/Michelle Tröger

Carl-Pulfrich-Straße 1

07745 Jena

Telefon +49 3641 31 16-305/-309

Telefax +49 3641 31 16-243

[email protected]

www.conventus.de

Programmerstellung

Design www.krea.tif-design.de

Satz, Inhalt www.conventus.de

Vorträge

4

Session 1 – Endoprothetik

V 1 Spaltöffnung von Konusverbindungen unter Biegebelastung A. Krull1, N. E. Bishop1,2, M. M. Morlock1 1Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Biomechanik, Hamburg, Deutschland 2HAW Hamburg, Fakultät Life Science, Hamburg, Deutschland

FRAGESTELLUNG

Modulare Hüftendoprothesen ermöglichen eine

Anpassung an die patientenindividuelle Anatomie und

vereinfachen Revisionsoperationen. Konusverbindungen

bergen jedoch das Risiko für ein vorzeitiges

Prothesenversagen [1]. Eine unzureichende proximale

Abstützung des Prothesenschaftes sowie ein großes

Offset des Prothesenkopfes zur Prothesenschaftachse

verstärken die Biegebelastung, welche zu einer

Spaltöffnung innerhalb der Konusverbindung führen

kann. In den Spalt eingetretene Flüssigkeit kann zur

Ausbildung eines chemisch aggressiven Milieus führen

[2], welches in Kombination mit dynamischen

Belastungen zur Konuskorrosion und zum Versagen der

Prothese führen kann [3].

Ziel dieser Studie war die Untersuchung des Einflusses

der Fügekraft auf den Setzweg sowie des Einflusses von

Biegebelastungen auf die Spaltöffnung von

Konusverbindungen.

MATERIAL & METHODE

Die Prothesenkomponenten (MRP-System; Peter Brehm,

n=3) wurden mit aufsteigenden Kräften von 0, 2,5, 5, 7,5

und 9 kN axial gefügt und quasistatisch mit

Biegemomenten von 30 Nm (F=500 N) und 120 Nm

(F=2500 N) belastet. Das Setzen des Halsteiles wurde

mittels einer Koordinatenmessmaschine (Mitutoyo®)

ermittelt, die Spaltöffnung der Konusverbindung

zwischen Halsteil und Schaft wurde über eine Bohrung

im Halsteil mittels eines konfokalen Sensors (Micro-

Epsilon®) bestimmt (Abb. 1).

ERGEBNISSE

Der Setzweg nahm mit zunehmender Fügekraft zu (Abb.

2). Die Spaltöffnung vergrößerte sich mit zunehmendem

Biegemoment und abnehmender Fügekraft von 3,3 ± 1,1

µm (9 kN Fügekraft, 30 Nm Biegemoment) auf 86,1 ±

11,1 µm (0 kN Fügekraft, 120 Nm Biegemoment, Abb. 2).

SCHLUSSFOLGERUNGEN

Die Spaltöffnung zwischen Halsteil und Prothesenschaft

zeigte sich bei geringerer axialer Fügekraft bzw.

zunehmender Biegebelastung erhöht. Um das

Versagensrisiko zu verringern müssen

Konusverbindungen intra-operativ mit ausreichender

Kraft gefügt werden, denn fehlende proximale

Abstützung, Offset, sowie Patientengewicht und -aktivität

induzieren eine Biegebelastung, die bei unzureichender

Fügekraft zu erhöhter Spaltöffnung führt und somit das

Korrosionsrisiko erhöht.

1. Collier et al., CORR 285 (1992) 120-30; 2. Atwood et

al., JBJS 92 (2010) 1522-5; 3. Schramm et al., Biomech.

Tech. 45 (2000) 105-9

DANKSAGUNG: Finanziell unterstützt durch Peter

Brehm.

Anhang 1

Anhang 2

Vorträge

5

V 2 Eindringen von Flüssigkeiten in die Konusverbindung modularer Hüftendoprothesen H. Haschke1, G. Huber1, M. M. Morlock1 1Institut für Biomechanik, TU Hamburg, Hamburg, Deutschland

Einleitung

Korrosion innerhalb der Konusverbindung modularer

Hüftendoprothesen kann zum Versagen der Prothese

führen. Der Einfluss von Konusstruktur und die Lage der

Verklemmung wird hierbei widersprüchlich diskutiert [1-

2]. Da das Eindringen von Flüssigkeit die Voraussetzung

für das Auftreten von Korrosion ist [3], untersucht diese

Studie den Einfluss dieser beiden Faktoren auf das

Eindringverhalten von Flüssigkeiten an der Kopf-Schaft-

Grenzfläche.

Material/ Methode

Vier Versionen eines Hüftschaftkonus wurden gefertigt

(12/14 Konus, V2A 1.4301, glatte und gedrehte

Konusoberfläche, distaler und proximaler Presssitz, je

n=3). Kopf (DePuy M-Spec Metal) und Prothesenmodelle

wurden axial mittels Materialprüfmaschine gefügt

(F=500N). Die Konusoberfläche wurde vor der Fügung

mit einer 25nm Goldschicht besputtert. Nach der Fügung

wurde die Prothese in einer Goldätze gelagert (24

Stunden, Iod-Kaliumiodid/Ethanol-Lösung) und danach

der Kopf abgezogen. Die Eindringtiefe der Flüssigkeit in

die Konusverbindung wurde mittels optischer Analyse

(Alicona) ermittelt (Abb. 1).

Ergebnisse

Die glatten Oberflächen wiesen im Vergleich zu Modellen

mit einer gedrehten Oberflächenstruktur signifikant

niedrigere Eindringtiefen auf (p=0,001, Abb. 2). Die

Konuswinkeldifferenz beeinflusst das Eindringen von

Flüssigkeit bei beiden Oberflächen: ein distaler Presssitz

führte zu geringerem Eindringen in der Verbindung

(p<0,001).

Diskussion

Konen von modularen Hüftprothesen mit gedrehter

Oberfläche und proximalen Presssitz führen auch ohne

Belastung durch den Patienten zu verstärktem

Eindringen von Flüssigkeiten in die Konusverbindung und

damit vermutlich zu einer größeren Anfälligkeit

gegenüber Korrosion. Dies könnte insbesondere bei

Köpfen aus Keramik wegen ihrer proximalen

Verklemmung zum Eindringen von Flüssigkeit führen.

Fertigungsungenauigkeiten (Rundheit, Welligkeit, Winkel)

können das Eindringen zusätzlich erhöhen und somit ein

gesteigertes Korrosionspotential verursachen. Die

Fügekraft könnte dabei einen entscheidenden Faktor

darstellen, was jedoch im Rahmen dieser Studie nicht

untersucht wurde.

[1] Kocagöz S.B., Semin Arthroplas (2014).

[2] Donaldson F.E., J Biomech (2014).

[3] Gilbert J.L., J Biomed Mater Res Part A (2014).

Anhang 1

Anhang 2

V 3 Evaluation der technischen Genauigkeit eines Messsystems zur Ermittlung der hüftzentrierten Beinlänge in der Hüftendoprothetik R. Grunert1,2, M. Schmidt2, T. Wendler2, R. Möbius2, R. Maschke3, N. Hammer4, C. Rotsch1, T. Prietzel2 1Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU , Medizintechnik, Dresden, Deutschland 2Universität Leipzig, Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie, Leipzig, Deutschland 3Westsächsische Hochschule Zwickau, Zwickau, Deutschland 4Universität Leipzig, Institut für Anatomie, Leipzig, Deutschland

Fragestellung: Die exakte Beinlänge und Lage des

Hüftrotationszentrums sind wichtige Qualitätskriterien zur

Wiederherstellung der ursprünglichen Biomechanik. Die

exakte Beinlänge kann bislang nur mittels Röntgen

basierten Messungen wie CT oder konventionellen

Röntgenaufnahmen genau ermittelt werden.

Vorträge

6

Das Ziel der Arbeit ist die Entwicklung und technische

Evaluation eines Messsystems, mit dessen Hilfe die

Beinlänge vor der Operation und nach der HTEP-

Probereposition objektiv bestimmt werden soll.

Methodik: Das Messsystem besteht aus einer Messbox

mit zwei LEDs, einer inertialen Messeinheit sowie einer

Full HD Kamera. Für den inertialen Sensor wurde eine

Aufnahme mittels Rapid Prototyping Verfahren erstellt.

Die Messbox ist via Bluetooth mit einem Laptop

verbunden. Mittels Labview wurde eine Software

entwickelt, welche die Messsignale erfasst und die

Berechnungen durchführt.

Die Messbox wird auf der prätibialen Haut positioniert.

Der Operateur hebt das maximal gestreckte Bein an der

Ferse an. Die Bewegung der LEDs wird durch die

Industriekamera erfasst. Software basiert wird

anschließend eine Kreisbahn bestimmt, die Rückschluss

auf den Abstand Hüftrotationszentrum - Sensorsystem

zulässt. Die technische Genauigkeit wurde in einer

Messreihe (n=30) mit einem definierten

Bewegungsmodell evaluiert.

Ergebnisse: Die ermittelte technische Genauigkeit des

Systems beträgt (393,6 ± 2,0) mm mit einem Maximum

von 396,9 mm und einem Minimum von 389,9 mm. Der

Sollwert für die Beinlänge des Bewegungsmodells

beträgt 395,0 mm.

Schlussfolgerungen: Die technische Genauigkeit des

Messsystems erlaubt präzise Messungen und kann für

die Hüftendoprothetik eine sinnvolle Ergänzung und ein

objektives Instrument zur Qualitätssicherung darstellen.

Die Bewertung der Genauigkeit im klinischen Einsatz soll

nachfolgend bewertet werden. Bisher kann nur der

Abstand zwischen Zentrum des Hüftgelenkkopfes und

dem Zentrum des Sensorgehäuses berechnet werden.

Der nächste Schritt ist die Entwicklung einer

Positioniervorrichtung sein, mit der das Sensorgehäuse

in einer definierten Position auf der Tibia des Patienten

im Bezug zur Fußauftrittsfläche befestigt werden kann.

Damit wäre es möglich, die Information über den Abstand

zwischen Hüftgelenkkopf-Zentrum und der

Fußauftrittsfläche zu erhalten.

Anhang 1

Anhang 2

V 4 Finite element analysis into eigenfrequencies and attenuation of a total hip stem with different levels of loosening T. Bender1, M. Sass1, A. Wolf1, W. Mittelmeier1, R. Bader1, D. Kluess1 1University Medicine Rostock, Department of Orthopaedics, Rostock, Deutschland

Introduction

Loosening of total hip replacements (THR) is still the

main reason for revision [1]. Approximately 36,000

revisions are necessary in Germany each year [2]. Due

to suboptimal sensitivity of currently applied diagnostic

methods, e.g. radiographs, the loosening status is often

identified late [3]. To optimize the accuracy, an acoustic

method was tested in an animal experiment using rabbits

[4]. Thereby, small implants with integrated magnetic

balls were inserted in the femoral condyles. The implants

were excited externally using a coil to produce an

impingement of the ball and thus perform a sound

analysis. Promising results encourage the transfer of this

principle to total hip stems. In order to identify adequate

evaluation parameters, the acoustic behavior

(eigenfrequencies and attenuation) was investigated by

finite element analysis.

Vorträge

7

Materials and Methods The assembly of the finite element model (Comsol Multiphysics, Version 5.0; Comsol, Göttingen, Germany) consists of a straight hip stem (Z-Stem, Merete Medical GmbH, Berlin, Germany) and a screw with integrated magnetizable metal ball in the proximal part of the stem (Figure 1). In a first study, a modal analysis was arranged to determine the eigenfrequencies of the implant-femur combination. An artificial bone cylinder (20pcf, SAWBONES, Malmö, Sweden) was used as substitute of the human femur. Variations with different loosening status were analyzed, i.e. initial press-fit status vs. different area of loosening between Z-Stem and bone stock. Implant loosening was achieved by reducing the contact surfaces at the proximal area of the stem with an area between 1.1 and 3.3 cm². In a second simulation the Z-Stem was loaded to simulate the influence of resulting joint forces. Subsequently, a time-dependent acoustic analysis was realized to investigate the eigenfrequencies and attenuation. The excitation of the metal ball was simulated by a defined force (0.12 N) applied perpendicular to the hip stem.

(Figure 1 Exploded view of prototype with oscillation unit

for acoustic excitation of the total hip stem.)

Results

The results of the modal analysis (Figure 2) show a

decrease of the eigenfrequencies with larger loosening

state and also a decrease with higher human body mass.

The attenuation analysis shows that the damping

coefficient is also influenced by the loosening

state.(Figure 2 Results of a modal analysis with the first

15 eigenmodes)

Discussion

In the present study, numerical investigations of a novel

acoustic approach to diagnose loosening of total hip

stems were carried out. Comparable with the results of

[5], an increase of the hip stem-bone interface results in

increasing eigenfrequencies. The time-dependent

analysis revealed an exponential decay of the sound

amplitude. Furthermore, the numerical simulations have

to be validated by experiments subsequently to confirm

the accuracy of the numerical data

References

[1] Herberts et. al. 2002

[2] Statistical Federal Office Germany 2010

[3] Temmermann et al. 2006

[4] Ruther et al. 2014

[5] Qi et al. 2001

Acknowledgement

This study was sponsored by European Commission

under #EU-606335 - SMART-HIP.

Anhang 1

Anhang 2

V 5 Realistische Reibungskoeffizienten und effektives Übermaß bei der Implantation unzementierter Hüftimplantate N. B. Damm1, N. E. Bishop1, M. M. Morlock1 1Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Biomechanik, Hamburg, Deutschland

Einleitung

Beim unzementierten Gelenkersatz werden raue

Implantatoberflächen eingesetzt, um eine hohe

Primärstabilität zu erzielen. Bei keilförmigen Implantaten

nimmt der Kontaktdruck bei der Implantation

kontinuierlich zu, was bei der Bestimmung der

Reibkoeffizienten zwischen Implantat und Knochen meist

nicht berücksichtigt wird [1-2]. Ebenso werden

Knochenabrieb und plastische Verformung während der

Implantation vernachlässigt. Ziel der Studie war die

Bestimmung von Reibkoeffizienten bei steigendem

Kontaktdruck und der Vergleich von nominalem und

effektivem Übermaß.

Methoden

Mit einer Testvorrichtung wurde ein radiales Übermaß

(Press-Fit) von 300, 600 und 900 µm bei einem Winkel

von 3,5° zwischen femoralen Knochenwürfeln und

Implantatoberflächen erzeugt (Abb. 1 A-D) [3]. Zwei

Implantatoberflächen wurden untersucht (Porocoat und

Gription, DePuy), eine polierte Oberfläche diente als

Kontrolle (je n = 3). Aus den Implantationskräften wurden

die Reibkoeffizienten in Abhängigkeit der

Vorträge

8

Kontaktspannung berechnet. Das effektive Übermaß

wurde anhand der plastischen Verformung nach

Explantation mittels µCT bestimmt.

Ergebnisse

Der Reibkoeffizient für Gription nahm bei steigender

Normalspannung bis 3 MPa zu (µmax: 1,04, 95 % CI ±

0,12) und darüber leicht ab (Abb. 2), für Porocoat

kontinuierlich zu (0,84 ± 0,10), jedoch mit niedrigerem

Maximum. Das effektive Übermaß betrug für Poliert,

Porocoat und Gription 62 %, 39 % und 54 % des

nominalen Übermaßes (Abb. 1 E).

Diskussion

Die bei maximaler Reibung niedrigere Kontaktspannung

für Gription könnte auf eine erhöhte Sicherheit bei der

Implantation auf Grund eines kleineren benötigten Press-

Fits deuten. Die Verwendung variabler Reibkoeffizienten

in Abhängigkeit des Kontaktdrucks sowie des

Übermaßverlusts während der Implantation könnte

genauere numerische Simulationen von unzementierten

Implantaten mit realistischen effektiven Übermaßen

ermöglichen. Übermaße <100 µm, wie es einige FE-

Studien vorschlagen, um zu hohe Knochenspannungen

zu verhindern, sind unrealistisch [4].

Literatur

[1] Shirazi-Adl, A.; J. Biomed Mater Res 27: 167-75: 1993

[2] Zhang, Y.; J. Musculoskelet Res 3: 245-51: 1999

[3] Bishop, N. E.; J Biomech 47: 1472-8: 2014

[4] Abdul-Kadir, M. R.; J Biomech 41: 587-94: 2008

Finanziell unterstützt durch DePuy Orthopaedics.

Anhang 1

Anhang 2

V 6 Femoroplasty: Fracture Test, Optical Strain Measurement and FE Analysis B. Ciritsis1, H.-P. Simmen1, D. Pérez-Viana2, A. Ciritsis3, A. Prescher3, M. Staat2 1UniversitätsSpital Zürich, Klinik für Unfallchirurgie, Zürich, Schweiz 2FH Aachen University of Applied Sciences, Institut für Bioengineering, Labor Biomechanik, Jülich, Deutschland 3University Hospital RWTH Aachen, Aachen, Deutschland

Objectives: Osteoporotic fractures, especially in the

region of the femoral neck constitute a challenging

surgical problem. Fractures of the femoral neck are

among the ten most severe pathologies worldwide,

causing death in up to 25% of patients within one year

after the fracture. A new approach to resolve problems

due to osteoporotic fractures of the femoral neck is

femoroplasty meaning augmentation of the proximal

femur with a composite bone cement. This study

evaluates the concept of new surgical tools which were

designed in order to get access to the spongiosa of the

femur and to reinforce the bone by injecting cement in a

minimally invasive way [1].

Methods: Ten pairs of fresh cadaveric femurs were

treated with the developed tools for femoroplasty and

composite bone cement was injected minimally invasive.

The procedure was performed on one femur of each pair,

the other femur served as reference for mechanical tests

performed subsequently.

Prior to the mechanical tests, the bones were fixed with

polymethylacrylate (PMMA) in the distal supports. For the

optical deformation analysis with DIC (digital image

correlation) each femur was painted with a black speckle

pattern on white ground.

The femora were fixed sequentially in the testing device

with a Hayes-fall configuration to simulate a fall on the

greater trochanter. Each femur was compressed by the

materials testing machine until a fracture occurred, using

a speed of 10mm/min. During the test, the DIC system

recorded images from the side, see Fig.. FE analyses

could be checked against strain measurements.

Vorträge

9

Results: The mechanical tests showed that five of the

seven femora underwent a strengthening. On average

the maximum force carried by the untreated bones was

2439.6 N ranging from 1200 N to 4700 N; the average

maximum force carried by the bones with femoroplasty

was 3379.7 N ranging from 2200 N to 6200 N. In 2 cases

no strengthening has been observed.

Conclusions: The proposed study on cadaveric femora

showed that the developed tools and method are

accurate and reliable. Femoroplasty can strengthen the

femur and may contribute to a preventive minimally

invasive trauma surgery.

[1] Ciritsis D.B., et al.: Femoroplasty: Minimally invasive

preventive trauma surgery. 16th EFORT Congress,

Prague, Czech Republic, 27-29 May 2015

Fig. Optical strain measurement, control/augmented

Anhang 1

Anhang 2

V 7 Der Einfluss der Kopfgröße bei der primären Hüftgelenks-Endoprothetik - zwei verschiedene Betrachtungsweisen mit einer dynamischen 3-D Simulation und mit einer klinischen Studie P. Rehbein1, P. Kutzner1, D. Pfeil1, J. Pfeil1, P. Rehbein1 1St. Josefs Hospital Wiesbaden, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Wiesbaden, Deutschland

Ziel der Studie war es, den Einfluss verschiedener

Kopfgrößen bei Hüft-TEP auf die

Hüftgelenksbeweglichkeit mit einer dynamischen 3D-

Simulation zu analysieren und diese mit den in-vivo

Ergebnissen einer multizentrischen Beobachtungsstudie

zu vergleichen.

28 Hüftgelenke wurden mittels dynamischer 3D-

Simulation analysiert (ZedHip, Fa. Lexi, Japan) und mit

verschiedenen Kopfgrößen verglichen. Die Richtungen

waren uni- und multidirektional. Endpunkte waren

knöchernes Impingement (KI) versus

Implantatimpingement (II). Bei der klinischen Studie

handelt es sich um eine prospektive multizentrische

Beobachtung mit radiologischer und klinischer Analyse.

780 Patienten mit 890 Hüft-TEP und verschiedenen

Kopfgrößen sind eingeschlossen.

3-D Simulation: In allen Simulationen tritt das KI früher

auf als das II. Beim Vergleich der Kopfgrössen

unterscheiden sich die Bewegungsumfänge bis zum

Erreichen des KI nicht signifikant (Flexion Δ 2° SD±7°,

p>0,05; multidirektional ROM total Δ 14° SD±19°,

p>0,05 ). Wird das KI ignoriert, so dass das II beurteilt

werden kann, sind bei den unidirektionalen Richtungen

ebenfalls keine signifikanten Unterschiede der

Kopfgrößen messbar (Flexion Δ 4° SD±7°, p>0,05;

Extension: Δ 0° SD±0,05). Bei den

multidirektionalen,Bewegungen zeigen sich tendenziell

bessere Bewegungsausmaße zu Gunsten der Kopfgröße

32mm gegenüber 28mm (multidirektional ROM total Δ

19° SD±14°, p>0,05 ). Klinische Studie: Für die

verschiedenen Kopfgrößen zeigten sich keine

signifikanten Unterschiede bei der Gesamtbeweglichkeit

(Kruskal-Wallis-Test: p = 0,474; F-Test: p = 0,621), bei

Differenzierung in Flexion zeigte die Gruppe mit

Kopfgröße 28mm eine mäßige, aber signifikante

Verbesserung im Vergleich zur Gruppe mit 32mm und

36mm Kopfgrößen (Kruskal Wallis-Test p = 0,022; F-

Test-p = 0,061). Beim HHS zeigten sich grenzwertig

signifikante Unterschiede zu Gunsten der Kopfgröße

36mm mit dem größten Mittelwert (Kruskal Wallis-Test p

= 0,073, F-Test: p = 0,017).

Vorträge

10

Beide Analysen zeigen, dass theoretische Vorteile

bezüglich des Bewegungsumfanges größerer

Kopfgrößen auf Grund des bereits vorher eintretenden

knöchernen Impingement unter klinischen Bedingungen

nicht messbar sind und damit keinen reellen Benefit

bieten. Zukünftige Studien sollten kritisch das

postoperative klinische Outcome unterschiedlicher

Kopfgrößen adressieren.

Anhang 1

Anhang 2

Session 2 – Biomaterialien und

Implantate

V 8 Biomechanische Evaluation der Schraubenaugmentation mit einem innovativen injizierbaren anwendungsfertigen Calciumphosphatzement am Schenkelhalsfrakturmodell L. Konstantinidis1, A. Wörner1, E. Langenmair1, A. Bernstein1, A. Hirschmüller1, F. Dietrich1, N. P. Südkamp1, P. Helwig1 1Uniklinik Freiburg, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Freiburg, Deutschland

Fragestellung

Die statische biomechanische Testung der

Schraubenaugmentation mit einem innovativen pastösen

Calciumphosphatzement (CPC) zeigte bis jetzt

hervorragende Ergebnisse. Ziel der aktuellen Studie ist

nun die biomechanische Evaluation im dynamischen

Versuchsaufbau am Frakturmodell.

Methodik

Es erfolgte der biomechanische Vergleich augmentierter

und nicht augmentierter Konstrukte am

Schenkelhalsfrakturmodell (n=5 Paare humaner Femora)

nach Osteosynthese mit dem Implantat Targon FN

(Aesculap, Abb. 1). Für die Augmentation mit 1ml CPC

pro Schraube wurden vom Hersteller kanülierte

Prototypen entwickelt. Nach Aushärtung des CPC

erfolgte die dynamische axiale Belastung der Konstrukte

(Prüfmaschine Amsler 10, Zwick&Roell) bis zur

Entwicklung eines Versagens (cut out, Abb. 1).

Zusätzlich erfolgten die ultraschallbasierte

dreidimensionale Dokumentation der Dislokation (CMS

20, Zebris) sowie die kontinuierliche Aufzeichnung der

Deformation der Proben mit der Software der

Prüfmaschine (TestExpertR, Zwick&Roell).

Ergebnisse

Die augmentierten Konstrukte zeigten i.V. zu den nicht

augmentierten eine höhere Anzahl der Zyklen bis zum

Versagen (Abb. 2). Die Anzahl der Wechsellasten bis zur

5mm-Deformität der Konstrukte war bei den

augmentierten Implantaten ebenfalls deutlich höher,

jedoch nicht signifikant (80.000 vs. 59.000 Zyklen,

p=0,243). Exemplarisch zeigte sich nach 40.000

Wechsellasten eine durchschnittliche Deformation der

Konstrukte von 1,9mm vs. 3,3mm zu Gunsten der

augmentierten Gruppe (p=0,246). Auch die

ultraschallbasierte Messung der Dislokation zeigte zwar

eine Überlegenheit der augmentierten Konstrukte, der

Vorträge

11

Unterschied erreichte allerdings keine statistische

Signifikanz.

Schlussfolgerung

Es zeigte sich eine Tendenz zur Steigerung der Stabilität

am Implantat-Knochen-Interface nach Augmentation mit

CPC im Frakturmodell. Durch technische Optimierung

der Applikation kann die Zementverteilung verbessert

werden, was auch zu signifikanten Unterschieden i.V. zu

nicht augmentierten Konstrukten führen könnte. Die

Biokompatibilität, Resorbierbarkeit und deutlich leichtere

Handhabung in Vergleich zum PMMA eröffnen eine

vielversprechende Alternative zur Augmentation von

Osteosynthesen.

Anhang 1

Anhang 2

V 9 Acetabular shell deformation as a function of stiffness and bone strength P. Dold1, T. Pandorf1, M. Bone2, M. Flohr1, R. Preuss1, J. Holland3, D. Deehan3 1CeramTec GmbH, Medizintechnik, Plochingen, Deutschland 2Newcastle University, School of Mechanical Engineering, Newcastle upon Tyne, Vereinigtes K igreich 3Freeman Hospital, Newcastle Surgical Trainings Centre, Newcastle upon Tyne, Vereinigtes K igreich

Introduction

Deformation of modular acetabular press-fit shells is topic

of much interest for surgeons and manufacturers. Initial

fixation is achieved through press-fit between shell and

acetabulum with the shell mechanically deforming upon

insertion. Shell deformation may disrupt the assembly

process of modular systems and may adversely affect

integrity and durability of the components and tribology of

the bearing.

Objective

Clinically relevant data to quantify and understand such

shell deformation can be achieved by cadaver

measurements. ATOS Triple Scan III (ATOS) optical

system was identified and validated as a suitable

measurement system to perform those measurements.

The study aim was to show shell deformation as function

of bone strength and shell stiffness, applying two different

underreamings (0 mm and 2 mm).

Methods

The stiffness of the generic shells was determined using

a uniaxial/ two -point loading frame to apply different

loads, and the change in dimension was measured by a

coordinate measurement machine (CMM). Cadaver lab

deformation measurements were done before and after

insertion for 32 shells with 2 wall thicknesses and 11

shell sizes. Bone strength was measured for 8 cadavers

and qualitatively graded. From the deformations the

resulting forces on the shells were calculated.

Results

Radial stiffness for shells with 3 mm wall thickness

ranged between 6257 N/mm and 2920 N/mm, with 4 mm

wall thickness it ranged between 14341 N/mm and 6875

N/mm. Multiple cadaver deformation measurements were

performed by using both hip sides and stepwise

increasing the reamed acetabulum by at least 1 mm,

depending on sufficient residual bone stock. Maximum

radial shell deformation measured was 187 µm. The

maximum radial forces acting on the shells ranged

between 26 N and 916 N.

Conclusions

As expected, increasing shell stiffness resulted in a

decrease in shell deformation in bone stock of similar

strength. Increasing bone strength caused an increased

shell deformation. The measured deformation values are

within the same order of magnitude previously published.

The large variations of resulting maximum forces exhibit

the need to further investigate shell deformation using

commercial shell systems. This study also supports that

the ATOS system fulfils the necessary requirements to

accurately measure shell deformation in cadavers.

Vorträge

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V 10 The effect of an additional ultrasound melted polymer sleeve to improve screw anchorage in trabecular bone W. Schmölz1, F. Schlottig2, J. Goldhahn3 1Medizinische Universität Innsbruck, Unfallchirurgie / Biomechanik, Innsbruck, Oesterreich 2Thommen Medical AG, Grenchen, Schweiz 3ETH , Institute for Biomechanics, Zürich, Schweiz

Introduction

Screw anchorage is often reduced in trabecular bone of

osteoporotic patients. Therefore, stable fixation during

fracture repair is hard to achieve. An additional polymer

sleeve was invented to improve screw anchorage.

Ultrasound induced melting (CAP: Consistent

Ameloration Process) prior to screw insertion should

generate a stronger interface to adjacent bone structure.

The purpose of this study was to investigate the effect of

the CAP platform technology on primary screw

anchorage in trabecular bone of human vertebrae and

femoral heads.

Material and Methods Six femoral heads (mean age 74.7years) and six vertebral bodies (mean age 79.3 years) were cut in cranio-caudal direction and screws (CAP and reference) were implanted in both sides of the cut cross sections. Screw holes were predrilled with a diameter of 4.3mm. For the CAP technique screw holes were predrilled a second time after in situ ameloration with a polymer sleeve (diameter 4.3mm, 0.3mm wall thickness and 5mm height). The maximum insertion torque of the screws (SPI 5mm diameter, 9mm length, Thommen Medical AG, Switzerland) was measured. Prior to screw insertion a microCT scan was made to determine the trabecular bone quality. 18 paired tests at the femoral head and 12 at the vertebral body generated the data for this analysis.

Results

The mean insertion torque for the CAP augmented

screws in both, the femoral heads (44.2Ncm, SD14.7)

and the vertebral bodies (13.5Ncm, SD6.3) was

significantly higher than for the reference screws of the

femoral heads (31.6Ncm, SD9.6, p<0.001) and the

vertebral bodies (8.9Ncm, SD4.1, p<0.001).

Discussion / Conclusion

The interconnection of the melted polymer sleeve with

the surrounding trabecular bone results in higher screw

insertion torque as the base for higher primary stability. It

seems a feasible technology to improve screw

anchorage, even in poor bone quality. Therefore it is

planned to further investigate the effect of the CAP

technique on screw anchorage for other screw types and

under cyclic loading conditions.

V 11 Stress analysis of ceramic acetabular liners under in vivo like loading conditions K. L. Häußler1, C. Kruse2, M. Flohr1, R. Preuß1, R. M. Streicher1, M. M. Morlock3 1CeramTec GmbH, Plochingen, Deutschland 2Technische Universität Hamburg-Harburg, Hamburg, Deutschland 3Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Biomechanik, Hamburg, Deutschland

Introduction

Safe design of ceramic components in total hip

arthroplasty needs the knowledge of the stress state

within each part of the system under in vivo loading

scenarios. Besides design parameters, e.g. diametrical

clearance between ball head and liner or angular

mismatch in the taper region of metal shell and liner,

physiological factors, e.g. patients’ weight or bone

quality, influence the stresses within the components.

Thus, the aim of the current study was to experimentally

determine stresses in a ceramic liner varying two factors:

clearance and inclination angle.

Materials and Methods

Two ceramic liners were instrumented at the outer

contour with five strain gauge (SG) rosettes each (Fig. 1).

First metal shells were seated in an asymmetric press-fit

model with 0.5 mm under-reaming, then liners were

assembled with a 2 kN load. SG5 was placed at the flat

area of the liner, the other four were placed

circumferentially in 90 degrees offset on the rear side.

SG2 and SG4 were mounted opposite to each other in

press-fit direction while SG1 and SG3 were placed in the

non-supported direction. Four inclination angles (0°, 30°,

45°, 60°) were tested under in vivo relevant loads of 4.5

and 11 kN. Two different clearances were examined, 30

and 70 µm. Strain data was converted to stresses and

compared using a paired 2-sided Wilcoxon Rank Sum

Test at an α-level of 0.05.

Results

Generally, similar stress distributions under the two loads

were found (Fig. 2). Axial loading resulted in highest

stresses for SG2 and SG4. For SG2, SG4 and SG5

stresses decreased with increasing inclination angle and

vice versa for SG1. Almost no stress changes were found

for SG3 depending on inclination angle. Higher clearance

resulted in significantly higher stresses for SG1, SG3 and

SG5.

Discussion

In vivo stress state strongly depends on acetabular

component orientation whereat 0° inclination being the

Vorträge

13

most critical load case. Stresses resulting from different

clearances are attributed to the contact area where

higher stresses were found for a smaller contact area.

Due to the dimension of strain gauges the strain

measurements are limited to a defined region and thus

no complete strain map of the whole component could be

determined. Nevertheless, current data will be used to

calibrate finite element models to perform parametrical

studies.

Anhang 1

Anhang 2

V 12 Stabilitätsunterschiede zweier Knochenersatzmaterialien bei Tibiakopfimpressionsfrakturen - eine biomechanische Analyse M. Jordan1, C. Zimmermann1, S. Frey1, T. Blunk1, R. Meffert1, S. Hölscher-Doht1 1Universitätsklinik Würzburg, Klinik und Poliklinik für Unfall-, Hand-, Plastische und Wiederherstellungschirurgie, Würzburg, Deutschland

Fragestellung

Tibiakopfimpressionsfrakturen sind häufige Frakturen der

Alterstraumatologie. Regelmäßig verbleibt nach

Reposition des gelenktragenden Impressionsfragmentes

ein metaphysärer Knochendefekt. Ziel dieser Studie ist

die biomechanische Analyse der Stabilität zweier

Calciumphosphat-Knochenersatzmaterialien zur

Defektauffüllung als Verbundosteosynthese mit 4

Schrauben in der Jail-Technik.

Methodik

Eine laterale Tibiakopfimpressionsfraktur wurde an

Kunstknochen (SYNBONE®, Schweiz) generiert. Nach

Reposition wurden die Frakturen mit drei

unterschiedlichen Techniken stabilisiert: In der ersten

Gruppe wurde nach Verschraubung der Knochendefekt

mit Norian® Drillable, einem bohrbaren

Knochenersatzmaterial, aufgefüllt. In der zweiten Gruppe

wurde nach Verschraubung das nicht bohrbare

Knochenersatzmaterial ChronOSTM Inject appliziert. In

der dritten Gruppe erfolgte die Verschraubung erst nach

Auffüllung mit Norian® Drillable. Unter axialer Belastung

der Knochen wurde in zyklischen Testungen das

Displacement, in Load-to-Failure Tests die Maximalkraft

und Steifigkeit ermittelt.

Ergebnisse

In Gruppe 1 (Schrauben zuerst, dann Auffüllung mit

Norian® Drillable) zeigte sich eine signifikant geringere

Steifigkeit im Vergleich zur Gruppe 2 (ChronOSTM Inject)

und zur Gruppe 3 (Auffüllung mit Norian® Drillable, dann

Schrauben) (Abbildung 1). Die Maximalkraft der drei

Gruppen wies keine Unterschiede auf. Für das

Displacement ergab der Vergleich beider Auffülltechniken

mit Norian® Drillable (Gruppe 1 und 3) ein signifikanter

Unterschied, wohingegen die Gruppe 2 (ChronOSTM

Inject) keinen Unterschied zu beiden Gruppen mit

Norian® Drillable aufwies (Abbildung 2).

Diskussion

Ein Einsinken des Impressionsfragmentes bei

Tibiakopffrakturen postoperativ unter Belastung bedeutet

ggf. notwendige operative Revisionseingriffe und ein

Vorträge

14

deutlich erhöhtes Arthroserisiko durch den verbleibenden

Gelenkspalt. In unserer biomechanischen Studie konnten

wir zeigen, dass das Knochenersatzmaterial ChronOSTM

Inject eine höhere Stabilität unter maximaler Belastung

und zeitgleich eine gleich hohe Stabilität unter geringeren

Belastungen im Vergleich zu Norian® Drillable erzielt.

Abbildung 1: Steifigkeit der 3 Gruppen

Abbildung 2: Displacement der 3 Gruppen

Anhang 1

Anhang 2

V 13 Biomechanischer Vergleich von Osteosyntheseverfahren nach Ballonreposition und Zementaugmentation bei Tibiakopfimpressionsfrakturen R. Mayr1, R. Attal1, M. Blauth1, W. Schmölz1 1Medizinische Universität Innsbruck, Universitätsklinik für Unfallchirurgie, Innsbruck, Oesterreich

Fragestellung

Isolierte Tibiakopfimpressionsfrakturen (TKIF) können

minimal-invasiv mittels Ballontechnik reponiert und mit

Zement augmentiert werden. Derzeit besteht keine

Evidenz, ob und mit welcher Methode eine zusätzliche

Osteosynthese bei diesem Frakturtypen indiziert ist. Ziel

dieser biomechanischen Studie war der Vergleich

zwischen Platten- und Schraubenosteosynthese nach

Zementaugmentation bei TKIF. Anschließend wurde der

Repositionsverlust ohne Osteosynthese untersucht.

Methoden

Laterale TKIF wurden an acht gepaarten humanen Tibiae

erzeugt. Reposition erfolgte mittels eines Ballonsystems

(Kyphon-Medtronic) gefolgt von Zementaugmentation

(VertecemV+, Synthes). Die Präparate wurden entweder

mit einer winkelstabilen Platte (3.5mm, Synthes) oder mit

vier parallelen 3.5mm Schrauben versorgt. Die Präparate

wurden zyklisch mit einer Last von 20-240N, 20-360N

und 20-480N (je 5000 Zyklen, 2Hz) belastet. Dies

simuliert eine Belastung von 66%, 100% und 133% des

Körpergewichts. Anschließend wurde die Osteosynthese

entfernt und das letzte Lastintervall (20-480N) wiederholt.

Röntgenbilder wurden nach jedem Lastintervall

aufgenommen und der Repositionsverlust gemessen.

Ergebnisse

Frakturversorgung mit Platte zeigte signifikant weniger

Repositionsverlust nach Belastung mit 480N

(0.96±0.56mm) verglichen mit der Frakturversorgung mit

Schrauben (1.47±0.81mm) (P=0.039). Präparate mit

Platte zeigten keine messbare Bewegung der Schrauben

oder Zementplombe. Bei der Schraubenosteosynthese

wurde in zwei Fällen ein Absinken der Zementplombe

mitsamt der fixierenden Schraube beobachtet.

Entfernung der Osteosynthese erhöhte den

Repositionsverlust signifikant auf 1.34±0.70mm und

1.89±0.90mm für Platten- und Schraubenosteosynthese

(P=0.002, P=0.003). Dabei wurde ein Absinken der

Zementplombe bei fünf von acht Präparaten in jeder

Gruppe beobachtet.

Schlussfolgerungen

Bei hohen Belastungen zeigte die Frakturversorgung mit

winkelstabiler Platte weniger Repositionsverlust als mit

Schraubenosteosynthese. Entfernung der Osteosynthese

führte zu vermehrtem Repositionsverlust und Absinken

der Zementplombe. Um den postoperativen

Repositionsverlust nach Zementaugmentation von TKIF

zu minimieren, wird eine winkelstabile

Plattenosteosynthese empfohlen.

Vorträge

15

V 14 Über osseointegrierte, percutan ausgeleitete Implantate zur Rehabilitation nach Gliedmaßenamputation H.-H. Aschoff1 1Sana Kliniken Lübeck, Plastische, Hand- und Rekonstruktice Chirurgie, Lübeck, Deutschland

Einleitung

Osseointegrierte, percutan ausgeleitete Implantate - die

sog. Endo-Exo-Prothetik (EEP) - finden seit 1999 in

begrenztem Umfang Anwendung zur Rehabilitation nach

Ober- und Unterschenkelamputation. Mittlerweile sind

Standzeiten von über 10 Jahren erreicht. Entgegen der

herrschenden Lehrmeinung hat sich dabei herausgestellt,

dass die obligate Keimbesiedlung der Hautdurchtrittstelle

des Implantates nicht notwendigerweise zu einer

intramedullären, periprothetsichen Infektion führt. Dieser

Umstand lässt sich zurückführen auf das interkonnektive

Einwachsen des Knochens in die dreidimensional

strukturierte Implantatoberfläche mit konsekutiver

Minimalbewegung zwischen Knochen und Metall.

Hierdurch wird suffizient die Entstehung einer Infekt

begünstigenden Bindegewebsschicht zwischen Knochen

und Metall verhindert.

Material/Methode

In der Zeit von August 1999 - Dezember 2013 wurden bei

67 Patienten insgesamt 71 EE-Femurprothesen

implantiert. Das Implantat wird im Gießverfahren aus

einer CoCrMo-Lefierung gefertigt, welches Titannitrid

beschichtet wird. Dabei erfolgte im ersten Schritt die

Implantation des intramedullären Moduls mit

anschließendem Wundverschluß. Nach sicherer

Osseointegration des Endomoduls nach 6 Wochen

wurde in einem 2. Operationsschritt der Hautdurchtritt mit

Andocken der die Exoprothetik aufnehmenden Bauteile

durchgeführt.

Ergebnisse

Die retrospektive Analyse zeigt, dass bei den 71

durchgeführten Implantationen insgesamt 237

Operationen erforderlich waren. Davon entfallen 142

Eingriffe auf das zweizeitige Implantationsverfahren. Die

verbleibenden 95 operativen Eingriffe waren

Weichteilproblemen an der Hautdurchtrittstelle, 7

Frakturversorgungen, 4 Explantationen mit 2

Reimplantationen sowie kleineren Korrekturen an den

Prothesenbauteilen und geschuldet. Der anfängliche

Infektionsproblematik mit erheblichen

Weichteilirritationen an der Hautdurchtrittstelle konnte

durch eine Designänderung der Bauteile effektiv

begegnet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass selbst

langwierige Weichteilinfekte mit Einbeziehung des

distalen Femurendes nicht zwingend zu einer

aufsteigenden periprothetischen Infektion führen.

Schlussfolgerungen

Die Knochen geführte, percutan ausgeleitete Prothtetik

zur Rehabilitation nach Oberschenkelamputation kann

nach der vorliegenden Datenlage als ausreichend sicher

angesehen werden.

Anhang 1

Anhang 2

Vorträge

16

Session 3 – Dentalbiomechanik I

V 15 Biomechanische Analyse kieferorthopädischer Mechanotherapien bei Patienten nach Parodontitistherapie S. Reimann1,2, M. A. Frias Cortez 1, C. Reichert2, L. Keilig1,3, A. Jäger 2, C. Bourauel1 1Universität Bonn, Oralmedizinische Technologie, Bonn, Deutschland 2Universität Bonn, Poliklinik für Kieferorthopädie, Bonn, Deutschland 3Universität Bonn, Abteilung für Zahnärztliche Prothetik, Propädeutik und Werkstoffwissenschaften, Bonn, Deutschland

Ziel

Im Verlauf von Parodontalerkrankungen kann es zu einer

lückigen Auffächerung der Frontzähne und/oder einem

Tiefbiss kommen. Hier kann nach einer

Parodontitistherapie eine kieferorthopädische

Behandlung durchgeführt werden. Ziel dieser Arbeit war

die Analyse des biomechanischen Verhaltens des

Zahnhalteapparates von erwachsenen Patienten mit

typischen Zahnfehlstellungen nach therapierter

Parodontitis. Es wurden gängige klinische

Mechanotherapien untersucht.

Methoden

Auf Basis zuvor vorgestellter 3D-Finite-Elemente-Modelle

parodontal geschädigter Oberkiefer wurden verschiedene

klinische Zahnfehlstellungen modelliert und mit gleichen

Materialparametern (Knochen: E=2 GPa; Zahn: E=20

GPa; Parodontalligament, PDL: bilinear elastisch,

E1=0,05 MPa, E2=0,22 MPa, ε12=7,5 %) und mit

Variationen eines parodontal geschädigten PDLs

berechnet. Im Modell 1 wurde ein Lückenschluss bei

stark protrudierter, aufgefächerter Front und in Modell 2

eine Frontretraktion mit unterschiedlichen

Behandlungselementen simuliert. Es wurde mit einer

Kraft von 0,5 N je Zahn gerechnet. Zum Vergleich

wurden die gleichen Simulationen auch mit Modellen

eines idealisierten, gesunden Gebisses durchgeführt.

Ergebnisse

Die Abhängigkeit der Lage der Widerstandszentren vom

vorhandenen Attachement und der Zahnstellung wurde

nochmals deutlich. Im Model 1 lagen die Dehnungen im

PDL punktuell über 50 %. Die Kräfte an den parodontal

geschädigten Frontzähnen mussten auf ein Fünftel der

Kraft im gesunden Modell (1 N) reduziert werden, damit

die initialen Zahnauslenkungen in vergleichbarer

Größenordnung lagen. Im Model 2 lagen die

Auslenkungen der Zähne im parodontal reduzierten

Modell mit einer Federmechanik im Mittel um etwa 50 %

und die Dehnungen im PDL um etwa 12 % höher als bei

der Hebelmechanik (‚Cantilever‘).

Schlussfolgerung

Der Belastungsanstieg im parodontal beeinträchtigten

Zahnhalteapparat war in allen Fällen deutlich. Beim

geschädigten „weicheren“ PDL-Gewebe sind die

Dehnungen initial so hoch, dass Schmerzen oder sogar

ein weiterer Attachmentverlust entstehen könnten. Mit

Hilfe der Numerik ist es theoretisch denkbar, für

ausgewählte klinische Situationen die biomechanischen

Belastungen des PDLs unter Berücksichtigung einer

parodontalen Vorschädigung zu quantifizieren.

V 16 A variable finite element model of the overall human masticatory system for evaluation of stress distributions during biting and bruxism S. Martinez1, H. J. Schindler2, J. Lenz1, K. Schweizerhof1 1Karlsruhe Institute of Technology, Institute of Mechanics, Karlsruhe, Deutschland 2University of Heidelberg, Prosthodontics, Heidelberg, Deutschland

Introduction

In order to correctly determine the stress and strain

distributions in the masticatory system during chewing,

clenching and bruxism, a complex model is required that

captures the dynamical behavior of the different

components of the complete system. The human

masticatory system is composed of several structures:

the mandibula and maxilla, the temporomandibular joint

(TMJ), the teeth, the periodontal ligaments (PDL), and

the muscles. A considerable amount of literature has

been published on individual components separately.

However, many limitations exist and an integrated model

is still missing. Thus, the aim of the current contribution is

first to incorporate all these elements into a single FE

model and then reproduce in a more realistic manner the

conditions found in the masticatory system under various

situations. Hereby the simulation is performed as a

transient analysis where the dynamic behavior of the jaw

is considered and the reaction forces in the teeth and the

joints arise from contact between components instead of

nodal forces or constraints. The creation of this model

was one of the objectives of an AIF (Arbeitsgemeinschaft

Industrieller Forschungsvereinigungen) cooperation

project.

Materials & Methods The TMJ had first been modeled with geometrical structures and material properties as found in the

Vorträge

17

literature. Its complex structure and function, however, required a careful calibration in order to obtain a realistic behavior. The PDL is represented by a solid volume filling the gap between the tooth and the bone. Its material properties were adjusted such that a realistic force-displacement behavior was obtained, since parameters found in the literature failed to provide satisfactory results. Realistic geometries for the jaw and teeth were obtained through a segmentation process of CT scans provided by the University of Greifswald. Jaw motion is governed by forces from the jaw opening and closing muscles which have been positioned following proposals in the literature. All muscles are represented by Hill type muscle models. Activation levels of the muscles where employed based on previous work of the authors. The complete modeling process has been under close supervision of medical collaborators from the University of Heidelberg. The current model consists of more than 1,900,000 elements (beams, springs, and solid elements) containing 8 different material models. Analyses are executed with the FE program LS-DYNA, which allows arbitrary contact and large deformations for the dynamic simulations using highly parallel computers.

Results

The model currently shows realistic reproductions of the

opening and closing motions of the jaw. Furthermore, it is

possible to analyze the reaction forces in the joints, teeth

and PDL under different muscle loads, explore different

motions without and with a bolus between the jaws at

different locations, and to reveal the interdependencies

between the different structures with reasonable

computational cost and execution time. Reaction forces

for a variety of biting tasks show good agreement with

the literature.

Conclusions

The only muscles required for jaw opening are the lateral

pterygoid and the digastric muscle. The inclusion of other

suprahyoid muscles during jaw opening restrains the

anterior displacement of the articular disc in the TMJ.

Incorporation of the posterior attachments of the disc in

the TMJ reduces the activation levels of the lateral

pterygoid required to balance the system during

clenching. The current and future goals are to determine

the stress distributions in the mandible, teeth and PDL

during clenching, grinding and chewing with different

sized boluses, also when dental implants are

incorporated at different positions of the mandible.

V 17 Comparison of methods to determine the centre of resistance of teeth F. Schmidt1, M. E. Geiger1, R. Jäger1, B. G. Lapatki1 1Universität Ulm, Univesitätskllinikum, Klinik für Kieferorthopädie und Orthodontie, Ulm, Deutschland

Introduction

Effective orthodontic therapy with minimal side-effects

requires knowledge about the load system applied to an

individual tooth as well as patient-specific morphological

information to estimate its individual centre of resistance

(CR). To date, the CR can generally only roughly be

estimated during clinical treatment. Only few studies with

small tooth samples provided quantitative information on

CR locations of different tooth types.


The present study compares two finite element (FE)

based methods and a simplified semi-analytical method

(SAM) with regard to their ability to determine the CR.

The methods were applied to a generic tooth with semi-

ellipsoidal root and two human teeth scanned via cone

beam-CT. One FE method (FEM1) used a tetrahedral

mesh, directly generated from the individual CT data. The

second method (FEM2) employed a manually

predesigned simplified hexahedral mesh which was

warped using a semi-automatic routine to match the

outer shape of the tooth under investigation. The applied

SAM is based on fundamental mechanical and

kinematical principles, extended by four additional

parameters to account for shape and size of a tooth.

Basically, this approach separated shear dominated from

compression/tension dominated regions in the

periodontal ligament. The combined forces of both

regions were finally balanced with a single effective force

whose application point represents the CR.

Results

CR locations determined by both FE methods were found

to be in excellent agreement. However, generating

individualised tooth meshes (FEM1) was much more time

consuming compared to warping of a predesigned tooth

mesh (FEM2). Preliminary results for SAM were in good

accordance with FE results. The maximal deviation of the

CR locations was below 0.3 mm.

Conclusions

Two methods for determining the CR were presented that

are sufficiently accurate and faster than the conventional

FEM1. FEM2 proved to be equivalent concerning

quantitative results but promises considerable time

savings. However, the morphing procedure was only

applied to single-root teeth, and might be unstable for

Vorträge

18

teeth with more complex root shapes. The results of the

SAM were sufficiently accurate for clinical applications

but depended highly on the choice of the introduced

parameter.

V 18 Änderung der Zahnbeweglichkeit nach Abschluss einer kieferorthopädischen Behandlung - eine in-vivo-Studie L. Keilig1,2, A. Konermann3, R. Al-Malat1, J. Skupin1, A. Jäger3, C. Bourauel1 1Universität Bonn, Oralmedizinische Technologie, Bonn, Deutschland 2Universität Bonn, Abteilung für Zahnärztliche Prothetik, Propädeutik und Werkstoffwissenschaften, Bonn, Deutschland 3Universität Bonn, Poliklinik für Kieferorthopädie, Bonn, Deutschland

Aus biomechanischer Sicht ist der Zahnhalteapparat

(insbesondere das Parodontalligament, PDL) eine sehr

komplexe Struktur, deren biomechanisches Verhalten im

Wesentlichen durch seine Faserstruktur sowie die

Gewebsflüssigkeiten bestimmt werden. Es ist bekannt,

dass die Beweglichkeit des Zahnes im Zahnfach zum

Abschluss einer kieferorthopädischen Behandlung erhöht

ist und sich nur langsam wieder normalisiert. Daher sollte

im Rahmen dieser Untersuchung die Beweglichkeit von

Zähnen in vivo direkt nach Entfernung festsitzender

kieferorthopädischer Apparaturen sowie in festgelegten

Zeiträumen danach ermittelt werden.

Bei 20 Patienten wurden die Kronen eines mittleren

Schneidezahnes mit einem Piezoaktor um 0,2 mm

ausgelenkt und die dafür benötigte Kraft aufgezeichnet.

Zur Berücksichtigung der Zeitabhängigkeit des PDL

wurde die Auslenkung bei Belastungszeiten von

0,1/0,2/0,5/1/2/5/10 s ausgeführt. Die Messungen

erfolgten direkt nach Entfernung der

kieferorthopädischen Apparatur sowie 2 Tage und 1, 2, 6,

und 24 Wochen danach.

Unmittelbar nach Entfernung der Apparatur konnte bei

den meisten Patienten eine deutlich reduzierte

Rückstellkraft der Zähne festgestellt werden, wobei sich

die Mittelwerte auf 3,8-6,3 N je nach Belastungszeit

beliefen. 2 Tage später stiegen die Werte weiter an auf

5,5-7,0 N, jedoch mit extremen Schwankungen zwischen

den einzelnen Patienten. Im Vergleich dazu blieben die

ermittelten Kräfte mit 5,9-9,8 N nach einer Woche relativ

konstant und erreichten innerhalb des Patientenkollektivs

deutlich einheitlichere Werte. Generell waren die

gemessenen Kräfte bei kurzen Belastungszeiten größer

als bei längeren.

Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Veränderung der

Zahnbeweglichkeit über den Beobachtungszeitraum.

Bereits nach zwei Wochen scheint bei vielen Probanden

wieder ein stabiler Status erreicht zu sein. Parameter wie

Zeitpunkt und Art der letzten aktiven Zahnbewegung

können eine Ursache für unterschiedlich schnelle

Wiederherstellung der Ausgangsbeweglichkeit sein. Der

ermittelte zeitliche Verlauf der veränderten Beweglichkeit

kann helfen, Prognosen hinsichtlich Retention und

Rezidivgefahr nach erfolgter Multibandbehandlung zu

erstellen.

Gefördert durch die DFG, KFO208.

Genehmigt von der Ethikkommission der Universität

Bonn (030/12).

V 19 A non-linear poroelastic model for the simulation of the PDL including large displacements M. Favino1, R. Krause1, C. Bourauel2 1Università della Svizzera italiana, Lugano, Schweiz 2University of Bonn, Bonn, Deutschland

Recently, poroelastic models have been used to describe

the mechanical behavior of the periodontal ligament

(PDL) [1].

This kind of model inherently incorporates the biphasic

nature of the PDL.

Non-linear poroelasticity has also been employed to take

into account large deformations occurring in the PDL. In

the standard formulation, deformations in a poroelastic

system are limited by the compaction point, i.e. the point

at which the deformation determinant J becomes smaller

than the solid volume fraction. This phenomenon can be

observed in particular in the simulation of the PDL. In Fig.

1), we report the time evolution of the minimum of the

deformation determinant J in an indentation experiment.

In this contribution, we extend the standard poroelastic

models usually employed in dental biomechanics

following the approach presented in [2]. We add to the

material law a penalisation term that enforces

incompressilbity when J approaches the compact point.

In order to avoid the locking phenomenon that may be

observed, we propose a novel saddle-point formulation of

the problem. We show that it is stable with both low-order

and Taylor-Hood finite element spaces and allows to

simulate large displacements.

Because of the high resolution meshes required by this

system [3], we also present an efficient solution strategy

Vorträge

19

for this formulation based on a Newton-multigrid solver

for this system.

[1] Favino, Gross, Drolshagen, Keilig, Bourauel,

Deschner, Krause: Validation of a heterogeneous elastic-

biphasic model for the numerical simulation of the PDL.

CMBBE (2011)

[2] Federico, Grillo: Elasticity and permeability of porous

fibre-reinforced materials under large deformations.

Mechanics of Materials (2012)

[3] Pietrzak, Curnier, Botsis, Scherrer, Wiskott, Belser:A

nonlinear elastic model of the periodontal ligament and

its numerical calibration for the study of tooth mobility.

CMBBE (2002).

Fig 1) Evolution of the minimum of J for different mesh

resolution. The black line is the threshold value of 0.6

below which the model is not valid.

Anhang 2

V 20 Automatisierung der Abschätzung der mechanischen Eigenschaften des Parodontalligamentes unter zeitabhängiger Belastung C. Dirk1, L. Keilig1, S. Reimann1, I. Hasan1, R. Al-Malat1, A. Konermann2, C. Bourauel1 1Universität Bonn, oralmedizinische Technologie, Bonn, Deutschland 2Universität Bonn, Poliklinik für Kieferorthopädie , Bonn, Deutschland

Zur Untersuchung des zeitabhängigen, nichtlinearen

Verhaltens des Parodontalligamentes (PDL) werden

mittels intraoraler Messgeräte zahlreiche Messungen von

Einzelzähnen mit unterschiedlichen

Belastungsparametern durchgeführt. Die mechanischen

Eigenschaften sind nur durch back-calculation

approximierbar, was pro Messung nochmals mehrere

Simulationen notwendig mach, um alle

Materialeigenschaften anzupassen. Ziel war es, diesen

aufwändigen Prozess zu automatisieren.

Ausgehend von den Maßen des untersuchten Zahnes

wird von dem entwickelten Programm aus einem

idealisierten 3D-Modell ein patientenspezifisches Modell

mit etwa 50000 Tetraeder-Elementen erstellt.

Entsprechend der zu erwartenden bilinearen

Materialparameter (E1, E2 sowie ε12) wird für alle

Messungen ein Satz von Simulationen gestartet. Aus

diesen werden Auslenkungs-Kraft-Diagramme erzeugt,

die mittels einer normierten least squares method (LSQ)

mit den entsprechenden gemessenen Werten verglichen

werden. Die Materialparameter der jeweils besten

Simulation werden wiederum variiert und eine neue

Simulationsgruppe gestartet, bis eine hinreichend

genaue Näherung erreicht ist. Konvergiert der Fehler bei

einer Messung nicht, wird diese dem Benutzer zur

manuellen Prüfung vorgelegt. Das Programm ist in C++

geschrieben und bedient sich für die Finite-Elemente-

Analyse des FE-Pakets MSC Marc/Mentat. Die

Funktionalität des beschriebenen Ansatzes wurde im

Rahmen einer klinischen Studie getestet.

Mit dem entwickelten Automatisierungsprogramm ließen

sich die Materialparameter des PDLs berechnen. Die

Zeitersparnis hing stark von dem Anwender ab, sie

betrug zur Modelerstellung 10 bis 45 Minuten, zur

Auswertung 5 bis 10 Minuten pro Messungs-Simulations-

Kombination und 3 bis 10 Minuten pro Erstellen einer

neuen Simulation. Der Fehler (LSQ) zwischen Simulation

und Messung betrug im Mittel 1,2 N mit einer

Standardabweichung von 0,9 N, dazu waren

durchschnittlich 18,7 Simulationen pro Messung nötig.

Durch das Programm konnte die Bestimmung der

mechanischen Eigenschaften des PDLs deutlich

vereinfacht werden. Bis jetzt wird es im

wissenschaftlichen Bereich eingesetzt, eine Anwendung

in der Diagnostik ist jedoch geplant.

Gefördert durch die DFG, KFO208

Genehmigt von der Ethikkommission der Universität

Bonn (030/12).

Vorträge

20

V 21 Ortsaufgelöste Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in humanen Zähnen mit zeitaufgelöster Ultraschallmikroskopie C. Blase1, A. Habib1, M. Blume2, R. Sader2, J. Bereiter-Hahn1 1Goethe Universität, Institut für Zellbiologie und Neurowissenschaft, Frankfurt, Deutschland 2Goethe Universität, Klinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie, Frankfurt, Deutschland

Fragestellung

Nichtinvasive Methoden zur Bestimmung der elastischen

Eigenschaften von Zahngewebe können eine

bedeutende Rolle für die frühzeitige Entdeckung von

kariösen Veränderungen oder Demineralisierung spielen.

Um die Eignung von Ultraschall-basierten Messungen für

die Charakterisierung der elastischen Eigenschaften von

Zahngewebe zu prüfen, wurde die lokale Verteilung der

Schallgeschwindigkeit in extrahierten humanen Zähnen

mit einem Ultraschallmikroskop ermittelt.

Methoden

Von zehn extrahierten Zähnen wurden Längsschnitte

(koronal / apikal) von 0,8 - 1,2 mm Dicke erzeugt und mit

einem Ultraschallmikroskop (WinSAM 300, PVA Tepla

AS) im Puls/Echo-Modus bei 30 MHz aufgenommen. Die

lokale Schallgeschwindigkeit wurde durch

Laufzeitmessung anhand des zeitaufgelösten

Ultraschallsignals mit einer Schrittweite von 50 µm

bestimmt.

Ergebnisse

Die Verteilung der Schallgeschwindigkeit wurde für jeden

Schnitt ermittelt und kartiert. Die mittlere

Schallgeschwindigkeit wurde an jedem Schnitt jeweils für

Zahnschmelz und Dentin ermittelt. Die Werte variierten

sowohl für Zahnschmelz (5263±150 m/s bis 6388±277

m/s) als auch Dentin (3632±303 m/s bis 4419±213)

deutlich zwischen einzelnen Zähnen. Innerhalb eines

Schnittes zeigte sich eine Abnahme der

Schallgeschwindigkeit von koronar nach apikal. In

kariösem Dentin war die Schallgeschwindigkeit

gegenüber dem nicht betroffenen Gewebe deutlich

verringert (2253±356 m/s bzw. 3931±163 m/s, Abb.).

Schlussfolgerungen

Laufzeitmessungen anhand zeitaufgelöster

Ultraschallmessungen können zur Bestimmung der

Schallgeschwindigkeit von dentalen Geweben genutzt

werden und stellen eine Alternative zur Bestimmung der

Schallgeschwindigkeit auf Basis von Oberflächenwellen

dar, für die eine speziell geglättete Oberfläche benötigt

wird [1]. Die ermittelten Werte erlauben eine

Differenzierung von Zahnschmelz, Dentin und kariösem

Gewebe. Bei der in situ Messung am nativen Zahn

können diese Werte in Zukunft genutzt werden, um aus

den Schall-Laufzeiten die Dicke der Zahnschmelz-

Schicht zu bestimmen und so die Planung von Eingriffen

zu verbessern.

1. Shelke A, Blume M, et al., Ultrasound in Medicine and

Biology, 39:853-859, 2013

Abbildung: Ultraschallmikroskopische Aufnahme (links,

30 MHz) und daraus ermittelte Verteilung der

Schallgeschwindigkeit (rechts) eines Zahn-Schnittes mit

kariösem Dentin (Markierung).

Anhang 1

Vorträge

21

Session 4 - Wirbelsäule

V 22 Bandscheibenvorfälle unter komplexer Belastung durch eine 6DOF Prüfmaschine - Darstellung bei 11,7 T N. Berger-Roscher1, S. Maile1, V. Rasche2,3, A. Kienle4, H.-J. Wilke1 1Universität Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Ulm, Deutschland 2Universitätsklinikum Ulm, Klinik für Innere Medizin II, Ulm, Deutschland 3Universität Ulm, Core Facility Kleintier-MRT, Ulm, Deutschland 4SpineServ GmbH & Co. KG, Ulm, Deutschland

Hintergrund

Die Entstehung und der Verlauf von

Bandscheibenvorfällen ist bisher noch unzureichend

verstanden. Neben genetischen Faktoren und dem

Degenerationsgrad spielt die mechanische Belastung

wahrscheinlich eine nicht zu vernachlässigende Rolle. Es

lassen sich generell zwei Typen von

Bandscheibenvorfällen unterscheiden: Anulusriss und

Deckplattenabriss. Ziel dieser Studie ist es zu eruieren,

ob sich Bandscheibenvorfälle in vitro erzeugen lassen

und ob die Art der Risse dem bisherigen Kenntnisstand

entsprechen.

Methodik

Sechs frische, lumbale Schafsbandscheiben wurden

unter mehrachsiger Bewegung belastet (12° Flexion, 9°

Seitneigung, 4° Axiale Rotation, 800 N Axiale

Kompression, 1200 Zyklen, 0,5 Hz) in einem neu

entwickelten, dynamischen, 6DOF

Bandscheibenbelastungssimulator (Abb. 1). Nach der

Testung wurden die Bandscheiben durch ein

Ultrahochfeld-MRT (11,7 T) gescannt. Nach

Begutachtung der Schnittbilder wurden dreidimensionale

Rekonstruktionen der Läsionen zur Visualisierung

durchgeführt.

Ergebnisse

In 50% der Fälle konnte ein Prolaps erzeugt werden und

in den restlichen 50% eine Protrusion. Bei 4 der 6

Bandscheiben wurde ein Versagen durch einen Riss im

Anulus festgestellt (Abb. 2) und bei 2 Bandscheiben

durch einen Abriss im Randbereich der Deckplatten. Die

Schwachstelle war in allen Fällen der posteriore Bereich

der Bandscheibe.

Diskussion

Diese vorläufige Studie hat gezeigt, dass eine komplexe

Belastung eines Bewegungssegmentes zum Versagen

der Bandscheibe führen kann. Die Art des Versagens

entspricht den Fällen, die von Rajasekaran et al. (2013)

beschrieben wurden. Die Verteilung ist jedoch hiervon

abweichend, was aufgrund der geringen Zahl der

Proben, aber auch an den Schafspräparaten liegen

könnte. Das Ziel weiterer Studien ist es, die

Fehlermechanismen der Mikrostruktur unter

verschiedenen Belastungen besser zu verstehen. Zu

diesem Zweck ist eine Visualisierung der Struktur mit

Hilfe von Ultrahochfeld-MRT zu unterschiedlichen

Zeitpunkten während des Tests eine vielversprechende

Methode, um das Fortschreiten der Rissentwicklung zu

verfolgen.

Anhang 1

Anhang 2

Vorträge

22

V 23 Auswirkung konservativer Versorgung von Wirbelkörperfrakturen auf das räumliche Koordinationsmuster paravertebraler Rumpfmuskulatur bei statischer Belastung P. Schenk1,2, C. Anders2, B. Ullrich1, H. Stark3, M. Fischer3, A. Gussew4, R. Rzanny4, J. Reichenbach4, K. Wohlfarth5, H.-C. Scholle2, G. O. Hofmann1,2 1BG Kliniken Bergmannstrost, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Halle (Saale), Deutschland 2Universitätsklinikum Jena, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie - FB Motorik, Pathophysiologie und Biomechanik, Jena, Deutschland 3Friedrich Schiller Universität, Institut für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie mit Phyletischem Museum, Jena, Deutschland 4Universitätsklinikum Jena, Medizinische Physik / IDIR I, Jena, Deutschland 5BG Kliniken Bergmannstrost, Klinik für Neurologie und Klinik für fachübergreifende Frührehabilitation, Halle (Saale), Deutschland

Einleitung:

Die operative Stabilisierung nach Verletzungen der

Wirbelsäule ist mittlerweile ein übliches Verfahren um die

biomechanische Integrität wieder herzustellen. Im

Gegensatz zu offenen, als auch minimal-invasiven

Operationsmethoden entstehen bei konservativer

Versorgung keine zusätzlichen Gewebealterationen.

Methode:

Es wurden 8 männliche und 8 weibliche Patienten nach

konservativer Versorgung von Wirbelkörperfrakturen

untersucht und jeweils mit 29 rückengesunden Männern

bzw. 27 Frauen verglichen. Die Untersuchung fand 6

Wochen nach dem Trauma statt. Hierbei wurde die

longitudinal-räumliche (spatiale) Aktivität bei statischer

Extensionsbelastung der paraspinalen Muskulatur mittels

Oberflächenelektromyographie, beidseits, zwischen Th11

und L4 erfasst. Die Intensität der statischen Belastung

betrug 9%, 17%, 34%, 50%, 71%, 87% und 100% vom

individuellen Oberkörpergewichts (OKG).

Ergebnis:

Fünf der 8 männlichen und 7 der 8 weiblichen Patienten

schafften alle Belastungsstufen. Weder bei den

konservativ versorgten Männern, noch bei den

konservativ versorgten Frauen ließen sich im Vergleich

mit der jeweiligen Kontrollgruppe signifikante

Veränderungen in der spatialen Koordination (Abb. 1)

nachweisen. Beide Patientengruppen zeigen jedoch auf

allen untersuchten Segmenthöhen und bei allen

Belastungen höhere Amplituden (Abb. 2) als die

Kontrollgruppen. Beim geschlechtsspezifischen Vergleich

der Amplituden auf den einzelnen Segmenthöhen

konnten signifikante Unterschiede (Abb. 2) für beide

Geschlechter hauptsächlich bei den Belastungen mit

87% und 100% des OKG nachgewiesen werden.

Diskussion:

Die Konservative Versorgung lumbaler

Wirbelkörperfrakturen scheint keinen Einfluss auf die

spatiale Koordination zu haben. Jedoch zeigen beide

Patientengruppen deutlich überhöhte Amplituden in allen

Segmenten, verglichen mit den Gesunden, was auf eine

größere Anstrengung bei vergleichbarer Belastung

hindeutet.

Acknowledgement:

Diese Forschungsarbeit wurde mit Mitteln der Deutschen

GesetzlichenUnfallversicherung unterstützt. Die

Verantwortung für den Inhalt dieserVeröffentlichung liegt

beim Autor.

Anhang 1

Anhang 2

V 24 Klinische Kurzzeitanalysen spiegeln die komplexe Form und Beweglichkeit der Lendenwirbelsäule im Alltag nur unzureichend wieder - Langzeitmessungen an 208 Probanden M. Dreischarf1, E. Pries1, M. Bashkuev1, M. Putzier2, H. Schmidt2 1Julius Wolff Institut, Berlin, Deutschland 2Charité – Universitätsmedizin Berlin, Centrum für Muskuloskeletale Chirurgie, Berlin, Deutschland

Die individuelle Form und Beweglichkeit der

Lendenwirbelsäule gelten als Risikofaktoren für das

Auftreten degenerativer Erkrankungen und haben einen

großen Einfluss auf den Erfolg operativer Versorgungen.

In bisher durchgeführten, insbesondere klinischen

Analysen, wurden beide Faktoren lediglich in

standardisierten Kurzzeitmessungen bestimmt. Die

Vorträge

23

tatsächlich im Laufe eines Tages auftretenden Werte

sind unbekannt, ihr Wissen wäre jedoch essentiell für ein

besseres Verständnis von Rückenschmerzen oder für

eine optimale präoperative Planung. Ziel der

Untersuchung war es, die Form und Beweglichkeit der

Lendenwirbelsäule im Alltag zu vermessen.

Hierfür wurde das validierte, nichtinvasive Messsystem

„EpionicsSpine“ verwendet. Es besteht aus zwei

Sensorbändern, besitzt eine hohe Messgenauigkeit und

Reliabilität [1] und wurde standardisiert auf 208

asymptomatische Probanden (Alter: 20-74J;

♀/♂=115/93) appliziert. Je Proband wurde zunächst eine

Kurzzeitmessung, die der klinischen Form-und

Funktionsanalyse entspricht (maximale

Oberkörperflexion, -extension und aufrechtes Stehen)

und anschließend eine Langzeitmessung von 24 Stunden

Dauer im Alltag durchgeführt. Die Ergebnisse der beiden

Messungen wurden verglichen, sowie hinsichtlich des

Einflusses von Alter und Geschlecht analysiert (t-Test;

zweifaktorielle Varianzanalyse; α= 0,01).

Die in der Kurzeitmessung ermittelte Lordose im Stehen

(33°) war signifikant größer als die durchschnittliche

Lordose im Alltag (8°; p < 0,001). Auch die auftretende

Beweglichkeit zeigte signifikante Unterschiede. Während

sich in der Kurzzeitmessung keine signifikanten

Unterschiede zwischen den Geschlechtern ergaben,

zeigten Frauen in der Langzeitmessung eine signifikant

größere durchschnittliche Lordose (♀: 9,3°, ♂: 6,4°; p =

0,003). Mit zunehmendem Alter zeigten sowohl Kurz-

also auch Langzeitmessung eine signifikante Abnahme

der Lordose und Beweglichkeit.

Erstmals konnte die Form und Beweglichkeit der

Lendenwirbelsäule über einen längeren Zeitraum im

Alltag gemessen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass

sich die spinale Form und Beweglichkeit im Alltag

grundlegend von klinischen Kurzeitanalysen

unterscheiden. Für eine optimale Therapie sollte daher

das komplexe Alltagsverhalten der Lendenwirbelsäule

Berücksichtigung finden.

Literatur

[1] Taylor et al., Med Eng Phys. 2010

V 25 Einfluss des Designs von Bandscheibenprothesen auf die Bewegungserhaltung im Vergleich zur Stabilisierung - eine biomechanische Untersuchung an der humanen Halswirbelsäule R. Bostelmann1, H. J. Steiger1, W. Schmölz2 1Universitätsklinik Düsseldorf, NCH, Düsseldorf, Deutschland 2Medizinische Universität Innsbruck, Abteilung Biomechnik der Universitätsklinik für Unfallchirurgie, Innsbruck, Deutschland

Fragestellung

In in-vitro Studien konnte die Bewegungserhaltung nach

Implantation von zervikalen Bandscheibenprothesen

(TDR) nachgewiesen werden. Typisch ist dabei ein „ball

and socket design“ mit fixem Rotationszentrum (CoR)

(Typ P). Ein ellipsoider Aufbau der Gelenkflächen (Typ

C) soll zu einem mobilen CoR führen. Welchen

Bewegungsumfang (ROM) und welches CoR haben die

TDRs in in-vitro Bedingungen beim Menschen?

Unterscheiden sich diese Ergebnisse im Verhältniss zu

einem intaktem und einem mit Cage und Platte (C+P)

versorgten Segment.

Material und Methoden

6 humane HWS (C3-C7) wurden an einem „spine tester“

mit reinen Momenten beladen (±1.5Nm). Initial erfolgte

die Testung im intakten Zustand. Dann erfolgte die der

Implantate (Prothese Typ P, Typ C, C+P) im Segment

C4/5. Die Bewegungsanalyse wurde mit einem

ultraschallbasiertem System aufgezeichnet

(Winbiomechanics, Zebris, Isny, Germany). Unter

Lastaufbringung wurden zur Bestimmung des CoR in

maximaler Flexion und Extension Röntgenaufnahmen

angefertigt. Die Berechnung erfolgte mit der FXA

Software (ACES GmbH, Esslingen, Germany). Die

Lokalisation des CoR und dessen relative Abweichung

durch die Implantate wurden im relativen Verhältnis zur

Wirbelkörperhöhe berechnet.

Ergebnisse

Verglichen mit dem RoM in Flexion/Extension (9,9°; SD

5,2) im intakten Zustand war der RoM der TDR Typ P

nicht signifikant verschieden (8,5°; SD 5,3; p=0,36). Eine

signifikante Reduktion zeigte sich für Type C (6,0°; SD

4,1; p=0,049) und C+P (3,8°; SD 2,4; p=0,011). In

Relation zur intakten Ausgangssituation war das CoR

signifikant nach kranial verschoben (Abb. 1) in Richtung

des Zentrums der Bandscheibe (Typ C, 38,5% SD 20,8

p=0,023; Typ P 40%, SD 15,2, p=0,005; C+P, 44,5%, SD

29,8, p=0,035). In ap Richtung verschob sich CoR nach

posterior: Typ C (12%, SD 18, p=0,254), Typ P (26%, SD

17, p=0,037). Unverschoben bei C+P (0,2%, SD 11,3,

p=0,974).

Zusammenfassung

Das CoR verschiebt sich signifikant vom Zentrum des

kaudalen Wirbelköpers in das CoR der untersuchten

TDR. Ferner verschiebt es sich in anterior-posteriorer

Richtung nach posterior und ist abhängig vom Design

und Positionierung der TDR. Dadurch kommt es zu

Modifikationen in der Lastverteilung und

unterschiedlichen Fazettbelastung. In der RoM Analyse

der TDR Typ C zeigte sich eine Abnahme der Flexibilität.

Vorträge

24

Dies könnte vor einer unphysiologischen

Mehrbeweglichkeit schützen.

V 26 Die Fusion von Facetten mit der neuen BoneWelding Technologie gewährleistet adäquate Stabilität eines Wirbelsäulensegments. Eine Finite-Elemente- und In-vitro-Studie. B. Schlager1, J. Mayer2, P. Weresch 1, M. Lehmann2, S. Goebel 2, A. Mueller 2, U. Berlemann 3, H.-J. Wilke 1 1Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Wirbelsäule, Ulm, Deutschland 2SpineWelding AG, Schlieren, CH, Schweiz 3Spinecenter, Thun, CH, Schweiz

Fragestellung

Die Fusion eines Wirbelsäulensegments benötigt

ausreichend Stabilität, was eine Herausforderung für

minimal-invasive chirurgische Techniken ist. Mit der

neuen BoneWelding® Technologie soll ein Segment

minimal-invasiv versorgt und stabilisiert werden. Hierbei

wird ein Implantat (Turris® Facet Fuser, SpineWelding

AG) in eine aufbereitete Kavität im Facettengelenksspalt

eingesetzt. Durch ein kurzes erhitzen des Implantats

mittels Ultraschall in-situ, wird die Implantatoberfläche

aufgeschmolzen, wodurch es in die trabekuläre Struktur

des Knochens läuft. Das Polymer härtet sofort aus und

„fusioniert“ somit die Facetten. Ziel dieser Studie war es

die Stabilität, sowie die Kräfte die auf den Turris® Facet

Fuser wirken, mit der Finite Elemente (FE) Methode zu

ermitteln.

Methoden

Ein validiertes, nicht-lineares, drei-dimensionales FE-

Modell eines human lumbalen Segments L4-L5 wurde

verwendet. Zuerst wurde das FE-Modell mit einem

anterioren lumbalen Cage-System (SynCage-LR)

versehen und durch den Vergleich mit In-vitro-Tests

kalibriert. Parameter für die Kalibrierung waren die

Vorspannkraft des Annulus, welche beim platzieren des

Cages in vitro auftritt, als auch der Reibungskoeffizient

zwischen Cage und Endplatte. Dann wurden die Turris®

Facet Fuser bilateral in das Modell eingebracht (Abb. 1).

Die Ergebnisse wurden In-vitro-Daten gegenübergestellt.

Das Segment wurde mit reinen Momenten (7,5 Nm) in

alle drei anatomischen Ebenen, sowie mit einer

Scherkraft von 400N belastet.

ErgebnisseDer Kalibrierungsprozess ergab eine

Vorspannkraft des Annulus von 300 N und einen

Reibungskoeffizienten von 2. Die FE-Berechnungen

ergaben eine Reduktion des Range of Motion (RoM)

durch den Turris® Facet Fuser um 90% in alle

Richtungen. In vitro wurde eine Reduktion in Flexion,

Extension und Seitneigung um ca. 80%, in axialer

Rotation um 40% gemessen. Die berechnete maximale

Zugkraft auf ein Facettengelenk betrug ca. 70N und die

maximale Schubkraft 110N.

Schlussfolgerungen

Der Turris® Facet Fuser kann, in Kombination mit dem

lumbalen Cage System, den RoM eines Segment um ca.

90% reduzieren, welches ausreichend Stabilität für die

Fusion eines Segments sein könnte. Der Vergleich mit

den In-vitro-Versuchen zeigte jedoch eine Abweichung

der Steifigkeit der fusionierten Facetten in Rotation.

Anhang 1

V 27 Augmentation von Pedikelschrauben mit einem selbstaushärtenden Elastomer W. Schmölz1, A. Keiler1, N. Marotta2, A. Gasbarrini3 1Medizinische Universität Innsbruck, Unfallchirurgie / Biomechanik, Innsbruck, Oesterreich 2University of Rome, Rome, Italien 3Rizzoli Institute, Bologna, Italien

Einleitung: Bei Patienten mit Osteoporose ist es

weitverbreitet die Pedikelschrauben (PS) im Wirbelkörper

zu augmentieren um deren Verankerung zu verbessern.

Meist werden kannülierte und fenestrierte PS in situ mit

PMMA Zement augmentiert. Jedoch birgt die in situ

Augmentierung das Risiko eines Zementaustritts, einer

toxischen Reaktionen, sowie einer erschwerten Revision.

In einer modifizierten Technik werden die

Pedikelschrauben in eine mit einem selbstaushärtenden

Elastomer gefüllte Ballonkavität gesetzt. Ziel der Studie

war der biomechanische Vergleich der Verankerung von

Pedikelschrauben mit der modifizierten Elastomer

Technik und der in situ PMMA Augmentations Technik.

Material: Die zwei Augmentationstechniken wurden in 9

lumbalen Wirbelkörpern im Rechts - Links Vergleich

getestet. Für die PMMA Gruppe wurden die rechten

Pedikel mit kannülierten und fenestrierten PS

instrumentiert und mit 2ml PMMA augmentiert. Für die

Elastomer Gruppe wurde im linken Pedikel mit einem

Vorträge

25

eine Kavität geschaffen, mit 3ml Elastomer befüllt

(VK100, BONWRX, USA) und instrumentiert. Jede

Schraube wurde zyklisch in kranio-kaudaler Richtung

(5mm/s) von -50 bis +50N belastet. Die obere

Kraftgrenze wurde alle 100 Lastzyklen um 5N bis zur

Lockerung der Schraube oder bis zum Erreichen von

11000 Zyklen (600N) angehoben. Nach der zyklischen

Belastung der Schrauben wurde ein Ausrissversuch

durchgeführt.

Ergebnisse: Die Anzahl an Lastzyklen bis zum Versagen

betrug 9824 (±1982) Zyklen für die Elastomer Gruppe

und 7401 (±1644) Zyklen für die PMMA Gruppe

(p=0.012). Der Ausrisstest zeigte ebenfalls signifikante

Unterschiede in der maximalen Kraft (p=0.003) und dem

dazugehörigen Weg (p=0.002) mit Werten von 671.3N

±332.1 und 5.9mm ±4.6 für die Elastomer Gruppe sowie

1188.6N ±288.1 und 12.3mm ±2.2 für die PMMA

Gruppe. Der Versagensmechanismus war in der

Elastomer Gruppe hauptsächlich ein Schraubenausriss

und in der PMMA Gruppe ein Pedikelausriss.

Schlussfolgerung: Verglichen mit der in situ PMMA

Augmentation erzielte die Augmentationstechnik mit dem

Elastomer in der Ballonkavität eine verbesserte

Schraubenverankerung unter zyklischer kranio-kaudaler

Belastung. Die Ausrisskraft nach der zyklischen

Belastung war für die PMMA Augmentierten Schrauben

höher, jedoch mit einem anderen

Versagensmechanismus.

V 28 Beeinflusst der Augmentationszeitpunkt die Pedikelschraubenverankerung bei einem Repositionsmanöver? C. Heinrichs1, S. Schmidt2, L. Álvarez-Galovich3, W. Schmölz1 1Medizinische Universität Innsbruck, Universitätsklinik für Unfallchirurgie, Innsbruck, Oesterreich 2Orthopädische Universitätsklinik Friedrichsheim gGmbH, Frankfurt am Main, Deutschland 3Fundacion Jimenez Diaz University Hospital, Spine Service, Madrid, Spanien

Fragestellung

Die Zementaugmentation ist ein etabliertes klinisches

Verfahren um die Schraubenverankerung im

osteoporotischem Wirbelkörper zu verbessern.

Pedikelschrauben (PS) werden entweder seitlich (side-

loaded) oder auf (top-loaded) der Schraubenlängsachse

mit Fixationsstäben verbunden. Eine seitliche Fixierung

erlaubt die Augmentation entweder vor oder nach einem

Repositionsmanöver durchzuführen. Der

Augmentationszeitpunkt wird kontrovers diskutiert. Vor

dem Manöver augmentierte PS tolerieren womöglich

höhere Manöverkräfte, jedoch besteht das Risiko einer

PS- oder Zementlockerung bereits während des

Manövers. Ein Manöver vor der Augmentation resultiert

aufgrund der zu erwartenden geringeren Krafttolerierung

eventuell in einer trabekulären Fraktur. Eine

anschließende Augmentation könnte eine erneute stabile

Verankerung erzielen.

Ziel dieser Studie war es den Effekt des

Augmentationszeitpunkts auf die PS-Verankerung

biomechanisch zu evaluieren.

Methodik

Zehn osteoporotische lumbale Wirbelkörper (L1-L5)

wurden für die biomechanische Testung verwendet. Für

einen gepaarten Vergleich wurde in jedem Pedikel eine

PS (Omega-LP, 6,35x50mm, Biomet) implantiert. An der

linken PS wurde ein axiales, weggesteuertes Manöver

durchgeführt (2x±2mm, 3x±6mm, 3x±10mm).

Anschließend wurden beide PS mit 2ml PMMA Zement

augmentiert. An der rechten augmentierten PS wurde ein

Manöver mit Kraftgrenzen durchgeführt, welche bei

Erreichen der Weggrenzen aus dem Manöver der linken

PS gemessen wurden (2xF(±2mm), 3xF(±6mm),

3xF(±10mm)). Beide PS wurden zyklisch zwischen 50

und -50N belastet, wobei die untere Kraftgrenze alle 100.

Zyklen um 5N bis zum Versagen erhöht wurde. Die PS-

Bewegung wurde mit einem 3D-

Bewegungsanalysesystem aufgezeichnet.

Ergebnisse

Die linke PS welche nach dem Manöver augmentiert

wurde erreichte signifikant (p<0,05) mehr Lastzyklen als

die rechte, vor dem Manöver augmentierte PS

(5930±1899 vs 3830±1706).

Schlussfolgerung

Der Zeitpunkt der Augmentation hat einen Effekt auf die

Stabilität der PS-Verankerung im osteoporotischem

Wirbelkörper. Es konnte ein signifikanter Unterschied

zugunsten der Augmentation nach einem

Repositionsmanöver gezeigt werden. Eine während der

Reposition gelockerte PS kann durch eine Augmentation

wieder stabilisiert werden.

Vorträge

26

Session 5 – Ganganalyse I

V 29 Relation between talus top curvature and ankle function during walking in patients with treated Clubfeet H. Böhm1, C. Dussa1, M. Hösl1, C. Multerer1, L. Döderlein1 1BZ Aschau, Orthopädische Kinderklinik, Aschau im Chiemgau, Deutschland

Introduction

Clubfoot is the most common deformity of the bones and

joints in newborns. Most cases of clubfoot are

successfully treated shortly after birth. The most frequent

residual deformity following correction of clubfoot is a

reduced range of motion (ROM) of the ankle joint that

may impair function during walking. A possible reason for

the reduced ROM might be a deformity of the talus (flat-

top) that has been described as a result of nonoperative

manipulation involving forced dorsiflexion and molding of

the cartilaginous talus. The relation between flattened

talus and ankle ROM has not yet been shown. Therefore,

the aim of this study was to relate talus top curvature to

ankle and foot function during walking.

Methods

The data for the study was acquired from a prospective

Gait laboratory database. All of them underwent foot

analysis using Oxford foot model to assess foot

kinematics. Inclusion criteria were: clubfoot of idiopathic

aetiology, Excluded were: neurogenic and syndromal

clubfeet, recurrent clubfeet with hind foot inversion above

1 SD of healthy controls, age below 7 years. 121 feet of

92 patients were identified which fulfilled the above

criteria. Mean age was 13.2 years. The evaluated

parameters were sagittal ankle and midfoot ROM during

stance phase of walking and radius of curvature of the

top of the talus. Talus curvature was manually digitized

from sagittal plane radiographs and the digitized points

were approximated by a circle using a least square fit

(Fig 1). The radius was normalized by the tibia width.

Pearson correlation between parameters were

calculated.

Results

A significant negative relation between ankle ROM and

talus radius was observed (R=-0.48, p<0.001), and

between the ankle ROM and increased midfoot ROM

during walking (R=-0.56, p<0.001) .

Discussion

A flatter talus could be related to impaired ankle function

during walking. This might have been compensated by

increased mobility in the midfoot. This finding has 2

important clinical implications: 1. The clinically measured

passive dorsal extension might be overestimated for a

flat talus because it is mostly the summation of ankle and

midfoot joints, 2. It is important to be aware of this

compensation before one considers to fuse the midfoot

joints to correct a midfoot deformity. This may lead to

increased loading (impingement) of ankle joint and pain.

Figure1:

Sagittal plane radiograph of a patient with clubfeet, the

talus top curvature is approximated by a circle.

Anhang 1

V 30 Einfluss der Gastrocnemius Architektur von Kindern mit infantiler Zerebralparese [IZP] und Gesunden auf die Funktion beim Gehen und Joggen M. Hösl 1,2, H. Böhm1, A. Arampatzis2, L. Döderlein3 1Orthopädische Kinderklinik Aschau, Ganglabor, Aschau i. Chiemgau, Deutschland 2Humboldt-Universität zu Berlin, Institut für Sportwissenschaft | Abteilung Trainings- und Bewegungswissenschaften, Berlin, Deutschland 3Orthopädische Kinderklinik Aschau, Orthopädie , Aschau i. Chiemgau, Deutschland

Fragestellung

Die Wade von Kindern mit IZP ist kleiner, schwächer und

steifer. Therapeutische Maßnahmen sollen u.a. das

Längenwachstum der Muskelfasern anregen. Diese

Studie vergleicht a-priori die Zusammenhänge zwischen

Architektur des med. Gastrocnemius [MG] und seiner

Funktion beim Gehen und Joggen bei IZP und bei

Gesunden.

Methoden

23 Kinder mit IZP und 18 gesunde Gleichaltrige (9±3

Jahre) absolvierten eine 3D Ganganalyse beim Gehen

und Joggen. Zudem wurde die Architektur des MG

während manueller, passiver Dehnung im Ultraschall

bestimmt (Abb.1): Muskelbauchdicke, -länge und -

Vorträge

27

dehnbarkeit, sowie Länge und Dehnbarkeit der Faszikel

wurden erfasst [1]. Die dynamische Sprunggelenkskinetik

[max Leistung, Moment] wurde berechnet und

Korrelationen mit der Morphometrie bestimmt.

Ergebnisse

Kinder mit IZP gingen u. joggten ~20% langsamer und

produzierten dabei <50% Gelenkleistung für den Vortrieb

(P<.001). Der MG war 15% schmäler (P=.001) und, bei

halber Dehnung, 5% kürzer (P=.066). Die Faszikel waren

19% kürzer (P=.020) und die Dehnbarkeit des MG

erreichte 74% der Norm (P=.004). Beim Gehen (Abb.2)

bestand nur bei Gesunden eine pos. Korrelation

zwischen Dehnbarkeit des Muskels und Abdruckleistung

(r=.82, P<.001), während die Dicke neg. korrelierte (r=-

.49, P=<.039). Gleiches galt für das Gelenkmoment.

Dagegen fand sich bei IZP eine pos. Korrelation von

Faszikel Dehnbarkeit und Abdruck [Moment u. Leistung]

(r=.45, P<.030). Beim Joggen bestätigen sich die

Zusammenhänge zwischen Morphometrie und

Gelenkmomenten bei Gesunden. Bei IZP zeigte sich eine

milde positive Korrelation von Faszikellänge und

Abdruckleistung (r=.42, P=.065).

Schlussfolgerungen

Bei neurologisch-intakten Kindern scheint die

Dehnbarkeit des MG Muskels essentiell für den Vortrieb.

Nachdem ökonomische Faktoren generell für die

Gehgeschwindigkeit ausschlaggebend sind [2], könnte

eine höhere MG Elastizität z.B. Energie einsparen, wobei

ein dickerer Muskel offenbar das Gegenteil bewirkt. Das

Fehlen der Zusammenhänge bei IZP zeigt, dass

Koordination oder Co-Morbiditäten intervenieren.

Trainingsstudien bei IZP müssen zeigen, ob längere o.

dehnbarere Faszikel in der Tat den Abdruck verbessern.

Referenzen

.[1] Gillett 2013. Comput Methods Biomech Biomed

Engin.

[2] Morgan 2009. Paediatric Exercise Science and

Medicine.

Anhang 1

Anhang 2

V 31 Vergleich der Kniegelenksbelastung von Patienten mit unilateraler Hüftarthrose mit einem orthopädisch gesunden Kontrollkollektiv K. Lenarz1, A. Schmidt2, F. Stief3, L. Vogt1, J. H. Barker2, A. Meurer3 1Goethe-Universität, Sportmedizin, Frankfurt am Main, Deutschland 2Goethe-Universität, Frankfurt Initiative für Regenerative Medizin, Frankfurt am Main, Deutschland 3Orthopädische Universitätsklinik Friedrichsheim gGmbH, Frankfurt am Main, Deutschland

Fragestellung

Die schmerzbedingte Schonhaltung bei Patienten mit

Hüftarthrose führt zu einer ungleichmäßigen

Beanspruchung der unteren Extremitäten [1, 2]. Während

das Hüftgelenk der betroffenen Seite entlastet wird [3], ist

das maximale Knieadduktionsmoment auf der nicht

betroffenen Seite größer als auf der betroffenen Seite [4].

In der vorliegenden Studie soll geprüft werden, ob es im

Vergleich zu einer orthopädisch gesunden

Probandengruppe zu einer pathologisch veränderten

Kniegelenksbelastung kommt und somit auch das

Kniegelenk einem erhöhten Arthroserisiko unterliegt.

Methoden

An dieser prospektiven Querschnittsstudie nahmen 11

Patienten mit unilateraler Hüftarthrose teil. Jedem Patient

wurde ein orthopädisch gesunder Kontrollproband

gleichen Alters, Größe und Gehgeschwindigkeit

zugewiesen (Tabelle 1). Die instrumentelle

Bewegungsanalyse erfolgte mit acht Infrarotkameras

(VICON, 200 Hz) und zwei Kraftmessplatten (AMTI, 1000

Hz). Die Auswertung der Gelenkmomente während der

Standphase erfolgte anhand fünf vollständiger

Gangzyklen jedes Studienteilnehmers. Das

Signifikanzniveau lag bei α = 5 %.

Ergebnisse

Die vorläufigen Ergebnisse zeigen in Übereinstimmung

mit Shakoor et al. [4], dass bei Hüftarthrosepatienten

sowohl das 1. als auch das 2. maximale

Vorträge

28

Knieadduktionsmoment auf der betroffenen Seite deutlich

geringer ist als auf der nicht betroffenen Seite (Tabelle

2). Im Vergleich zu gesunden Probanden sind allerdings

auch die maximalen Knieadduktionsmomente auf der

nicht betroffenen Seite um 26 % bzw. 29 % reduziert.

Schlussfolgerungen

Die Ergebnisse zeigen, dass das biomechanisch

veränderte Gangbild bei Patienten mit unilateraler

Hüftarthrose zu einer pathologischen Verschiebung der

Kniegelenksbelastung führt. Der Kraftvektor wird in

Relation zum Kniegelenkszentrum nach lateral

verschoben und damit auch eine frühzeitige laterale

Gonarthrose begünstigt [5].

Referenzen

[1] Vogt et al. (2003) Disabil Rehabil 25:309-17

[2] Watelain et al. (2001) Arch Phys Med Rehabil

82:1705-11

[3] Hurwitz et al. (1997) J Orthop Res 15:629-35

[4] Shakoor et al. (2011) Arthritis Rheum 63:3853-58

[5] Sharma et al. (2001) J Am Med Assoc 286:188-95

Anhang 1

Anhang 2

V 32 Dynamic gait stability following tripping and static postural control in vestibular patients and healthy adults C. McCrum1,2, K. Eysel-Gosepath3, G. Epro2,4, K. Meijer1, H. Savelberg1, G.-P. Brüggemann4, K. Karamanidis2 1Maastricht University, Human Movement Science, NUTRIM School of Nutrition and Translational Research in Metabolism, Maastricht, Niederlande 2German Sport University Cologne, Institute of Movement and Sport Gerontology, Cologne, Deutschland 3Heinrich Heine University of Düsseldorf, Department of Otolaryngology, Head and Neck Surgery, Düsseldorf, Deutschland 4German Sport University Cologne, Institute of Biomechanics and Orthopaedics, Cologne, Deutschland

Introduction

Unilateral peripheral vestibular disorder (UPVD) disrupts

vestibular sensory input, affecting upper body motor

control and static postural stability1,2. However, the effect

of UPVD on dynamic gait stability is not well established.

We aimed to determine static and dynamic stability by

analysing recovery responses and adaptation to trip

perturbations during walking and static postural stability

in UPVD patients and controls. Additionally, we

investigated if static postural control could predict

dynamic gait stability.

Methods

17 UPVD patients and 17 healthy controls walked on a

treadmill and were unexpectedly tripped during the swing

phase of the right leg. The margin of stability (MS) was

calculated at each perturbed step and the first six

recovery steps3. Static postural stability was assessed

during quiet standing by analysing the excursion of the

centre of pressure with eyes open and closed, and during

static leaning (anterior and posterior limits of stability)

using a force plate. Pearson correlations between the

dynamic and static tasks were conducted.

Results

The first trip reduced the MS of the tripped leg (p<0.05),

with controls needing five steps to return to baseline and

patients not recovering in six steps. By the final trip,

controls needed two steps and patients needed three,

both improving recovery. MS for the tripped leg

significantly (p<0.05) increased after repeated trips for

controls, indicating feedback-driven locomotor

adaptation, but the patients’ MS did not increase. For the

static task, patients showed a higher centre of pressure

excursion compared to controls but static postural control

was only weakly correlated with MS during perturbed

walking (r was generally < 0.40).

Conclusion

UPVD patients show diminished dynamic gait stability

and adaptation following tripping, due to a deficient ability

to increase the base of support, increasing their fall risk.

Additionally, UPVD may inhibit adaptation of the reactive

response to trips. Static postural control alone may be of

limited use in predicting dynamic gait stability during

perturbed walking.

References

1. Borello-France et al. J Vestib Res, 1999; 9: 265-75

2. García et al. Acta Otorrinolaringol Esp, 2012; 63: 332-

8

3. Süptitz et al. Hum Mov Sci, 2013; 32: 1404-14

Vorträge

29

V 33 Objektivierte Bewertung der Gangfähigkeit von Schlaganfallpatienten durch apparative Bestimmung numerischer Scores D. Raab1, P. Ferreira2, D. Rosenthal1, A. Kecskemethy1,2 1Universität Duisburg-Essen, Lehrstuhl für Mechanik und Robotik, Duisburg, Deutschland 2ITBB GmbH, Neukirchen-Vluyn, Deutschland

Einleitung

Der ReHabX-Score ermöglicht eine differenzierte

Beurteilung der Gangfähigkeit von Schlaganfallpatienten,

indem er die funktionalen Kriterien Körperhaltung,

Beinbewegung, Armbewegung, Ganggeschwindigkeit,

Gangflüssigkeit und Stabilität auf einer Skala von 0 bis 3

benotet [1]. Die manuelle Bestimmung von Scores auf

Grundlage von subjektiven Bewertungen durch Mediziner

ist jedoch generell betrachterabhängigen Schwankungen

unterworfen und daher für eine reproduzierbare

Beurteilung der Bewegungsfähigkeit unzureichend.

Methode

Der Gang von 47 Schlaganfallpatienten wurde mit

markerbasierten Motioncapturing gemessen und pro

Patient jeweils 261 kinematische Kenngrößen aus den

Messdaten extrahiert. Anschließend wurden mithilfe einer

schrittweisen linearen Regression für jedes Kriterium des

ReHabX-Scores maximal zehn Kenngrößen ausgewählt

und gewichtet, welche zusammen das jeweilige Score-

Kriterium mit der höchsten Modellgenauigkeit abbilden.

Ergebnisse

Die erzielte Genauigkeit der numerischen Modelle liegt

lediglich für das Kriterium Armbewegung unter 80 % (vgl.

Abb. 1). Dies ist darin begründet, dass spastische und

paretische Armbewegungen Defizite mit stark

unterschiedlichen kinematischen Eigenschaften

darstellen. Abb. 2 verdeutlich anhand des Score-

Kriteriums Körperhaltung, dass die Streuung der

numerischen Scores (rote Kreuze) wesentlich geringer ist

als die der medizinischen Scores (blaue Kreise) und

deutlich weniger Ausreißer außerhalb des Zielbereiches

liegen (grüne Fläche). Bei den anderen Score-Kriterien

sind vergleichbare Resultate festzustellen.

Fazit

Das numerische Scoring ermöglicht eine reproduzierbare

Bewertung von Gangstörungen aufgrund gemessener,

quantitativer Kenngrößen. Dies bietet eine wertvolle

Hilfestellung für die objektivierte Beurteilung von

Bewegungsstörungen und unterstützt somit die Auswahl

der geeignetsten Maßnahmen für die schnelle

individuelle Rehabilitation der Gangfähigkeit nach einem

Schlaganfall.

Förderung

Gefördert aus dem EFRE kofinanzierten operationellen

Programm für NRW im Ziel2 "Regionale

Wettbewerbsfähigkeit und Beschäftigung" 2007-2013.

[1] Lerant et al. Entwicklung eines neuen

Schlaganfallbewegungsscores (ReHabX-Score),

Neurologie & Rehabilitation 06/14, S. 308

Anhang 1

Anhang 2

V 34 Kinematisches 3D Wirbelsäulenmodell - eine Adaptierungs- und Reproduzierbarkeitsstudie D. North1,2, B. Attwenger1, A. Kranzl1 1Orthopädisches Spital Speising, Wien, Oesterreich 2Fachhochschule Technikum Wien, Gesundheits- und Rehabilitationstechnik, Wien, Oesterreich

Einleitung

Bei einer Analyse der unteren Extremitäten im Gehen,

sind die Bewegungen des Oberkörpers und der Arme

wichtig [2]. Üblicherweise wird bei Ganganalysen der

Oberkörper als einzelnes Segment definiert. Daher

können nur Bewegungen der gesamten Wirbelsäule

berechnet werden. Ziel dieser Studie ist das

Oberkörpermodell des Plug-In-Gait möglichst einfach zu

erweitern, um Bewegungen verschiedener

Wirbelsäulenbereiche zu messen. Die Ergebnisse

wurden auf deren Reproduzierbarkeit überprüft.

Vorträge

30

Methoden

Um verschiedene Bereiche der Wirbelsäule (Tabelle 1)

zu messen, wurde ein neues Modell aus einer

Kombination von zwei verschiedenen Arbeiten erstellt

[1,2]. 13 Probanden (24,2 ± 2,3 Jahre) nahmen an dieser

Studie teil. Die Messungen fanden an zwei

verschiedenen Tagen innerhalb einer Woche statt. Es

applizierte immer die gleiche Person die Marker.

Anschließend gingen die Probanden 8-mal eine ebene

Strecke von 10 Metern. Die Aufnahmen wurden mittels

eines 3D Messsystems erstellt. Um die

Reproduzierbarkeit der Kinematik zu bestimmen, wurde

der Root-Mean-Square Error (RMSE) berechnet und die

Winkelverläufe verglichen.

Ergebnisse

Bei allen Probanden war die Form der Winkelverläufe

beider Aufnahmen vergleichbar. Allerdings war der

RMSE bei einigen Probanden sehr hoch. Somit zeigten

die Ergebnisse, dass sie bei einigen Probanden nicht

reproduzierbar waren. Generell waren die RMSE Werte

in der sagittalen Ebene schlechter als in der Frontalen.

Diskussion

Beim Ertasten der Dornfortsätze können leicht Fehler

passieren, speziell dann, wenn die Personen sehr starke

Rückenmuskeln haben oder übergewichtig sind. Bei

dieser Studie war auffällig, dass bei den ersten

Probanden die Reproduzierbarkeit niedriger war als bei

den Probanden die später gemessen wurden. Es bedarf

Übung die anatomischen Bezugspunkte zu ertasten, dies

belegen die niedrigeren RMSE Werte bei den letzten

Probanden. Insgesamt zeigt sich eine gute

Reproduzierbarkeit bei einem geübten Applizierer.

Literatur

[1] Heyrman, L., et al. 2013. Three-dimensional head and

trunk movement characteristics during gait in children

with spastic diplegia. Gait & Posture 38. 2013, S. 770-

776.

[2] Leardini, A., et al. 2011. Multi-segment trunk

kinematics during locomotion and elementary exercises.

Clinical Biomechanics 26. 2011, S. 562-571.

Anhang 1

V 35 Fehlende Übereinstimmung von Ergebnissen der Ganganalyse und klinischer Untersuchung bei Patienten mit erhöhter femoraler Antetorsion und gesunden Jugendlichen R. Wegener1, F. Wagenblast2, E. Payne3, H. Lengnick3, H. Klima3 1Ostschweizer Kinderspital, Abteilung Kinderorthopädie, Labor für Bewegungsanalyse, St. Gallen, Schweiz 2Institut für Sport und Sportwissenschaft, Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe, Deutschland 3Ostschweizer Kinderspital, Abteilung Kinderorthopädie, St. Gallen, Schweiz

Fragestellung

Die Leitlinien zur Behandlung der Coxa antetorta

empfehlen im Wachstumsalter eine operative Korrektur

bei reellem Antetorsions-Winkel über 50°. Die 3D-

instrumentelle Ganganalyse (3DGA) zeigte bei Patienten

mit erhöhter femoraler Antetorsion (FA) einen hüft- und

knieflektierten Gang. Ziel der Studie war es zu

untersuchen, ob diese pathologischen Gangmuster mit

den Ergebnissen der klinischen Untersuchung

übereinstimmen.

Methoden

Bei 22 Patienten (MW 12,3 ±1,8 Jhr.), davon 13 mit

unilateraler und 9 mit bilateraler mittels CT

diagnostizierter erhöhter FA (MW 39.2 ±6.0°) sowie 13

gesunden Probanden als Kontrollgruppe (KG, MW 13,7

±2,3 Jhr.) wurden jeweils 3 Gangzyklen retrospektiv

ausgewertet. Ausschlusskriterien waren Alter < 10 und >

18 Jahre, Beinlängendifferenz > 1 cm, Fussdeformitäten

und neurologische Erkrankungen. Mittels

Hauptkomponentenanalyse und linearem gemischten

Modell wurden die Kinematik und die

Bewegungsausmasse der klinischen Untersuchung

zwischen Patienten und KG verglichen. Der Vergleich

zwischen der Ganganalyse und der klinischen

Untersuchung beider Gruppen erfolgte qualitativ.

Ergebnisse

Die klinische Untersuchung der Hüftextension zeigt

keinen signifikanten Unterschied zwischen Patienten und

Kontrollgruppe. In der 3DGA zeigen die Patienten eine

signifikant höhere Beckenvorkippung (PC1: p=.002) und

Hüftflexion während des gesamten Gangzyklus (PC1:

p<.001) und signifikant reduzierter Hüftextension in der

Vorschwungphase (PC2: p=.012). Bei vergleichbarem

Poplitealwinkel und signifikant ausgeprägterer passiver

Knieextension im Vergleich zur KG (5° vs. 1,1°) ist die

Knieflexion der Patienten während der Stossdämpfungs-

und terminalen Standphase höher (PC1: p<.001).

Vorträge

31

Schlussfolgerungen

Die erhöhte FA führt neben der bekannten vermehrten

Hüftinnenrotation beim Gehen zu Abweichungen, die sich

nicht allein durch die klinische Beurteilung und die

Bildgebung nachweisen lassen. Diese in der 3DGA

erfassbaren Abweichungen führen möglicherweise bei

dauerhaftem IRO-Gang zu strukturellen Veränderungen

an Hüft- und Kniegelenken. Die 3DGA ermöglicht eine

differenziertere Indikationsstellung bezüglich

konservativer und operativer Therapie und sollte als

wesentliches diagnostisches Mittel (in den Leitlinien)


Session 6 – Tribologie und

Belastungsanalyse

V 36 Eignet sich Glas als Reibpartner für tribologische in vitro Studien an Knorpel und Meniskus? D. Warnecke1, N. Scholz1, A. Ignatius1, L. Dürselen1 1Universitätsklinikum Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Zentrum für Muskuloskelettale Forschung Ulm (ZMFU), Ulm, Deutschland

Fragestellung

Die sehr komplexe Reibung in Gelenken wurde in den

meisten bisherigen in vitro Studien ersatzweise zwischen

Knorpel und Glas untersucht [1,2]. Ziel dieser Pilotstudie

war es nachzuweisen, dass sich die Reibung im

Kniegelenk zwischen den physiologischen Reibpartnern

Meniskus-Knorpel und Knorpel-Knorpel grundsätzlich

von der Reibung zwischen Knorpel-Glas und Meniskus-

Glas unterscheidet.

Methoden

Zylindrische Meniskus- und Knorpelproben aus 4

Kalbskniegelenken wurden in einem pin-on-plate

Reibprüfstand gegen ebene Knorpelproben und

vergleichsweise gegen Glas getestet (Abb. 1). Die

ebenen Knorpelproben wurden den medialen

Femurkondylen entnommen. Die Reibpartner wurden

über eine Strecke von 30 mm zyklisch mit einer

Geschwindigkeit von 1 mm/s über einen Zeitraum von

125 Minuten bis zum Erreichen des Equilibriums unter

konstanter Normalkraft von FN=14,6 N gegeneinander

verfahren. Die Kraft in Reibungsrichtung FR wurde dabei

kontinuierlich aufgezeichnet und der Reibungskoeffizient

(µ=FR/FN) im Equilibriumszustand bestimmt. Aufgrund

der zunächst niedrigen Probenanzahl wurden die

Ergebnisse deskriptiv beschrieben.

Ergebnisse

Die Meniskus- und Knorpelproben zeigten grundsätzlich

eine wesentlich geringere Reibung mit dem Reibpartner

Knorpel als mit Glas (Abb. 2). Außerdem wurden deutlich

geringere Reibungswerte bei Meniskus gegen Glas

erreicht als bei der Kombination Knorpel und Glas.

Hingegen zeigten Meniskus- und Knorpelproben gegen

Knorpel ähnliche Reibwerte.

Schlussfolgerung

Die ermittelten Reibungskoeffizienten von Knorpel gegen

Glas sind mit bereits veröffentlichten Werten vergleichbar

[2]. Die Besonderheit der Erkenntnisse dieser Arbeit liegt

in der Reibungscharakterisierung der physiologischen

Reibpartner. Diese deuten darauf hin, dass die Reibung

gegen Glas und die entsprechenden Reibungswerte nur

unzureichend die physiologische Reibung widerspiegeln.

Es scheint damit wichtig physiologische Reibungspartner

auszuwählen, um Reibung im Kniegelenk realistisch

beurteilen zu können. Um dies statistisch zu

untermauern, ist die Ausweitung dieser Pilotstudie

notwendig.

[1] Forster & Fisher, Part H: Journal of Engineering in

Medicine, 1996; 210:109-119

[2] Caligaris & Ateshian, Osteoarthritis and Cartilage,

2008; 16:1220-1227

Anhang 1

Anhang 2

Vorträge

32

V 37 In vivo Belastung der künstlichen Hüftgelenkpfanne beim Gehen P. Damm1, M. Laub1, A. Bender1, G. Bergmann1 1Julius Wolff Institut, Charité - Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Deutschland

Einleitung

Die Reibung zwischen Implantat-Kopf und -Pfanne ist ein

wesentlicher Faktor für die Lebensdauer des

Gelenkersatzes. Bei bis zu 40% aller Revisionen muss

infolge des Abriebs ausschließlich das Inlay

ausgetauscht werden (1). Ziel der Studie war es Größe

und Richtung der in vivo auf das Inlay wirkenden

Belastungen beim Gehen zu bestimmen.

Methoden

An 6 Patienten (4m/2w; 78-101kg) wurden

Bewegungsanalysen mit synchroner in vivo Messung der

Kräfte und Momente beim Gehen durchgeführt. Die

Messung wurden mit instrumentierten Implantaten mit

Al2O3 Kopf und XPE-Inlay vorgenommen (2).

Mittels CT-Aufnahmen und Marker-Bewegungen wurden

die Bewegungen der knöchernen Segmente ermittelt (3).

Die Belastungen wurden vom Femur in das

Pfannensystem transformiert und der

Kontaktpunktverlauf in der Pfannenfläche bestimmt.

Ergebnisse

Abb. 1 zeigt die Belastungen von Proband H2R, im

Pfannensystem. Die größte gemittelte Kraft wirkt in

mediale Richtung mit Fx = -235% Körpergewicht (KG),

gefolgt von Fz mit 125%KG und Fy mit 69%KG. Die inter-

individuellen Streuungen waren:

Fx: -187 - -289%KG; Fy: 56 - 162%KG; Fz: 103 -

172%KG.

Die größten Momente wirken um die z-Achse mit Mz =

0,19%KGm, gefolgt von My = -0,18%KGm und Mx =

0,1%KGm. Die inter-individuellen Streuungen waren: Mx:

-0,13 - 0,11%KGm; My: -0,19 - 0,19%KGm; Mz: -0,37 -

0,2%KGm.

Abb. 2A zeigt den gemittelten Kontaktpunktverlauf von

H2R und Abb. 2B den aller untersuchten Probanden.

Diskussion

Es zeigten sich große inter-individuelle Unterschiede der

Pfannenbelastung, sowie der Lage und Form des

Kontaktpunktverlaufe. Diese hängen (i) von der

Bewegungsart (ii) dem Bewegungsumfang und (iii) von

der Orientierung der Implantat-Komponenten zueinander

ab.

Beim Gehen wurde die Pfannenoberfläche vorwiegend

nach anterior belastet. Im Vergleich mit Teststandards

zeigte sich, dass der ISO-14242 Standard die in vivo

Situation beim Gehen nur ungenügend abbildet; der

AMTI Teststandard stimmte besser mit der dargestellten

in vivo Situation überein (4).

Literatur

(1) Havelin et al., Acta Ortho., 2009

(2) Damm et. al 2010

(3) Trepczynski et al. 2012

(4) Calonius & Saikko, 2003

Dieses Projekt wurde von der DFG (Be 804/19-1) und

der Deutschen Arthrose-Hilfe e.V. unterstützt.

Abbildung 1: in vivo Belastungen der künstlichen

Hüftgelenkpfanne beim Gehen; H2R (78kg)

Abbildung 2: Kontaktpunktverlauf auf der

Pfannenoberfläche beim Gehen; (A) Proband H2R; (B)

alle Probanden

Anhang 1

Anhang 2

Vorträge

33

V 38 Vergleich der 2D-Hüftkopfdezentrierung zwischen Durasul- und Enduron-Inlays nach 8,7 Jahren Implantatverweildauer bei zementfreien Hüfttotalendoprothesen K. Sander1, M. Ullrich2, F. Layher1, J. Babisch3 1Waldkrankenhaus "Rudolf Elle", Biomechanik, Eisenberg, Deutschland 2Waldkrankenhaus "Rudolf Elle", Eisenberg, Deutschland 3HELIOS Klinikum, Erfurt, Deutschland

Einleitung

Mit der Einführung hochvernetzter Polyäthylen-Inlays

sollten die tribologischen Eigenschaften der

Gleitpaarungen bei HTEP verbessert werden. Ein

Nachweis für die Optimierung der klinischen Ergebnisse

ist erst in Langzeitergebnissen zu führen. Im Rahmen

einer prospektiven Navigations-Studie von Patienten, die

mit einer HTEP versorgt wurden, analysierten wir das

Verschleißverhalten zwischen hochvernetztem Durasul

und normalvernetztem Enduron.

Material und Methoden

Von ursprünglich 100 Patienten (79 F, 21 M) konnten 79

(64 F, 15 M) nachuntersucht werden. Die

Implantationszeit betrug 8,7 (±0,5) Jahre, das

Operationsalter lag bei 54,0 (±8,8) Jahren. 56 Patienten

wurden mit einem Durasul- (Zimmer) und 23 mit einem

Enduron-Inlay (DePuy) versorgt.

Die Messung der Dezentrierung erfolgte mittels mediCAD

2.55 (Hectec). An postoperativen

Beckenübersichtsaufnahmen wurde der auf die

Längsachse der Ellipse der Pfannenöffnung projizierte

Abstand der Mittelpunkte von Kopf und Pfanne als Maß

für die Migration des Hüftkopfes ermittelt. Zusätzlich

wurden klinische Scores erfasst (Harris Hip- (HH), Merle

d’Aubigné- (MD) und WOMAC-Score).

Ergebnisse

Zwischen der Durasul- (GrD) und der Enduron-Gruppe

(GrE) gab es keine signifikanten Unterschiede

hinsichtlich OP-Alter, prä- und postoperativem BMI sowie

Nachuntersuchungsalter und -zeit, was eine gute

Vergleichbarkeit der Gruppen ermöglichte.

Es waren bei präoperativ gleichen Werten die

postoperativen Scores für HH und MD in der GrD

gegenüber der GrE signifikant höher (HH: 96,6 / 92,1 /

p=0,001; MD: 17,1 / 16,5 / p=0,005). Ebenso fanden sich

für den WOMAC in der Kategorie Funktion (0,53 / 1,02 /

p=0,018) und den Globalindex (0,46 / 0,91 / p=0,024)

signifikant bessere Werte.

Als Kopfmaterial wurden für GrD 19x Keramik und 37x

Metall und für GrE 20x Keramik und 3x Metall implantiert.

In der Röntgenbildanalyse wiesen die Werte der

Kopfdezentrierung (0,52 mm / 2,46 mm / p<0,001)

hochsignifikante Unterschiede zu Gunsten von GrD auf.

Diskussion

Postoperativ wies die Gruppe mit geringerer

Dezentrierung (GrD) auch signifikant bessere klinische

Werte auf. Einen ca. 5-fach erhöhten Verschleiß-Wert

zeigten die Enduron-Inlays, obwohl hier der Anteil der

Materialkombination Keramik - Polyäthylen gegenüber

GrD weit überwog und diese Materialpaarung in der

Literatur gegenüber Metall - Polyäthylen als die

tribologisch günstigere beschrieben wird. Die Ergebnisse

zeigen damit den Vorteil von Durasul gegenüber

Enduron.

V 39 Untersuchung des Einflusses unterschiedlichen Schuhwerks auf die in vivo Hüftgelenksbelastung beim Gehen P. Damm1, D. Kosack1, G. Bergmann1 1Julius Wolff Institut, Charité - Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Deutschland

Einleitung

Die Hüftgelenkbelastungen können die Implantatstabilität

bzw. eine Coxarthrose beeinflussen. Bereits Bergmann

et al. [1] konnten in vivo in einem Patienten ein Anstieg

der Gelenkkontaktkraft beim Gehen mit Schuhen im

Vergleich zum Barfuß Gehen (BG) beobachtet werden.

Ziel der Studie war es, in vivo den Einfluss verschiedener

Schuhe auf die Belastung beim Gehen bei aktiven

Patienten zu untersuchen.

Material und Methodik

Mit instrumentierten Implantaten wurden die

Gelenkbelastungen in vivo gemessen [2]. Der Einfluss

unterschiedlicher Schuhe auf die Kontaktkraft (Fres), das

Biegemoment im Femurhals (Mbend) und das

Torsionsmoment um die Femurschaftachse (Mtors) (Abb.

1) wurde in 6 Patienten (54-69 J) untersucht und mit den

gemittelten Belastungen beim BG verglichen. Alle Kräfte

sind in % des Körpergewichts (%KG), die Momente in

%KGm angegeben; durch die Schuhe bewirkten

Änderungen sind in % angegeben.

Vorträge

34

Ergebnisse

Beim BG beträgt Fres beim Fersenkontakt (HS) im Mittel

80%KG, beim Zehenablösen des contralateralen Beines

(CTO) 284%KG und beim contralateralen HS (CHS)

257%KG (Abb.1). Durch das Tragen von Schuhen kam

es beim HS zu Änderung zwischen +18 und +38%, beim

CTO zwischen +1 und +8% und beim CHS zwischen -2

und +3% (Abb. 2A).

Mbend betrug beim BG im Mittel beim HS 0,8%KGm, beim

CTO und CHS 3,4%KGm (Abb. 1). Durch das Tragen

von Schuhen kam es zu beim HS einer Änderung

zwischen +27% und +65%, beim CTO zwischen +1 und

+4% und beim CHS zwischen -4 und +8% (Abb. 2B).

Das maximale mittlere Mtors beträgt beim BG im Mittel

2,3%KGm. Mit Ausnahme des Barfuß Schuhs wurden

Zunahmen zwischen 8% und 24% gemessen werden

(Abb. 2C).

Diskussion

Die in vivo Belastungen waren beim Barfuß Gehen und

beim Gehen mit dem Barfuß-Schuh am geringsten. Das

Tragen von Barfuß Schuhen weist gegenüber allen

anderen Schuhtypen somit die geringsten Änderungen

der Gelenkbelastung auf. Schuhe mit geringer Sohlen

Flexibilität bzw. geringer Dämpfung führten tendenziell zu

einer Erhöhung der Gelenkbelastung.

Literatur

[1] Bergmann et al., 1995

[2] Damm et al., 2010

[3] Bender und Bergmann, 2011



Abbildung 1: Links: Kraftvektor und Momente am

Hüftgelenk; Rechts: mittlerer Lastverlauf von Fres, Mbend

und Mtors beim Barfuß Gehen

Abbildung 2: Gelenkbelastungen beim Gehen mit

verschiedenen Schuhen; (A) Fres; (B) Mbend; (C) Mtors

Anhang 1

Anhang 2

V 40 Die Belastung des Knie- und Hüftgelenks beim Nordic Walking I. Kutzner1, P. Damm1, J. Dymke1, G. Bergmann1 1Charité - Universitätsmedizin Berlin, Julius Wolff Institut, Berlin, Deutschland

Fragestellung

Nordic Walking (NW) wird allgemein als

gelenkschonende, sportliche Aktivität empfohlen welche

das Herz-Kreislaufsystem anregt. Ziel dieser Studie war

es, die Belastung des Knie- und Hüftgelenks beim NW in

vivo zu messen und den Einfluss der Stocktechnik zu

untersuchen.

Methoden

Instrumentierte Endoprothesen mit telemetrischer

Datenübertragung ermöglichen es, die wirkenden

Kontaktkräfte in vivo zu messen [1, 2]. Zwei Patienten mit

instrumentierten Knieprothesen (Alter: 65/75Jahre, 90/97

kg) und 2 Patienten mit instrumentierten Hüftprothesen

(64/69 Jahre, 80/86 kg) nahmen an der Studie teil. Die

Probanden wurden von einer NW Trainerin angeleitet

und führten sowohl die Diagonaltechnik (NW Standard)

als auch die Doppelstocktechnik (gleichzeitiges

Aufsetzen beider Stöcke) aus. Synchron zur

resultierenden Gelenkkraft (Fres) wurde die kontralaterale

axiale Stockkraft (Fpole) erfasst. Gelenkkräfte sind in %

des Körpergewichts (%KG) angegeben.

Ergebnisse

Im Verlauf eines Gangzyklus kommt es zu zwei Maxima

der resultierenden Kraft (Fres1|Fres2) (Abb. 1). Diese

betrugen beim Gehen ohne Stöcke 275|288 (H2) bzw.

284|238 (H6) %KG im Hüftgelenk und 243|207 (K3) bzw.

214|240 (K5) %KG im Kniegelenk.

Abb.1: Beispielhafter Verlauf der Hüftgelenkskraft Fres

und Stockkraft Fpole beim NW und Gehen ohne Stöcke

Beim NW Standard wurde Fres im Vergleich zum Gehen

ohne Stöcke meist leicht erhöht (Tab.1). Beim Gehen mit

der Doppelstocktechnik traten bei allen Probanden

Vorträge

35

geringere Kräfte als bei der Diagonaltechnik auf. Die

Stöcke wurden bei dieser Technik stärker belastet. Die

maximale Belastung der Stöcke trat in der frühen

Standphase auf.

Tab. 1: Änderungen von Fres beim NW im Vergleich zum

Gehen ohne Stöcke. Stockkräfte Fpole sind angegeben

zum Zeitpunkt Fres1|Fres2.

Schlussfolgerungen

Im Gegensatz zu allgemeinen Annahmen konnte eine

generelle Reduktion der Belastung von Hüft- oder

Kniegelenk durch NW Stöcke nicht belegt werden. Häufig

kam es sogar zu höheren Kräften als beim normalen

Gehen. Etwas geringere Gelenkbelastungen sind bei

Verwendung der Doppelstocktechnik im Vergleich zur

Diagonaltechnik zu erwarten. Die Messungen wurden

bisher nur mit 4 Probanden durchgeführt und erlauben

noch keine allgemeingültige Aussage.

Dieses Projekt wurde durch DFG (Be 804/18-1, 19-1)

und Deutsche Arthrose-Hilfe unterstützt.

[1] Damm et al. 2010, Med Eng Phys 32, [2] Heinlein et

al. 2007, J Biomech 40

Anhang 1

Anhang 2

V 41 Mechanische Belastung des Hüftgelenks während beruflicher Tätigkeiten - Bewegungsmessung und Mehrkörpersimulation P. Varady1,2, P. Augat1,2, U. Glitsch3 1Berufsgenossenschaftliche Unfallklinik Murnau, Institut für Biomechanik, Murnau, Deutschland 2Paracelsus Medizinische Privatuniversität, Institut für Biomechanik, Salzburg, Österreich, Deutschland

3Institut für Arbeitsschutz der DGUV, St. Augustin, Deutschland

Fragestellung

Bei körperlich stark fordernden Tätigkeiten entstehen

möglicherweise hüftgelenksschädigende Kräfte, die

innerhalb dieses Projekts mit Bewegungsmessung und

Mehrkörpersimulation untersucht wurden. Es sollte die

Hypothese geprüft werden, ob die Hüftgelenkkräfte bei

körperlich anspruchsvollen Tätigkeiten höher als bei

alltäglichen Referenztätigkeiten sind.

Methoden

Die Bewegungen von 11 Probanden wurden mit einem

Motion-Capture-System (Vicon) aufgezeichnet. Für die

Messung der Bodenreaktionskräfte kamen 2

Bodenkraftmessplatten sowie eine Leiter und eine

Treppe mit jeweils integrierter Kraftmessung zum Einsatz

(Kistler). Untersucht wurden folgende Tätigkeiten mit

arbeitsbedingtem Hintergrund:

Heben, Tragen und Umsetzen verschiedener Lasten (25kg, 40kg, 50kg),

Treppen steigen (ohne Last, mit 25kg),

Leiter steigen (Anstellwinkel: 70° und 90°),

Hinknien/Aufstehen.

Diese wurden mit alltäglichen Bewegungsabläufen

(Gehen, Hinsetzen und Aufstehen) verglichen (gepaarter

t-Test, α=0,05). Gelenkkräfte und -momente wurden in

AnyBody berechnet.

Ergebnisse

Die Verläufe der Hüftgelenkskräfte stimmen

grundsätzlich mit in-vivo-Daten[1] gut überein. Für viele

der schweren Tätigkeiten war die maximale Gelenkkraft

signifikant höher als beim Gehen und Hinsetzen (50kg

Heben; 40kg und 50kg Heben; 25kg, 40kg und 50kg

Umsetzen; Treppensteigen mit Zusatzlast; s. Abb. 1). Die

Handhabung schwerer Lasten erhöhte die Kräfte im

Hüftgelenk relevant. Die maximale Hüftgelenkskraft (637

%-Körpergewicht) wurde für das Umsetzen einer 50kg-

Last ermittelt (ca. 1,7fache Kraft wie beim Gehen).

Schlussfolgerungen

Im Vergleich mit Alltagsbelastungen kam es bei den

körperlich fordernden Tätigkeiten zu einer deutlich

erhöhten Hüftgelenkskraft. Ursache hierfür waren zum

Teil die hohen Lastgewichte aber noch mehr die hohen

Muskelkräfte zur Generierung der Bewegungsabläufe.

Die Erkenntnisse aus dieser Studie können zur

Prävention von Überlastungen im Arbeitsumfeld

beitragen.

Vorträge

36

Diese Forschungsarbeit wurde durch die Deutsche

Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV) unterstützt. Die

Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt

bei den Autoren.

[1] Bergmann, G. Orthoload (Hrsg.) - Loading of

Orthopaedic Implants. www.orthoload.com

Anhang 1

V 42 Biomechanische, biochemische und histologische Charakterisierung von 3D trägerfreien Knorpelkonstrukten im equinen Tiermodell I. Ponomarev1, T. Reuter1, A. Kammel2, C. Hauspurg2, D. Barnewitz3 1fzmb GmbH, AG Tissue Engineering, Bad Langensalza, Deutschland 2TITK, Rudolstadt, Deutschland 3fzmb GmbH, Tierklinik, Bad Langensalza, Deutschland

Einleitung:

Die begrenzte Fähigkeit zur Selbstreparatur von

geschädigten hyalinen Gelenkknorpel ist die

Hauptursache von Gelenkarthrose. Aus diesem Grund

wurden verschiedene Tissue Engineering Methoden

entwickelt, um dieses Problem anzugehen. Die am fzmb

neu entwickelte Technologie lässt aus den in Monolayer

vermehrten differenzierten Chondrozyten ein

dreidimensionales trägerfreies Knorpelkonstrukt (DTK)

herstellen. Die somit erhaltenen Knorpeltransplantate

bieten zahlreiche Chancen für die Wiederherstellung von

Gelenkknorpelschäden.

Material und Methoden:

Für die Herstellung der DTKs wurden die Zellen aus

equinen Kniegelenken verwendet. Nach der Kultivierung

und Vermehrung in Monolayer wurden die Chondrozyten

in einem dreidimensionalen Zustand umgewandelt ohne

künstliche Matrix, Wachstums- oder

Differenzierungsfaktoren. Die Herstellung erfolgte nach

der eigenen patentierten Technologie, welche für die

Stimulation der Chondrogenese eine zyklische manuelle

mechanische Belastung vorsieht [1]. Die daraus

hergestellten Transplantate (1,5cm Durchmesser)

wurden im equinen Tiermodell getestet. Die DTKs

wurden vor der Implantation und nach 2 Jahre

Standhaltung biochemisch (GAG,Hydroxyprolin und

Hydroxylysin), immunohistologisch und biomechanisch

(E-Modul) analysiert. Als Kontrolle bei allen

durchgeführten Untersuchungen diente der native equine

Knorpel.

Resultate und Zusammenfassung:

Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in Tabelle 1

dargestellt. Dabei wird deutlich, dass die DTKs nach 2-

jähriger Standhaltung im Größenbereich der nativen

Werte liegen. In Abb. 1 ist die makroskopische

Beurteilung der DTKs vor und nach 2-jähriger

Implantation dargestellt. Die in dieser Studie

präsentierten Resultate zeigen, dass die nach der DTK-

Technologie produzierten Knorpelkonstrukte für die

Wiederherstellung von Gelenkknorpelschäden in der

Veterinär- und Humanmedizin angewendet werden

können.

Danksagung:

Diese Arbeiten wurden unterstützt durch das BMWi im

Rahmen der Technologieförderung: INNO-WATT Reg.

Nr.: IW091034.

Literatur:

[1] Ponomarev I., Wilke I. Verfahren zur Herstellung

dreidimensionaler trägerfreier Gewebestrukturen und

nach diesem Verfahren hergestellte Gewebestrukturen.

Patent. Nr. 10 2004 001 225 des Deutschen Patent- und

Markenamtes, 2004.

Anhang 1

Anhang 2

Vorträge

37

Session 7 – Numerische Methoden

V 43 Finite-Elemente-Untersuchung des Deformationsverhaltens und der Verankerungsstabilität einer neuartigen monolithischen keramischen Press-Fit-Hüftpfanne C. Schulze1, D. Vogel1, S. Begand2, T. Oberbach2, R. Bader1 1Universitätsmedizin Rostock, Orthopädische Klinik und Poliklinik, Forschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie, Rostock, Deutschland 2Mathys Orthopädie GmbH, Mörsdorf/Thü., Deutschland

Fragestellung

Dünnwandige Hüftpfannen neigen beim intraoperativen

Verklemmen im Knochenlager zu Deformationen. Dies

kann zu erhöhtem Abrieb der Gleitpartner führen und

Mikrobewegungen am Implantat-Knochen-Interface

begünstigen. Ziel dieser Finite-Elemente-Analyse ist die

Charakterisierung der radialen Deformation und der

acetabulären Verankerungsfestigkeit von TPS-

beschichteten monolithischen Keramikhüftpfannen.

Methoden

Es wurde am Pfanne-Block-Modell der statische

Einpressvorgang und der Ausdrückvorgang von zwei

Größen einer ATZ-Keramikhüftpfanne in ABAQUS/CAE

6.12 simuliert. PU-Schaumblöcke mit hemisphärischer

Kavität (HS) und hemisphärischer Kavität mit

zylindrischem Eingangsbereich (HZE) wurden modelliert

und pro Kavität wurden drei Pressfit-Beträge

berücksichtigt (1,5 mm, 1,0 mm und 0,5 mm). ATZ-

Keramik (E = 242 GPa, ν = 0,25) wurde als linear-

elastisches Material und PU-Schaum (E = 0,284 GPa, ν

= 0,3 und ρ = 20 pcf) als elastisches Material mit

Crushable-Foam-Plastizität angenommen.

Randbedingungen wurden entsprechend der experim.

Validierungsversuche (Abb. 1) definiert. Auf Basis der

Konvergenzstudie wurden die Modelle mit etwa 18000

Elementen (C3D20) vernetzt. Während des

Einpressvorganges wurden radiale Deformationen an

vier Messpunkten (MP1 bis MP4) in der Pfannenkalotte

(Abb. 2) berechnet und die Reaktionskraft (FAus) als Maß

für die Verankerungsstabilität während des

Ausdrückvorganges bestimmt.

Ergebnisse

Die größten radialen Deformationen (2,47 µm) wurden in

Einspannungsrichtung des Blocks mit einer HZE-Kavität

bei einem Pressfit von 1,5 mm ermittelt. Hierbei wurden

auch die größten Auspresskräfte (1150 N) ermittelt. Die

geringsten Deformationen (0,55 µm) wurden bei der

Kombination PU-Schaum mit HZE-Kavität und einem

Pressfit von 0,5 mm bestimmt und die geringsten

Auspresskräfte (594 N) bei einer HS-Kavität mit 0,5 mm

Press-fit berechnet.

Schlussfolgerungen

Die resultierenden maximalen Deformationen sind im

Vergleich zur radialen Clearance (50 µm) in der

Keramikpfanne zu vernachlässigen. Pressfit-Beträge von

1,0 bis 1,5 mm bei einer HZE-Kavität führen zur

suffizienten acetabulären Verankerungsstabilität der

Implantate. Durch die Verwendung von Kunstknochen ist

die Variabilität der Knocheneigenschaften jedoch nicht

berücksichtigt.

Anhang 1

Anhang 2

Vorträge

38

V 44 Optimierung eines neuartigen Fusionsimplantat-Prototypen für In-vivo-Untersuchungen mit Hilfe von Knochenheilungssimulationen F. Niemeyer1,2, L. Bartolini1, L. Engelhardt1, F. Heuer3, F. Trautwein3, H.-J. Wilke2, U. Simon1 1Universität Ulm, Ulmer Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen, Ulm, Deutschland 2Universitätsklinikum Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Ulm, Deutschland 3ACES Ing.-GmbH., Filderstadt, Deutschland

Wir schlagen ein neuartiges Fusionsimplantat („Amplifix“)

vor, das durch seinen inneren Aufbau aus gegenläufigen,

beweglichen Lamellen die für die Osteogenese wichtigen

mechanischen Stimuli gezielt verstärkt, um eine

knöcherne Fusion auch im Falle einer Unterstimulation

sicherzustellen. Um den Implantat-Prototypen vor der

Durchführung einer In-vivo-Pilotstudie im Schaf

optimieren zu können, haben wir den zu erwartenden

Heilungsprozeß mit Hilfe unseres numerischen

Knochenheilungsmodells [1, 2] nachempfunden, das den

zeitlichen Ablauf der Gewebsdifferenzierung abhängig

von mechanischen und biologischen Stimuli vorhersagen

kann.

Unseren Simulationsergebnissen zufolge verbessert die

Verwendung des Amplifix-Prototypen die Einheilung

insbesondere in der frühen Heilungsphase (bis etwa Tag

60) im Vergleich zu Implantaten ohne oder mit

unbeweglichen (rigiden) Lamellen. Dies ist durch die

erhöhte mechanische Stimulation und die damit

verbundene gesteigerte Knochenneubildungsrate zu

erklären. Allerdings erwies sich der Prototyp als zu

nachgiebig, so daß die gewünschte Unterstimulation in

der Kontrollgruppe nicht eintrat und somit auch ohne

Lamellen eine ausgeprägte Knochenneubildung auftrat.

Erst eine Versteifung des Implantats um den Faktor 20

erzielte den erwünschten Effekt.

Außerdem verdeutlichten die Simulationen ein

grundsätzliches Problem des Amplifix-Prinzips: Im Laufe

der Zeit schränkt der neugebildete Knochen die

Lamellenbewegung so weit ein, daß der

dehnungsverstärkende Effekt zum Erliegen kommt und

der Knochen teilweise wieder resorbiert wird. Durch

Variation der Lamellenparameter konnten wir deren

individuellen Einfluß sowie Parameterkombinationen

ermitteln, die den zuvor genannten Effekt zwar nicht ganz

vermeiden, ihn aber soweit abmildern können, daß eine

stabile knöcherne Fusion zustande kommt.

Das auf Grundlage dieser Erkenntnisse verbesserte

Prototypendesign wird in der jetzt beginnenden In-vivo-

Studie eingesetzt, um die Funktionsweise von Amplifix in

der Praxis zu überprüfen. Im Falle von

erfolgversprechenden Ergebnissen werden wir das

Implantatdesign weiter verfeinern, um es auf eine

mögliche klinische Anwendung vorzubereiten.

[1] Simon et al. 2011, Comp Meth Biomech 14(1), 79-93

[2] Niemeyer 2013,urn:nbn:de:bsz:289-vts-86812

Anhang 1

Anhang 2

Vorträge

39

V 45 Validation of a particle transport model in a human nose L. Engelhardt1, M. Stützle2, U. Simon1, A. Schafmeister2 1Ulmer Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen - Universität Ulm, Ulm, Deutschland 2Hochschule Biberach , Institut für Angewandte Biotechnologie , Biberach, Deutschland

Introduction

In a running research project in cooperation with the

University of Applied Science Biberach, an intranasal

aerosol application for drugs, treating neurodegenerative

diseases, should be optimized by the help of

computational fluid dynamics (CFD). For the treatment it

is essential that a high ratio of particles reach the

olfactory epithelium, which leads to other brain areas. [1]

This aim, including particle flow inside the human nose is

studied in an in vitro experiment and a numerical

simulation. Both techniques will be compared and

validated among themselves.


To model this process a standardized geometry of the

human nose was used. [2] In the in vitro experiment, the

nasal cavity model was manufactured by rapid

prototyping and implemented in the aerosol apparatus.

On the contrary, Reynolds Averaged Navier-Stokes and

Large Eddy CFD-simulations were elaborated,

representing, as the in vitro experiment, a steady

inhalation flow of pure air with a constant geometry

having no vasomotor changes.

Results

Airflow: Figure 1 shows the velocity distribution inside the

nose, at a physiological flow rate of 26 l/min.

Computational results correlated well (errors less than

7%) with the measurements obtained in the experiment,

ascertained with an anemometer.

Particle Distribution: Experimental and simulation results

showed that the particle movement and deposition on the

nasal surface is many dominated by two factors, the

particle size and the flowrate. Corresponding to

experimental results, the simulation showed that more

particles will reach the target, with higher flowrates.

Discussion

The results of the developed models match well with

cited in vivo measurements and the particle deposition

inside the standardized nasal cavity correlated in vitro

data based on individual subjects researched in other

studies. [3]

Through this studies a recommendation for good particle

sizes for the aerosols can be stated. In further studies,

different particle distribution applications could be

optimized achieving the best particle deposition at the

olfactory epithelium.

References

[1] Malerba, F. et al. 2011 Expert Opin. Drug Deliv.

8(10), 1277-96.

[2] Liu, Y et al. 2009, J. Appl. Physiol., 106(3), 784-95.

[3] Y. Liu et al. 2010, J Aerosol Sci, 41(6):569-86

Figure 1: CFD result of velocity perpendicular to cutting

planes along nasal cavity

Figure 2: Particle tracks with corresponding velocity (m/s)

inside the nose

Anhang 1

Anhang 2

Vorträge

40

V 46 Analyse der Krafteinleitung zementfreier Hüftschäfte in das proximale Femur durch FEM (Finite Elemente Methode) - Vergleich mit klinischen Langzeitstudien F. Dietrich1, U. Hindenlang2, L. Konstantinidis1, P. Helwig1 1Universitätsklinikum Freiburg, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Freiburg, Deutschland 2LASSO Ingenieurgesellschaft mbH, Leinfelden-Echterdingen, Deutschland

Hintergrund:

Zementfreie Schaftsysteme stellen heutzutage beim

jungen Patienten den Standard in der endoprothetischen

Versorgung des Hüftgelenks dar. Hier wurden

Schafttypen mit fundamental unterschiedlichen

Krafteinleitungsphilosophien entwickelt. Ob sich ein

Schafttyp in der klinischen Anwendung durchsetzt und

die Erwartungen der Entwickler und Ärzte erfüllt lässt

sich bisher nur durch klinische Langzeitstudien

überprüfen.

Fragestellung:

Ziel dieser Untersuchung ist durch FEM die

Krafteinleitung zementfreier Hüftschäfte in das proximale

Femur zu simulieren. Es soll untersucht werden ob sich

diese von der Krafteinleitung in das physiologische

Femur unterscheiden und ob eine Aussage über das

langfristige Verhalten dieser Schäfte getroffen werden

kann.

Methoden:

In dieser Untersuchung wird ein Femur aus einem

hochauflösenden CT Datensatz modelliert. In der

Simulation werden sowohl statische Belastungen im

Pauwlschen Einbeinstand als auch dynamische

Prozesse innerhalb eines Gangzyklus berücksichtigt. Die

Krafteinleitung 3er häufig verwendeter Schafttypen

(Zweymüller-Schaft, CLS-Schaft, Mayo-Kurzschaft) in

das proximale Femur wird simuliert und mit der

physiologischen Krafteinleitung in das Femur verglichen.

Software: ABAQUS (Dassault Systemes), Pre-

processing: ANSA, Post-processing: META (Beta CAE

Systems)

Ergebnisse:

Alle simulierten Schafttypen führen zu einer signifikanten

Veränderung der Krafteinleitung in das proximale Femur.

Die Verschiedenen Schafttypen zeigen außerdem

signifikant unterschiedliche Charakteristika der

Krafteinleitung. Die in der Simulation errechneten

Charakteristika der Krafteinleitung decken sich mit den

Ergebnissen klinischer Langzeitstudien zur

Krafteinleitung in das proximale Femur in vivo.

Schlussfolgerung:

Die beschriebene FEM erweist sich als valides System

zur Simulation der Krafteinleitung verschiedener

Schafttypen in das proximale Femur. Dies ist nicht nur

zur Simulation bereits existierender Schafttypen

interessant (Auswirkung von Fehlplatzierung eines

Schafts) sondern könnte auch bei der Entwicklung neuer

Schafttypen eingesetzt werden.

V 47 Adjustment of Computational Models of Cardiomyocytes With Respect to the Beating Frequency R. Frotscher1, D. Muanghong1, M. Goßmann2, A. Temiz-Artmann1, M. Staat1 1Institut für Bioengineering, FH Aachen, Jülich, Deutschland 2Axiogenesis AG, Köln, Deutschland

Computational electromechanical models of engineered

heart tissue provide a useful tool for an in silico

investigation of cellular processes and their macroscopic

mechanical effects. We developed an

electromechanically coupled model of a cardiac tissue

construct and successfully employed it for the simulation

of drug action [1,2]. This study aims at finding

phenomenological model adjustments in order to capture

normal biological variations and systematic differences

between experiments and simulations.

The experimental results show that the autonomous

beating frequency of untreated human-induced

pluripotent stem-cell derived cardiomyocytes (hiPS-CM)

varies in the range of approximately 0.5Hz to 1.3Hz for

different cell cultures. Due to the well-known force-

frequency relationship and the use-dependency of some

drugs, we know that the drug-induced effects will be

quantitatively and perhaps even qualitatively ambiguous

within this range of beating frequencies. Exemplarily,

figure 1 shows that dedicated parameter modifications

can adapt the model to a quite large range of beating

frequencies.

Fig. 1: Beating frequency of the Chandler sinoatrial node

model [3], with respect to a single modified ion channel

conductance (Kir channels)

Due to the lack of experimental data that sheds light on

the reason for these variations we perform simulation

studies in order to formulate hypotheses concerning the

difference in the cellular electrophysiology between the

Vorträge

41

hiPS-CMs and computational models of native

mammalian CMs. In this study we focus on sinoatrial

cells and discuss the validity of both investigated models

and the constructed hypotheses with respect to the

estimated degree of truth.

[1] Frotscher, R. et al.: Evaluation of a computational

model for drug action on cardiac tissue. Proc WCCM XI,

ECCM V, 1425-1436, Barcelona, Spain (2014).

[2] Frotscher, R. et al.: Simulation of Cardiac Cell-Seeded

Membranes Using the Edge-Based Smoothed FEM.

Shell and Membrane Theories in Mechanics and Biology,

H. Altenbach, G. Mikhasev (Eds.), Advanced Structured

Materials, 45:187-212, Springer International Publishing

(2015).

[3] Chandler, N. et al.: Molecular architecture of the

human sinus node: insights into the function of the

cardiac pacemaker. Circ, 119(12):1562-1575 (2009).

Anhang 1

V 48 Finite element analysis of deformation and displacements in the tooth-jaw complex under mastication load A. Nikolaus1, P. Zaslansky2, C. Fleck1 1Technische Universität Berlin, Fachgebiet Werkstofftechnik , Berlin, Deutschland 2Charité - Universitätsmedizin Berlin, Julius Wolff Institut, Berlin, Deutschland

In the mouth, stiff teeth are suspended in sockets in the

jaw and they function for many years of mechanical

loading [1]. While tooth movement in the jaw-bone is of

great interest to orthodontists, it also raises fascinating

questions about how cutting and grinding challenges

have been solved by evolution. Various finite element

models have been proposed to study and reproduce

deformation and motion related to the tooth-jaw-complex.

Here we report on simulations where the geometry is

based on 3D-reconstructions of µCT measurements of

whole tooth-jaw-segments. The model uses hyperelastic

material properties of the periodontal ligament coupled

with real uniaxial strain-stress material data [2] available

for predicting the deformation. To validate our model a

fresh pig molar was loaded in compression while

mounted in its native condition in the jaw bone. We show

that the elastic movement of teeth during chewing is

strongly affected by the deformation of the periodontal

ligament which connects the tooth with the bone. By

considering non-linear elastic behavior of the periodontal

ligament we obtain a very good agreement between the

load-displacement responses measured during the

mechanical tests and the simulated results. Thus linear

models probably produce less accurate estimations of

the system behavior.

References

1. Fleck, C., Zehbe, R., Märten, A., Randow, C., Forien,

J.-B., Zaslansky, P., Mochales-Palau, C., Müller, W.-D.:

Warum brechen Zähne (fast) nie? - Inspirationen für

Keramiken mit erhöhter Bruchzähigkeit. In:

Tagungsband. 9. ThGOT Thementage Grenz- und

Oberflächentechnik und 9. Thüringer Biomaterial-

Kolloquium. Innovent e.V. Technologieentwicklung

(2013)

2. Dorow, C., Krstin, N., Sander, F.-G.: Determination of

the Mechanical Properties of the Periodontal Ligament in

a Uniaxial Tensional Experiment. Journal of Orofacial

Orthopedics / Fortschritte der Kieferorthopädie 64(2),

100-107 (2003). doi: 10.1007/s00056-003-0225-7

Anhang 1

Vorträge

42

V 49 Is trabecular bone permeability governed by molecular ordering-induced fluid viscosity gain?Arguments from re-evaluation of experimental data in the framework of homogenization theory T. Abdalrahman1, S. Scheiner1, C. Hellmich1 1Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen, Wien, Oesterreich

It is generally agreed on that trabecular bone

permeability, a physiologically importantquantity, is

governed by the material's (vascular or intertrabecular)

porosity as well as by the viscosity of the pore-filling

fluids. Still, there is less agreement on how these two key

factors govern bone permeability. In order to shed more

light onto this somewhat open issue, we here develop a

random homogenization scheme for upscaling Poiseuille

flow in the vascular porosity, up to Darcy-type

permeability of the overall porous medium “trabecular

bone”. The underlying representative volume element of

the macroscopic bone material contains two types of

phases: a spherical, impermeable extracellular bone

matrix phase interacts with interpenetrating cylindrical

pore channel phases that are oriented in all different

space directions. This type of interaction is modeled by

means of a self-consistent homogenization scheme.

While the permeability of the bone matrix equals to zero,

the permeability of the pore phase is found through

expressing the classical Hagen-Poiseuille law for laminar

flow in the format of a “micro-Darcy law”. The upscaling

scheme contains pore size and porosity as geometrical

input variables; however, they can be related to each

other, based on well-known relations between porosity

and specific bone surface. As two keyresults, validated

through comprehensive experimental data,it appears (i)

that the famous Kozeny-Carman constant (which relates

bonepermeability to the cube of the porosity, the square

of the specific surface,as well as to the bone fluid

viscosity) needs to be replaced by an again porosity-

dependent rational function, and (ii) tha tthe overall bone

permeability is strongly affected by the pore fluid

viscosity, which, in case of polarized fluids, is strongly

increased due to the presence of electrically charged

pore walls.

References:

Abdalrahman, Scheiner, Hellmich, J Theor Biol 365

(2015) 433-444

Session 8 – Biomechanik

biologischer Gewebe

V 50 Plastizität der Achillessehne infolge mechanischer Dehnungsbelastung: Effekt der Rate und Dauer S. Bohm1, F. Mersmann1, M. Tettke2, M. Kraft2, A. Arampatzis1 1Humboldt-Universität zu Berlin, Trainings- und Bewegungswissenschaften, Berlin, Deutschland 2Technische Universität Berlin, Medizintechnik, Berlin, Deutschland

Einleitung

Sehnen adaptieren an zyklische mechanische Dehnung.

Vor einem mechanobiologischen Hintergrund kann die

Magnitude, Frequenz, Dauer und Rate der applizierten

Dehnung diese Adaptation beeinflussen. Frühere Studien

zeigten, dass eine hohe Magnitude und eine niedrige

Frequenz die stärksten Anpassungen bewirken

(Arampatzis et al. 2007, 2010). Die vorliegende Studie

untersucht erstmalig den Effekt der Rate und Dauer auf

die Adaptation der Sehne und stellte die Hypothesen auf,

dass eine höhere Rate und längere Dauer Anpassungen

begünstigt.

Methoden

Zwei Interventionen mit einer Modifikation der

Dehnungsrate (n=14) und -dauer (n=12) der

Achillessehne wurden durchgeführt. Die Probanden

trainierten (14 Wochen, 4x/Woche, 5 Sets) das eine Bein

mit einem Referenzprotokoll (4x 3s Belastung/3s

Relaxation) basierend auf den Vorgängerstudien und mit

einer vergleichsweise höheren Rate (72 Einbeinsprünge)

oder längeren Dauer (1x 12s Belastung) bei gleichem

Belastungsvolumen und hoher Magnitude das andere

Bein. Eine Kontrollgruppe (n=13) blieb inaktiv. Vor und

nach der Intervention wurde die Steifigkeit, das E-Modul

und die Morphologie der Sehne mittels

Magnetresonanztomographie, Ultraschall und

Dynamometrie bestimmt.

Ergebnisse

Infolge des Trainings mit dem Referenz- und lange

Dauer-Protokoll wurde eine signifikante Zunahme

(p<0,05) der Steifigkeit von 57% und 25%, der

Querschnittsfläche von 4,2% und 5,3% und des E-

Moduls von 51% und 17% festgestellt. Die Zunahme der

Steifigkeit und des E-Moduls war infolge des

Referenzprotokolls stärker ausgeprägt (p<0,05). Obgleich

eine regionsspezifische Hypertrophie auch nach dem

hohe Rate-Protokoll detektiert wurde, zeigte die

Steifigkeit und das E-Modul nur eine Zunahme in

Vorträge

43

Tendenz (p=0,08 und p=0,09). Die Kontrollgruppe zeigte

keine Veränderungen.

Schlussfolgerung

Die Ergebnisse belegen, dass repetitive (3s Belastung/3s

Relaxation) Belastungen mit hoher Magnitude die

stärkste Adaptation der Sehne im Vergleich zu einer

hohen Rate und langen Dauer auslösen. Es kann

geschlussfolgert werden, dass eine hohe Magnitude,

eine adäquate Dauer und repetitive Belastung essentielle

Komponenten eines wirksamen Stimulus darstellen.

Referenzen

Arampatzis et al. 2007. J Exp Biol, 210, 2743-2753.

Arampatzis et al. 2010. J Biomech, 43, 3073-3079.

V 51 Zur funktionellen Verbindung von Achillessehne, Plantarfaszie und Fersenfettpolster: Eine in-vitro Studie F. Sichting1, N. Hammer2, T. Milani1 1Technische Universität Chemnitz, Professur Bewegungswissenschaft, Chemnitz, Deutschland 2Universität Leipzig, Institut für Anatomie, Leipzig, Deutschland

Fragestellung

In der Literatur finden sich einige Hinweise darauf, dass

es eine Kontinuität zwischen Achillessehne und

Plantarfaszie gibt. Eine mögliche weitere Verbindung

dieser beiden Strukturen zum darunterliegenden

Fersenfettpolster (FP) ist dagegen kaum beschrieben. Im

Rahmen dieser Studie wurde die Hypothese überprüft,

dass die mechanischen Eigenschaften des FP durch die

Zugwirkung von Achillessehne und Plantarfaszie

beeinflusst werden. Grund zu dieser Annahme geben die

faserigen Ausläufer der Septen des FP welche sich mit

der Achillessehne und Plantarfaszie verbinden.

Methoden

Das mechanische Verformungsverhalten des FP wurde

in vitro an zwölf Fußpräparaten untersucht. Die

Fußpräparate wurden in einer uniaxialen Prüfmaschine

eingespannt und anschließend zyklisch mit einer

Drucklast von 10 bis 680 N bei einer Prüfgeschwindigkeit

von 134 N/s belastet. Gleichzeitig wurde die Verformung

des FP mit Hilfe eines unterhalb der Ferse platzierten

Ultraschallsystems erfasst (Abb. 1). Zur Überprüfung der

Abhängigkeit zwischen Achillessehne und FP wurde die

Spannung der Achillessehne in 50 N Schritten von 0 auf

200 N erhöht und jeweils die Dicke des FP gemessen.

Anschließend daran wurde die Plantarfaszie durchtrennt

und erneut die Dicke des FP bei steigender

Achillessehnenspannung gemessen. Für alle Messungen

wurden die maximale Verformung des FP und das Kraft-

Deformations-Verhalten erfasst und statistisch

ausgewertet.

Ergebnisse

Mit steigender Achillessehnenspannung nimmt auch die

maximale Verformung des FP signifikant zu (0N: d = 1.59

± 0.71 mm; 200 N: 2.41 ± 0.79 mm; p < 0.05). Aus dem

Kraft-Deformations-Verhalten lässt sich zudem erkennen,

dass sich das FP mit ansteigender

Achillessehnenspannung insgesamt weicher verhält

(Abb. 1).

Schlussfolgerungen

Möglicherweise wird durch den Zug der Achillessehne

die Ausrichtung der Fettkammern des FP beeinflusst,

wodurch sich die mechanischen Eigenschaften

verändern. Zu dieser Theorie passt, dass nach

Durchtrennung der Plantarfaszie das FP insgesamt

weniger Dämpfungsvermögen zeigt, wenngleich dieser

Effekt nicht signifikant ist. Insgesamt deuten die Daten

eine Verbindung zwischen Achillessehne, Plantarfaszie

und FP an, welche bei der Diskussion um das

Dämpfungsverhalten des FP berücksichtigt werden

sollte.

Abb. 1: Messaubau und -ablauf

Anhang 1

Vorträge

44

V 52 Biomechanische Evaluation verschiedener Nahttechniken für die Beugesehnenrekonstruktion M. Jordan1, H. Jansen1, R. Meffert1, S. Hölscher-Doht1 1Klinikum Unfallchirurgie, Klinik für Unfall-, Hand-, Plastische und Wiederherstellungschirurgie, Würzburg, Deutschland

Einleitung:

Bei der Rekonstruktion verletzter Beugesehnen sind 4-

Strang Kernnähte der gegenwärtige Goldstandard. Ziel

dieser Studie ist ein biomechanischer ex-vivo Vergleich

zwischen der Zechner-, Lahey-, Adelaide-, und

modifizierten Becker Nahttechnik.


Sechsundneunzig porcine Flexor digitorum-Sehnen

wurden randomisiert mit einer Zechner-, Lahey-,

Adelaide-, oder modifizierten Becker Naht (PDS 3-0,

Ethicon) sowie einer zusätzlichen Ringnaht (PDS 5-0)

rekonstruiert. Anschließend wurde eine statische und

zyklische biomechanische Testung durchgeführt.

Gemessene Parameter waren die Kraft zur Entstehung

eines 2-mm Spalts (N), Steifigkeit (N/mm2), Maximalkraft

(N), Elongation unter zyklischer Belastung (mm) und Art

des Versagens (Ausriss vs. Ruptur).

Ergebnisse:

Die Kraft zur Entstehung eines 2-mm Spalts betrug in der

Zechner Gruppe im Mittel 61 N (SD 16), in der Lahey

Gruppe 66 N (SD 12), in der Adelaide Gruppe 67 N (SD

16) und in der modifizierten Becker Gruppe 67 N (SD

12). Die Steifigkeit der Adelaide Gruppe (MW 12.2

N/mm2 ; SD 3.5) war erhöht (p<0.05). Der Unterschied in

der Elongation war lediglich bei 10 N zwischen der Lahey

und Adelaide Gruppe unterschiedlich (p<0.05). Die

Maximalkraft lag bei 77 N (SD 22) in der Zechner

Gruppe, bei 72 N (SD 18) in der Lahey Gruppe, bei 88 N

(SD 23) in der Adelaide Gruppe und bei 110 N (SD 15) in

der modifizierten Becker Gruppe. Die Maximalkraft der

modifizierten Becker Gruppe war höher als in der

Zechner und Lahey Gruppe (p<0.05). In der Zechner

Gruppe kam es bei 10 von 24 Sehnen zum Ausriss der

Naht, in der Lahey Gruppe bei 9 von 24 Sehnen und in

der Adelaide Gruppe bei einer von 24 Sehnen. In der

modifizierten Becker Gruppe gab es nur Versagen durch

Fadenruptur.

Diskussion:

Der klinisch relevante 2-mm Spalt tritt im Mittel bei einer

Zugkraft von 61-67 N in den getesteten Nahttechniken

auf. Demnach sind alle Nahttechniken für eine frühe

postoperative Mobilisation geeignet, da hierfür eine

Reißfestigkeit > 40 N notwendig ist. Die modifizierte

Becker Nahttechnik hat die größte Reißfestigkeit, was für

den klinischen Einsatz bedeutsam ist. Nahttechniken mit

einer cross-lock Verankerung (Adelaide, modifizierte

Becker Naht) zeichnen sich durch eine geringere

Ausrissrate der Naht aus. Es besteht die Möglichkeit,

dass die Stabilität im klinischen Alltag deshalb höher ist

als Nahttechniken mit einer locking-loop Verankerung

(Zechner, Lahey Naht). Bei der Entwicklung neuer

Sehnennähte sollte die cross-lock Verankerung deshalb

berücksichtigt werden.

V 53 The influence of different bone material modelling strategies on finite element models of distal radius fracture osteosynthesis A. Synek1, Y. Chevalier2, J. Binder3, S. Baumbach3, D. Pahr1 1Technische Universität Wien, Institut für Leichtbau und Struktur-Biomechanik, Wien, Oesterreich 2University Hospital of Munich, Laboratory for Biomechanics and Experimental Orthopaedics, München, Deutschland 3University Hospital of Munich, Department of Trauma Surgery, München, Deutschland

Background

Finite element (FE) models can be used to systematically

analyze and improve methods for distal radius fracture

(DRF) osteosynthesis. However, previously presented

models [1,2] utilized oversimplified bone material models

and lacked thorough experimental validation. The goals

of this study were to validate subject specific FE models

of DRF osteosynthesis and to asses the influence of

different bone material modelling strategies.

Methods

Biomechanical experiments and FE analysis were

conducted in 25 fresh frozen cadaveric radii with DRFs

treated by volar locking plate osteosynthesis. Clinical

quantitative CT (QCT) scans of the prepared samples

allowed to create the FE models in rigorous accordance

to the experiments (Fig. 1). Local bone material data was

incorporated based on high resolution CT scans (HR-

pQCT, 82μm) of the intact specimen. The apparent

stiffness of FE models with (A) density based orthotropic,

(B) density based isotropic and (C) homogeneous bone

material was computed and compared to the

experimental results using linear regression analyses.

Individual screw section forces and moments were

compared among the three types of FE models using

ANOVA and Tukey post-hoc tests.

Vorträge

45

Results

All three types of FE models over-estimated the

experimental stiffness (Fig. 2a) but were significantly

correlated to the experimental results (p2=0.807) and (B)

(R2=0.816) but considerably lower for type (C)

(R2=0.500).General screw loading patterns were

consistent across all model types (Fig. 2b) but single

screw loads in models of type (C) differed significantly (p

Conclusion

Including local bone density in subject specific FE models

of DRF osteosynthesis improves the predictions of the

apparent stiffness and alters individual screw loads

compared to homogeneous models. Implementing local

bone anisotropy has a minor effect on the models'

predictive abilities and individual screw loads.

References

[1] Lin, Yu-Hao, et al. Journal of Medical and Biological

Engineering 32.5 (2012): 349-355.

[2] Mair, S., et al. Der Unfallchirurg 116.4 (2013): 338-

344.

Figure Captions

Fig. 1: Experimental test-setup (left) and FE model (right)

Fig. 2a: Results of the linear regression analyses of the

apparent stiffness for models of type (A), (B) and (C)

Fig. 2b: Normalized axial screw loads in models of type

(A), (B) and (C). * indicates significant differences

detected in the ANOVA.

Anhang 1

Anhang 2

V 54 Verändert eine Magenbypassoperation (RYGB) die Knochenqualität? Untersuchungen im Rattenmodell. S. Frey1, K. Dresing1, S. Doht1, K. Abegg2, R. H. Meffert1, T. A. Lutz2, M. Büter3 1Universitätsklinikum Würzburg, Klinik und Poliklinik für Unfall-, Hand-, Plastische und Wiederherstellungschirurgie, Würzburg, Deutschland 2University of Zurich, Institute of Veterinary Physiology, Zurich, Schweiz 3University of Zurich, Department of Surgery, Zurich, Schweiz

Einleitung

Ziel der vorliegenden Studie ist es,

Langzeitveränderungen der Knochenqualitaet nach

RYGB-Operationen im Rattenmodell anhand

biomechanischer Tests zu untersuchen und mit der

Knochendichte zu korrelieren.

Adipositas ist ein zunehmendes zivilisatorisches

Problem. Der Roux-en-Y-Magenbypass (RYGB) ist ein

favorisiertes Verfahren in der bariatrischen Chirurgie. Es

existieren allerdings nur wenig Langzeitstudien, welche

die Knochenqualität nach RYGB-Anlage überhaupt

thematisieren. Derzeit fehlen wichtige Informationen zur

klinischen Relevanz einer verminderten Knochendichte

(BMD) sowie bezüglich eines potentiell höheren

Frakturrisikos. Aus der Literatur ist bislang bekannt, dass

nach einer solchen Bypass-Operation der

Mineralsalzgehalt der Knochen abnimmt und der

Knochenumsatz zunimmt.

Methodik

18 männliche Wistar-Ratten wurden randomisiert und in

zwei Gruppen aufgeteilt. Die Hälfte der Ratten erhielt

eine RYGB-OP, die andere Hälfte eine Sham-Operation.

Nach einem Zeitraum von 200 Tagen wurden die Tiere

euthanisiert und die Femora und Tibiae für

anschliessende biomechanische Torsionstest

entnommen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung

Die Knochen der Tiere, welche einen RYGB-Bypass

erhalten hatten, zeigten eine signifikant schlechtere

Stärke und Steifigkeit im Torsionstest im Vergleich zur

Sham-Gruppe. Dieses Ergebnis konnte in der

quantitativen Computertomographiediagnostik bestätigt

werden. Es gab hingegen keine positive Korrelation

zwischen BMD und Torsionsparametern.

In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass

die durch die RYGB-Anlage veränderten

Stoffwechselbedingungen zu einer biomechanisch

Vorträge

46

nachweisbar reduzierten Knochenqualität führen und

damit das Frakturrisiko vergrößern.

Schlüsselwörter: Knochenqualität, Bariatrie, RYGB-

Magenbypass

V 55 The heart muscle in structure and function is antagonistically organized P. P. Lunkenheimer1, P. Niederer1 1Universität Münster, Experimentelle THG-Chirurgie, Münster, Schweiz

In contradiction to 20 ies century basic understanding,

the myocardial body is three-dimendionally netted with

the potential to deliver constrictive and dilatory contractile

forces acting synchronously.

The structural background of dilatory forces is a

transverse endo-epicardial component of myocardial

netting which includes up to 40 % of the myocardial

mass, and the angulation of which in transverse direction

varies during diastole between 5 and 40 degrees

relatative to the epicardial surface. At the end of systole

and, in particular, in ventricular hypertrophy, angulation

exceeds 45 degrees. We measured spatial myocardial

netting by 1: macroscopic preparation, 2: histology, 3:

DTI-MRT and 4: by Pneumo-cardio-computed

tomography.

Tensil stress we measured multifocally within the left

ventricular wall of various laboratory animals and in

human patients during cardiac surgery by use of needle

force probes.Two types of local force signals are

generated depending on the alignment of the myocardial

fibres coupled to the force probe: As confirmed by

histoligical controls, an auxotonic signal, which rises all

along the ejection period, is generated by the transverse

endo-epicardially inclined netting component, which with

one vector component fights against systolic wall

thickening. An unloading signal is generated by the

prevailing tangential muscle mass, which operates

ventricular ejection. The auxotonic signal persists at the

end of ejection for some msec, hence giving the first

impetus for the fast early diastolic dilatation.

Intrinsic myocardial antagonism probably serves 1: to

control mural inward motion in onset, duration, velocity

and extent, 2: to store elastic restoring forces for diastolic

dilatation, 3: to keep the heart muscle in shape.

Controlled inward motion might serve in the poorly filled

ventricle to prevent intracavitary flow resistance and to

mold the intracavitary spiralling blood flow.

The auxotonic forces are considerably more sensitive to

positive and negative inotropic medication, than the

tangential muscle mass. They recently became the target

of selective medication

V 56 Einfluss von Alter und Geschlecht auf den Lumbopelvic Rhythm - Untersuchungen an 309 rückenschmerzfreien Probanden E. Pries1, M. Dreischarf1, M. Bashkuev1, H. Schmidt1 1Julius Wolff Institut, Charité-Universitätsmedizin Berlin, Wirbelsäule, Berlin, Deutschland

Häufige und langanhaltende Oberkörperneigungen

werden oft mit der Entstehung von Rückenschmerzen in

Verbindung gebracht. Um den Ablauf dieser Bewegung

und das komplexe Zusammenspiel von Becken und

Wirbelsäule, den sogenannten „Lumbopelvic Rhythm“

besser zu verstehen (quantifizierbarbar durch das “L/P

Ratio“ (Bewegungsumfang Lendenwirbelsäule geteilt

durch Bewegungsumfang Becken)) wurden in der

Vergangenheit Studien durchgeführt, mit dem Ziel kranke

von gesunden Bewegungsmustern zu differenzieren.

Hierbei wurden jedoch essentielle Einflussfaktoren wie

Alter und Geschlecht meist unbeachtet gelassen.

In dieser Studie wurde der Lumbopelvic Rhythm in 309

rückenschmerzfreien Probanden (Alter: 20-75 Jahre; ♂:

134, ♀: 175) mit dem Epionics SPINE, einem portablen

Mess-System, bestehend aus Dehnungsmessstreifen

und Beschleunigungssensoren, die in Hohlpflastern am

Rücken angebracht sind, untersucht. Das System erfasst

die Lendenlordose sowie die Beckenkippung während

des Stehens und bei der Oberkörperneigung.

Die älteste Kohorte (>50 Jahre) hatte im Vergleich zur

jüngsten Kohorte (20-35 Jahre) während des Stehens

einen 8,1° kleineren Lordosewinkel und einen um 6,6°

reduzierten Beckenwinkel. Der Bewegungsumfang in der

Lendenwirbelsäule nahm in der Gesamtkohorte mit dem

Alter um 7,5° ab, wurde jedoch durch eine Zunahme im

Bewegungsumfang im Becken von 7,0° kompensiert.

Dieses führte zu einem reduzierten L/P Ratio von 0,80 zu

0,65, wenn man die jüngste mit der ältesten Kohorte

vergleicht. Diese Abnahme war jedoch nur bei den

Männern signifikant (p<0,001). Auch bei der Einteilung in

einzelne Bewegungsabschnitte (frühe, mittlere und späte

Flexionsphase) konnten signifikante geschlechts- und

altersspezifische Unterschiede detektiert werden: So

Vorträge

47

unterschieden sich Frauen von Männern in der mittleren

und späten Phase der Oberkörperneigung, während der

Effekt des Alterns hauptsächlich in der frühen Phase der

Flexion sichtbar wurde.

Diese Studie stellt erstmalig Unterschiede bezüglich des

Lumbopelvic Rhythm zwischen Geschlechtern und

Altersklassen her. Die Ergebnisse sind für individuelle

Präventions- und Therapieverfahren von

Rückenschmerzen essentiell und können als Basis

dienen, um zukünftig kranke von gesunden

Bewegungsmustern alters- und geschlechtsspezifisch zu

unterscheiden.

Session 9 – Ganganalyse II

V 57 Einfluss von kurzstreckigen lumbalen Spondylodesen auf Gangbild und Beweglichkeit - eine prospektive funktionelle Analyse F. Stief1, M. Rickert2, J. Wienand1, M. Rauschmann2, A. Meurer3 1Orthopädische Universitätsklinik Friedrichsheim gGmbH, Bewegungsanalyselabor, Frankfurt am Main, Deutschland 2Orthopädische Universitätsklinik Friedrichsheim gGmbH, Wirbelsäulenorthopädie, Frankfurt am Main, Deutschland 3Orthopädische Universitätsklinik Friedrichsheim gGmbH, Spezielle Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, Frankfurt am Main, Deutschland

Fragestellung

Die radiologische Diagnostik wird routinemäßig

eingesetzt um das Ergebnis von operativen Eingriffen zu

evaluieren. Mit der vorliegenden Studie soll der

funktionelle Einfluss einer lumbalen Fusionsoperation auf

das Bewegungsausmaß des Oberkörpers und das

Gangbild bestimmt werden. Die Hypothese war, dass

sich postoperativ aufgrund der Schmerzreduktion das

Gangbild verbessert und sich dem der Kontrollgruppe

annähert. Bezüglich des Bewegungsausmaßes wurde

keine Veränderung erwartet.

Methoden

26 Patienten (59,3±10,1 Jahre) mit einer

symptomatischen degenerativen lumbalen

Wirbelsäulendegeneration sowie 20 orthopädisch

gesunde Probanden derselben Altersstruktur wurden

prospektiv untersucht. Vor und 6 Monate nach einer

kurzstreckigen Spondylodese wurde eine instrumentellen

Ganganalyse mit Messung des Bewegungsausmaßes

des Rumpfes in allen drei Körperebenen durchgeführt.

Ergebnisse

Die postoperativen Ergebnisse zeigen eine signifikant

erhöhte Ganggeschwindigkeit, vergrößerte Schrittlänge

und maximale Hüftextension während der Standphase.

Die präoperativ vermehrte Becken- und

Oberkörpervorneigung konnte durch die Operation

normalisiert werden. Dennoch zeigten die Patienten

postoperativ eine verringerte Ganggeschwindigkeit und

eine reduzierte Schrittlänge im Vergleich mit der

Kontrollgruppe (Tab. 1). Das Bewegungsausmaß des

Oberkörpers für die Rückwärtsneigung, Lateralflexion

und Rotation wurde durch die Operation nicht beeinflusst.

Allerdings zeigte sich eine postoperative Abnahme der

maximalen Vorwärtsflexion.

Schlussfolgerungen

Eine lumbale Fusion wirkt sich nicht negativ auf das

Gangbild aus. Im Gegenteil wurde der

Körperschwerpunkt in die posteriore Richtung

verschoben und damit das sagittale Alignement von

Becken und Oberkörper während des Gehens

normalisiert. Ein negativer Effekt der Operation besteht in

der Einschränkung der Vorwärtsflexion des Oberkörpers,

deren Alltagsrelevanz allerdings noch zu prüfen ist.

Schlussfolgernd können eine Analyse des Gangbildes

und des Bewegungsausmaßes dazu beitragen, den

Zusammenhang von funktionellem Outcome und

lumbaler Fusion besser zu verstehen.

Tabelle 1: Gangparameter während der Standphase

(Mittelwerte mit Standardabweichung in Klammern) und

p-Werte.

Anhang 1

V 58 Evaluation von 3D-Fußbewegungen während des Zehenstandes bei Kindern mit Knicksenkfüßen B. Krautwurst1, T. Dreher1, S. van Drongelen1, S. Müller1, S. Wolf1 1Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Heidelberg, Deutschland

Fragestellung

Knicksenkfuß ist eine häufige Fußdeformität bei Kindern

[1]. Bei den hierfür spezifischen Tests, dem Zehenstand

und Jack-Test [2], werden die Flexibilität des

Fußlängsgewölbes und Rückfußes beobachtet. Jedoch

basieren diese Tests auf subjektiven Einschätzungen,

Vorträge

48

weshalb eine große Variabilität bezüglich der

Interpretation existiert. Daher ist die objektive Evaluation

der Fußflexibilität bei Knicksenkfüßen, basierend auf

einem 3D-Fußmodell [3], das Studienziel.

Methoden

Bei 33 Kindern (Ø 7,2 Jahre) wurde eine 3D-

Fußbewegungsanalyse beim Zehenstand und klinische

Untersuchung / Schmerzevaluation, durchgeführt. Das

Fußlängsgewölbe, die Kippung des Fußinnenrandes

(Bewegung von medial nach lateral) und der

Rückfußvalgus / -varus (Neigung des Rückfußes zum

Unterschenkel) wurden analysiert. Die 33 rechten Füße

wurden in 16 schmerzfreie, 10 schmerzhafte flexible

Knicksenkfüße und 7 Referenzfüße eingeteilt. Die

Kurvenverläufe zwischen den schmerzhaften und -freien

Füßen wurden mittels ungepaarten T-Test bei

verschiedenen Positionen des Sohlenwinkels (Winkel

zwischen Fußsohle und Boden) verglichen.

Ergebnisse

Der Fußinnenrand befand sich im Stand nach medial

gekippt und lateralisierte während des Zehenstandes

(Abb. links). Am Ende des Kurvenverlaufs wiesen die

schmerzhaften Füße eine verstärkte Lateralisierung auf.

Der Rückfuß änderte seine Stellung vom Valgus zum

Varus (Abb. rechts). Die schmerzhaften Füße zeigten

einen flacheren Kurvenanstieg, wobei sie am Ende

zunehmend varisierten.

Schlussfolgerung

Alle Knickfüße zeigten bei der objektiven 3D-Messung

eine dynamische Korrektur des Fußinnenrandes und

Rückfußes. Für die verzögerte Varisierung der

schmerzhaften Knickfüße und schnellen Korrektur des

Fußinnenrandes und Rückfußes am Ende des

Zehenstandes könnte eine verspätete Innervierung der

Fußmuskulatur Ursache sein. Diese Studie liefert

wichtige objektive Informationen über die Flexibilität von

Knickfüßen und möglicherweise Hinweise bezüglich einer

Interventionsentscheidung.

Referenzen

[1] Pfeiffer, M. et al, Pediatrics, 2006; 118:634-639

[2] Dare, DM. & Didwell, ER., Curr Opin Pediatr, 2014;

26(1):93-100

[3] Simon, J. et al, Gait Posture, 2006; 23:411-424

Abbildung

Kippung des Fußinnenrandes und Valgus / Varus des

Rückfußes beim Zehenstand

Anhang 1

V 59 Die Nutzung einer Unterschenkelorthese als innovative Methode im Rahmen der konservativen Behandlung der Gonarthrose T. Schmalz1, K. Stöcker2, H. Drewitz1 1Ottobock Healthcare, Forschung/Biomechanik, Göttingen, Deutschland 2Deutsche Sporthochschule Köln, Institut für Biomechanik und Orthopädie, Köln, Deutschland

Einleitung

Im Rahmen der konservativen Behandlungsmethoden

der Gonarthrose ist in der Verwendung einer neuartigen

Unterschenkelorthese eine innovative Alternative zu

sehen, da diese die Kniebelastung und die bekannten

Komfort-Probleme der knieübergreifenden Orthesen

reduzieren soll.

Methoden

Das neue Konzept wurde mit der Unterschenkelorthese

Agilium Freestep (Ottobock, Germany) getestet.

Zunächst wurden bei gesunden Probanden (n=20) und

Gonarthrose-Patienten (n=12, Arthrosegrad 2-3)

Ganganalysen mit und ohne Orthese durchgeführt

(optoelektronisches Kamerasystem VICONPEAK

(Oxford, GB) in Kopplung mit zwei Kraftmessplatten

(KISTLER, Winterthur, CH)). Zur spezifischen Bewertung

dienten die 3d-Kinematik von OSG und Kniegelenk und

die externen Gelenkmomente. Nach 2 Wochen

Orthesennutzungszeit bewerteten die Patienten die

Schmerzsituation gemäß der VAS-Skala, als statistisches

Verfahren diente der Wilcoxon-Test.

Resultate

Das mittlere Maximum des am Kniegelenk wirkenden

Varusmomentes sinkt mit Orthese signifikant (p≤0.01)

von 0.47 auf 0.36 Nm/kg (Probanden) sowie von 0.67 auf

0.56 Nm/kg (Patienten). Beim Auftreten des Maximums

des Varusmoments ist der laterale Abstand des

Kraftangriffspunkts (COP) von der Fußlängsachse bei

wirkender Orthese signifikant vergrößert (von 7.5 auf

17.2 mm (Probanden) bzw. von 7.3 auf 19.7 mm

(Patienten); p≤0.01), korrelierend mit einer signifikanten

Vorträge

49

Hebelarm-Reduktion zwischen der Wirkungslinie der

GRF und der Kniemitte.

Nach 2 Wochen Orthesennutzungszeit gaben die

Patienten eine signifikante Schmerzreduktion an (VAS-

Wert sinkt von 7.3 auf 2.7 (Ebene) und von 8.3 auf 3.9

(Treppe)).

Diskussion

Die anhand der Reduktion des Varusmomentes

nachgewiesene Gelenkentlastung zwischen 24%

(Probanden) und 16% (Patienten) entspricht der Wirkung

von knieübergreifenden Orthesen [1] und ist Folge der

konstruktiv bedingten reduzierten Fußeversion, die zur

Lateralisierung des COP führt. Dieser Effekt korreliert mit

der Schmerzreduktion. Die Patientenakzeptanz ist im

Vergleich mit knieübergreifenden Orthesen deutlich

erhöht. Das getestete Orthesenkonzept ist somit eine

alternative Behandlungsmethode der Gonarthrose

(leichter bis mittlerer Grad).

Literatur

[1] Pollo et al., Am J Sports Med 30 (2002)3.

Abb. 1: Am Kniegelenk wirkendes Varusmoment

Anhang 1

V 60 Einfluss verschiedener Tapeverbände auf die segmentale Kinematik und die neuromuskuläre Kontrolle des Fußes bei chronischer Sprunggelenksinstabilität E. Kalkum1, B. Kuni1, S. Wolf1 1Universitätsklinikum Heidelberg, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Heidelberg, Deutschland

Fragestellung

Unbehandelte Kapsel-Bandverletzungen des oberen

Sprunggelenks (OSG) können in 10 - 40% der Fälle

symptomatisch bleiben, in eine chronische Instabilität

(CI) übergehen und in einer Sprunggelenksarthrose

enden [1].

Bei Patienten mit CI soll der Einfluss drei verschiedener

Tapemethoden mit unelastischem und elastischem Tape

(Kinesiotape) auf die Kinematik, Kinetik und

neuromuskuläre Kontrolle des Fußes während einer

Belastungssituation getestet werden. Zudem wird

untersucht, ob eine etwaige Verbesserung der Stabilität

insbesondere beim elastischen Tapeverband durch

neuromuskuläre Effekte erklärt werden kann.

Methoden

Im 3D-Bewegungsanalyselabor wurden bei 31 Patienten

(25.2 ± 6.2 J; 1.74 ± 9.4 m; 71.0 ± 10.8 kg) und 22

Probanden (25.1 ± 3.6 J; 1.75 ± 10.1 m; 67.6 ± 9.1kg)

durch ein Fußmodell die Kinetik und Kinematik der

Fußbewegungen mittels Markern über Infrarotkameras

und Kraftmessplatten sowie die neuromuskuläre

Ansteuerung durch Elektromyografie erfasst.

Ein einfacher Test soll dabei eine Risikosituation mit

Überraschungsmoment simulieren: Laufen über ein

Hindernis mit anschließender Stabilisierungsphase im

Einbeinstand oder, je nachdem, ob rechts oder links ein

Lichtsignal erscheint, Weiterlaufen zur jeweiligen Seite in

einem 45° Winkel.

Ergebnisse

Bei der Auswertung von 10 Patienten/Probanden zeigte

sich in allen drei Konditionen im Vergleich zur barfuß

getesteten Kondition eine verringerte EMG-Aktivität in

den 100ms vor dem Erstkontakt (Abb.1) in der

Ansteuerung, die mit einer verminderten Inversion (bis zu

5.4° Unterschied zu barfuß) und Plantarflexion (bis zu

8.8°) bei der Landung einhergeht.

Schlussfolgerungen

Eine erhöhte Inversion und Plantarflexion bedeutet ein

erhöhtes Risiko für ein Supinationstrauma [2], daher ist

eine Stabilisierung in diesem Bereich notwendig. Die

verringerte EMG-Aktivität resultiert möglicherweise aus

der erhöhten mechanischen Unterstützung.

Aus den Ergebnissen der unterschiedlichen Wirkungen

der Tapes bei Risikosituationen können

Handlungsmaßregeln für Patienten abgeleitet werden.

1. Valderrabano, V. et al. Sportverletz Sportschaden,

2006. 20(4): p. 177-83.

2. Fong, D.T. et al. Am J Sports Med, 2009. 37(4): p.

822-7.

Abb.1. EMG Aktivität von M. gastrocnemius medialis und

M. tibialis anterior in % zu barfuß

Vorträge

50

Anhang 1

V 61 Kann ein Prothesenfuß mit erhöhter Leistungsrückgabe die Belastung der erhaltenen Seite reduzieren? -vorläufige Ergebnisse- D. W. W. Heitzmann1, J. Block1, M. Alimusaj1, S. I. Wolf1 1Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie Universitätsklinikum Heidelberg, Bewegungsanalytik, Heidelberg, Deutschland

Einleitung

Bei Personen mit trans-tibialer Amputation (TTA) besteht

aufgrund des Verlusts der Wadenmuskulatur ein Defizit

in der Leistungsgeneration des Sprunggelenks während

der terminalen Standphase. „Energy storing and

returning“ (ESAR) Prothesenfüße sollen dieses Defizit

ausgleichen. Obwohl diese Füße eine verbesserte

Leistungsrückgabe bieten, ist diese im Vergleich zu

unversehrten Probanden immer noch zu gering [1]. Bei

einem Schrittwechsel kann eine reduzierte

Leistungsrückgabe der nacheilenden, prothetischen Seite

zu einer stärkeren Belastung der erhaltenen Seite führen

[2].

Methoden

Fünf männliche TTA (37.7±13.6J; 81.6±10.6kg;

184.4±4.9cm) wurden für zwei Wochen mit einem

konventionellen Prothesenfuß (KP; Variflex©) versorgt.

Am Tag der Untersuchung wurden die Anwender auf

einen Prototypen des Prothesenfußes mit erhöhter

Leistungsrückgabe (PP; alle Teile Össur) umgestellt. Zur

Adaption liefen die TTA ca. 1,5km mit dem PP. Danach

folgte eine 3D Ganganalyse mit dem KP und PP. Marker

Positionen und Berechnungen wurden entsprechend des

Plugin-Gait Models (Vicon) vorgenommen [3].

Unterschiede zwischen PP und KP wurden mittels eines

zweiseitigen Wilcoxon Signed-Rank Test ermittelt

(p<0.05).

Ergebnisse

Die maximale Sprunggelenksleistung auf der

Prothesenseite war für den PP signifikant größer (Tab.1,

Abb. 1A). Für die erhaltene Seite war während der

Belastungsantwort das Maximum der vertikalen

Bodenreaktionskraft mit dem PP signifikant reduziert

(Tab.1, Abb. 1B), ebenfalls das Maximum des externen

Knie-valgus / varus moments (Tab.1, Abb. 1C).

Diskussion

Insgesamt zeigen die vorläufigen Ergebnisse eine höhere

Leistungsrückgabe für den PP, mit einer

Belastungsreduktion der erhaltenen Seite. Bei allen TTA

zeigten sich diese Effekte. Die prothesenseitigen Position

des Knöchelmarkers entsprechend der kontralateralen

Anatomie führte vermutlich zu einer Überschätzung der

absoluten Leistung [4]. Bei gleichen Knöchelmarker

Positionen für KP und PP ist ein Vergleich trotzdem

legitim, da ein systematischer Fehler vorliegt.

[1] Czerniecki JM, et al. Journal of Biomechanics

1991;24;63-75.

[2] Morgenroth DC, et al. Gait & Posture 2011;34;502-7.

[3] Kadaba MP, et al. J Orthop Res 1989;7;849-60.

[4] Rusaw D, et al. Clinical Biomechanics 2010;25;713-

20.

Anhang 1

Vorträge

51

Anhang 2

V 62 Walking with increased trunk sway to reduce knee loads increases trunk muscle activity C. Nüesch1, D. Laffer1, A. Mündermann1 1University Hospital Basel, Department of Orthopaedics, Basel, Schweiz

Introduction

The external knee adduction moment has been

associated with the presence, severity and rate of

progression of medial compartment knee osteoarthritis

(OA) [1,2]. Among other interventions, walking with

increased mediolateral trunk sway reduces the knee

adduction moment in healthy subjects and in patients

with knee OA [3]. However, the effects of walking with

increased trunk sway on trunk muscle activation are

unclear. We tested the hypothesis that walking with

increased trunk sway reduces in the first peak knee

adduction moment (pKAM) and increases the core

muscle activation in healthy subjects.

Methods

3D gait data with simultaneous surface electromyography

(EMG) of gluteus medius, rectus abdominis, external

oblique and erector spinae muscles were collected in 15

healthy subjects (age: 30.0 ± 8.7 years; weight: 70.5 ±

11.7 kg; height: 1.77 ± 0.08 m) for walking normal and

with increased mediolateral trunk sway. All EMG signals

were normalized to their respective mean intensity during

a gait cycle of normal walking. For each trial, we

calculated mediolateral trunk sway amplitude, pKAM, and

mean EMG intensity 100 ms prior to pKAM. Differences

between the two conditions were analyzed using paired t

tests (α=.025).

Results

Walking with increased mediolateral trunk sway (+8 ± 4°;

P<.001) was associated with lower pKAM (-18 ± 12%;

P<.001), greater contralateral abdominal external oblique

(+74 ± 59%; P<.001), and lower ipsilateral gluteus

medius EMG intensity (-18 ± 49%; P=.018) (Fig 1).

Conclusion

As previously shown [3], walking with increased

mediolateral trunk sway is an effective way to reduce

load distribution between medial and lateral knee

compartment. Greater activation of the contralateral

external oblique muscle is presumably required to

stabilize the trunk. Hence, potentially greater stress on

selected trunk muscles should be monitored in gait

retraining programs with increased mediolateral trunk

sway.

References

[1] Mündermann et al., Arthritis Rheum, 50: 1172-8, 2004

[2] Chehab et al., Osteoarthritis Cartilage, 22: 1833-9,

2014

[3] Simic et al., Arthritis Care Res, 64: 1545-53, 2012

Fig 1: Mean external knee adduction moment and EMG

intensity of ipsilateral gluteus medius and contralateral

external oblique for walking normal (solid) and with

increased trunk sway (dashed)

Anhang 1

Vorträge

52

V 63 Gaitmatcher - Suche nach Gangbild-Zwillingen O. Rettig1, S. Wolf1 1Universität, Gang- und Bewegungslabor, Heidelberg, Deutschland

Fragestellung

Die Pathologie der infantilen Zerebralparese zeigt eine

große Vielfalt von Gangmustern. In unserem Labor

wurden seit 1995 ca. 2700 Ganganalysen durchgeführt.

Um in die Besprechung aktueller Fälle vergleichbare der

Vergangenheit mit einbeziehen zu können, müssen diese

schnell gefunden werden.

Algorithmen, die blind für das Wissen über die Pathologie

der Patienten, auf Basis kompletter Winkelverläufen,

nach Patienten mit ähnlicher Kinematik suchen, führten

nicht zu brauchbaren Ergebnissen. Es stellte sich daher

die Frage, ob mit einem Algorithmus basierend auf einem

Satz gezielt abgeleiteter Parameter besseren Ergebnisse

erzielt werden können.

Methoden

Zur Verfügung standen auf einen Doppelschritt

zeitnormierte Gelenkwinkelverläufe der unteren

Extremität. Herangezogen werden sollten maximal die 9

Winkelzeitreihen, auf denen auch die Bestimmung des

Gait Profile Score [1] basiert sowie zusätzlich verfügbare

Raumzeitparameter.

Für einen ersten Test wurden die 16 klinisch motivierten

Parameter des Gilette Gait Index (GGI) [2] zu Grunde

gelegt. Für einzelne Patienten wurde dann mit Hilfe

kleinster Fehlerquadrate nach vergleichbaren Patienten

gesucht. Modifizierten Sätze von Parametern wurden

getestet. Die Vergleichbarkeit der so gefundenen

Patienten wurde subjektiv anhand der Winkelverläufe

beurteilt.

Ergebnisse

Bereits die Verwendung der Parameter des GGI führte zu

subjektiv besseren Ergebnissen als das „blinde“

Einbeziehen der kompletten Zeitreihen. Eine

Verbesserung konnte durch einen reduzierten

Parametersatz erreicht werden: ROM Becken Kippung,

Gehgeschwindigkeit, Knieflx. bei Bodenerstkontakt, ROM

KnieFlx in Schwungphase, max Fußbeugung, mittlere

Hüftrot. in Standphase, min Knieflx., mittlere Ausrichtung

Fuß zu Gehrichtung, ROM Hüftflx.

Für 3 Ausgangspatienten ergab sich ein mittlerer

Abstand der Werte der Kostenfunktion zum ersten

Suchergebnis von 29,7±6,1 mit einem Anstieg von

0,31±0,15 für die nachfolgenden 7 Suchergebnisse.

Schlussfolgerungen

Die Verwendung gezielt ausgewählter Parameter ist ein

vielversprechender Ansatz bei der Suche nach

vergleichbaren Patienten. Der große Sprung der

Kostenfunktion zum ersten Suchergebnis spiegelt die

große Vielfalt der Gangmuster wider.

Session 10 – Freie Themen

V 64 Identifikation lokaler Schwachstellen von Aneurysmen-Wänden durch hoch ortsaufgelöste Vollfeld-Dehnungsmessungen mit 3D-Ultraschall A. Wittek1,2, W. Derwich3, T. Schmitz-Rixen3, C.-P. Fritzen2, C. Blase1 1Goethe Universität, Institut für Zellbiologie und Neurowissenschaft, Frankfurt am Main, Deutschland 2Universität Siegen, Department Maschinenbau, Siegen, Deutschland 3Goethe Universität, Klinik für Gefäß- und Endovascularchirurgie, Frankfurt am Main, Deutschland

Die Einschätzung des Rupturrisikos von Abdominellen

Aorten Aneurysem (AAA) wird meist nach dem

Durchmesserkriterium (> 5,5 cm) vorgenommen. Da zum

einen kleinere AAA rupturieren, größere AAA aber lange

Zeit intakt bleiben [1], zum anderen die Mortalität nach

einer Operation hoch ist [2], ist es notwendig weitere

Indikatoren für das Rupturrisiko zu entwickeln. Die

Kombination zeitaufgelöster 3D-Ultraschall-Messungen

(4D-Ultraschall) mit Speckle Tracking-Algorithmen und

Finite Elemente Analysen erlauben die die Detektion

lokaler Dehnungsspitzen in Wandregionen von nur , die

Hinweise auf regionale Schwächungen der AAA-Wand

und damit auf ein erhöhtes Rupturrisiko geben können

[3].

19 AAA-Patienten („AAA“) und 25 Patienten mit einem

Aortendurchmesser < 30mm („Kontrolle“), alle älter als 60

J., wurden mit einem modifizierten kommerziellen 4D-

Ultraschallgerät mit Speckle Tracking-Algorithmus

untersucht. Aus den gemessenen Vektorfeldern von ca.

900 materiellen Punkten auf der Aortenwand wurden die

ortsaufgelösten zyklischen Umfangsdehnungen

berechnet.

Die AAA-Patienten (Median = 1,2%, IQR = 0,8%) wiesen

im Vergleich zur Kontrollgruppe (Median = 2,3%, IQR =

2,2%) eine kleinere globale Dehnungsamplitude auf (p <

0,0001, Mann-Whitney-U-Test). Dagegen zeigte sich kein

Unterschied in der Größe der lokalen Maximaldehnungen

(AAA: Median = 14,4%, IQR = 8,9%; Kontrolle: Median =

13,6%, IQR = 12,3%, p = 0.396, U-Test), so dass sich für

die AAA ein größeres Verhältnis von lokalem

Dehnungsmaximum zu globaler Amplitude ergab (AAA:

Median = 9,45; IQR 9,05; Kontrolle: Median = 6.42, IQR

Vorträge

53

= 3,27, p < 0,001, U-Test). Im Bereich des AAA-Halses

traten 73% der lokalen Spitzendehnungen posterior auf,

im Bereich des AAA-Bauchs 77%, d. h. in einer Region,

in der auch die Mehrzahl der Rupturen festgestellt wird

[1].

Abb. 1: Umfangsdehnungen im Bereich des Halses eines

AAA mit einem Durchmesser von 44 mm. An der Stelle

des lokalen Dehnungsmaximums konnte intraoperativ

eine gedeckte Ruptur identifiziert werden.

[1] Darling et al., Circulation, 56: II 161-4, 1977

[2] Karthikesalingam et al., Eur J Vasc Endovasc Surg,

46: 533-41, 2013

[3] Karatolios, Wittek et al., Ann Thorac Surg, 96: 1664-

71, 2013

Anhang 1

V 65 Bewegungsanalyse der Handwurzelknochen vor und nach simulierter scapho-lunärer Ligament Ruptur J. Eschweiler1,2,3, J.-P. Stromps4, B. Rath2,3, N. Pallua4, K. Radermacher1,3 1Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik Aachen, Lehrstuhl für Medizintechnik, Aachen, Deutschland 2Universitätsklinikum Aachen, Klinik für Orthopädie, Aachen, Deutschland 3Pauwels Center Aachen, Aachen, Deutschland 4Universitätsklinikum Aachen, Klinik für Plastische Chirurgie, Hand- und Verbrennungschirurgie, Aachen, Deutschland

Zielsetzung

Integraler Bestandteil und von bedeutender klinischer

Relevanz für die Biomechanik der Handwurzel ist die

ligamentäre Verbindung zwischen Scaphoid und

Lunatum (SL-Ligament). Aktuell ist ein deutlicher Anstieg

von Ligamentrupturen zu verzeichnen (2000: n=934 im

Vergleich zu 2011: n=2276) [1]. In 2010 wurden

insgesamt 17.464 Operationen an Bändern der Hand

durchgeführt [2].

Die Kinematik der beiden Knochen ist bis zum jetzigen

Zeitpunkt nicht vollständig verstanden. Ziel dieser Arbeit

war die Untersuchung der Kinematik im physiologischen

Zustand des Gelenkkomplexes sowie nach simulierter

SL-Ligamentruptur.

Material und Methode

Mittels eines elektromagnetischen Trackingsystems,

kombiniert mit einem dafür speziell entwickelten

Bewegungssimulator, wurden die relativen

Handwurzelknochenbewegungen für Palmar-Flexion und

Dorsal-Extension (FE) sowie Radial- und Ulnarduktion

(RUD) bei 8 Humanpräparaten erfasst. Der Fokus der

Auswertung lag auf der proximalen

Handwurzelknochenreihe. Diese bildet ein

zwischengeschaltetes Segment einer instabilen

Gelenkkette [3].

Ergebnisse

Die Ergebnisse für die physio- und pathologische

Gelenkkonstellation, dargestellt in Abbildung 1 und 2,

zeigen den Bewegungsverlauf der proximalen

Handwurzelknochenreihe in Korrelation zu den erfassten

Relativbewegungen für FE und RUD.

Diskussion

Die Bewegung innerhalb der proximalen

Handwurzelknochen stellt sich komplex dar. Es konnte

im pathologischen Fall eine erhöhte Mobilität festgestellt

werden. Das Konzept und der Untersuchungsalgorithmus

kann im Vergleich zu existierenden

Untersuchungsergebnissen bspw. [4] als valide

angesehen werden. Mit dem erarbeiteten

Versuchsaufbau können vorhandene - teilweise sehr

unterschiedliche - Modellierungsansätze sowie

unterschiedliche operative Therapieansätze evaluiert und

hieraus ggf. gezieltere Therapieempfehlungen abgeleitet

werden. Diese Aspekte sind Gegenstand laufender

Arbeiten.

Literatur

[1] www.gbe-bund.de (09.11.2013)

[2] Statistisches Bundesamt - Fallpauschalenbezogene

Krankenhausstatistik, 2011

[3] Schmitt, R. ; Lanz, U. ; Buchberger, W.: Bildgeb.

Diagnostik der Hand : 2. Aufl. Stuttgart: Thieme (2004)

[4] Moore DC, et al. A digital database of wrist bone

anatomy and carpal kinematics. J Biomech 2007; 40:

2537-2542.

Vorträge

54

Anhang 1

Anhang 2

V 66 In vivo Abbildung mechanischer Materialparameter in weicher Materie J. Wild1, L. Lemmer1, A.-L. Kofahl1, S. Theilenberg1, D. Ulucay1, B. Habenstein1, K. Maier1 1Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik, Arbeitsgruppe Prof. Maier, Bonn, Deutschland

Fragestellung

Der menschliche Körper besteht zu einem großen Teil

aus weichem Gewebe, welches sowohl viskose als auch

elastische Eigenschaften hat. Krankhafte Veränderungen

gehen mit einer Änderung dieser Eigenschaften einher.

Die Kenntnis darüber ist gerade in der

Brustkrebsdiagnostik von erheblicher Bedeutung, da sie

helfen kann, unklare Befunde besser einzuordnen.

Ultraschallstrahlungskraft in Magnetresonanzaufnahmen

bietet die Möglichkeit, die Elastizität des untersuchten

Gewebes objektiv und reproduzierbar einzuschätzen.

Methode

Durch Absorption von Ultraschall (US) entsteht im

Gewebe eine Volumenkraft in Schallausbreitungs-

richtung (Schallstrahlungskraft). (Abb.1) Mit Methoden

der Kernspintomographie lässt sich das resultierende

Verschiebungsfeld quantitativ in hoher räumlicher

Auflösung abbilden (Abb. 2). Aus den Messergebnissen

und entsprechenden FEM Simulationen können

prinzipiell mechanische Gewebeparameter

zerstörungsfrei bestimmt werden.

Ergebnisse

Auf Abb. 2a ist ein bewegungssensitives Phasenbild

einer weiblichen Brust zu sehen. Der Einfluss des US ist

deutlich zu erkennen. Die Verschiebung ist durch einen

helleren Bereich gekennzeichnet, der ca. 5 cm ins

Gewebe reicht. In Abb. 2b wurde der Schallstrahl an die

Stelle einer Zyste verschoben. Die Zyste ist als sehr

heller Fleck zu erkennen. Hinter der Zyste endet der

Einfluss des Ultraschalls abrupt.

Schlussfolgerung

Der Einfluss des Ultraschalls ist eindeutig in den

Phasenbildern zu sehen. In gesundem Brustgewebe wird

der Ultraschall gleichmäßig absorbiert. Die Zyste ist

flüssigkeitsgefüllt, daher kommt es zu einer größeren

Verschiebung und damit zum hellen Fleck. Der abrupte

Abbruch hinter der Zyste kann nur mit einer drastischen

Veränderung der viskoelastischen Eigenschaften erklärt

werden. Bei einer anschließenden ärztlichen Abklärung

wurde ein sehr kleiner Tumor hinter der Zyste entdeckt.

Diese Entdeckung zeigt bereits die Leistungsfähigkeit

Vorträge

55

dieser neuen Technik. Im Vortrag werden die Ergebnisse

einer Studie an Patientinnen mit Brustläsionen

vorgestellt.

Abb.1 Das Gewebe wird soweit verschoben, bis ein

Gleichgewicht zwischen der Schallstrahlungskraft und

der Rückstellkraft des Gewebes eintritt. In diesem

Gleichgewicht ist die Verschiebung direkt proportional

zum Elastizitätsmodul.

Anhang 1

Anhang 2

V 67 Simulation des Treppen- und Rampengangs mit einer Prothesenfuß-Testmaschine F. Blab1, F. Starker1, F. Dennerlein1, U. Schneider1 1Fraunhofer IPA, Biomechatronische Systeme, Stuttgart, Deutschland

Ziel

Moderne Prothesenfüße sind komplexe Bauteile, welche

sich aus Leichtbau-Federelementen mit definierter

Flexibilität und Belastbarkeit zusammensetzen. Bisher

wurden Dauerlasttests zur Sicherstellung der Haltbarkeit

entwickelt (ISO 10328; ISO 22675). Neue Normen und

Methoden zur Charakterisierung von Prothesenfüßen

sind zurzeit in der Entwicklung (AOPA 2010; ISO/TC 168

2014). Keine dieser Methoden berücksichtigt jedoch,

dass das tägliche Gehen nicht auf den Gang in der

Ebene beschränkt ist, sondern auch Treppen und

Rampen enthält.

Ziel dieser Studie ist, die Untersuchung der

Durchführbarkeit von Treppen- und Rampen-Gangzyklen

mit einer dynamischen Prothesenfuß-Testmaschine

(nach ISO 22675).

Methode

Bewegungsdaten (Qualisys QTM, 9 Kameras) einer

Versuchsperson (m., 31 J., 75 kg, Kat. 4

unterschenkelamputiert) wurden beim Begehen eines

Parcours im Labor auf einer Strecke mit integrierten

Kraftmessplatten (AMTI AccuGait) in Ebene, Treppe und

Rampe (12% Steigung) erfasst. Die

Ganggeschwindigkeit war selbstgewählt und es wurde

die gewohnte Alltagsprothese mit Schuh getragen (Össur

Vari Flex, 27 cm, cat. 3). Anschließend wurden die Daten

für die Übertragung auf die Testmaschine aufbereitet

(Shore Western, KS-07).

Ergebnis

Die Testmaschine konnte die Bewegungsdaten des

Treppen-Gehens (auf- /abwärts), des Rampen-Gehens

(12% auf- /abwärts) und des Gehens in der Ebene

erfolgreich simulieren. Die aufgezeichneten Daten

mussten geglättet werden um die automatische

Kraftadaption der Testmaschine zu vereinfachen (vgl.

Abb. 1 & 2). Die Gang-Situationen konnten simuliert und

Kraft-/Drehmomentendaten oberhalb des

Prothesenfußes mit den Probandendaten verglichen

werden. Es wurden geringfügige Abweichungen (< 5%

der Originalkuve) festgestellt.

Abb.1: Sagittaler Winkel.

Abb. 2: Vertikale Kraft.

Diskussion

Die vorgestellte Methode erweist sich für die

Konstruktionsentscheidung und das funktionale

Verständnis als nützlich. Weitere Studien müssen sich

basierend auf der Berücksichtigung des Aktivitätslevels

von Probanden mit der Generierung von standardisierten

Eingangsdaten für die Bewegungsprofile des Treppen-

und Rampen-Gehens befassen, um verschiedene

Prothesen vergleichen zu können und ein Kriterium für

vergleichende Ergebnisse zwischen den Prüflingen zu

schaffen.

Vorträge

56

Anhang 1

Anhang 2

V 68 Muskuläre Aktivierung der oberen Extremität bei Tablet-PCs unterschiedlicher Schwerpunktlagen C. Plegge1 1Fraunhofer FKIE, Human Factors, Wachtberg, Deutschland

Fragestellung

Die zu beobachtende Verbreitung mobiler Geräte

beeinflusst zunehmend das tägliche Leben.

Unterbewusste Anpassungen der Körperhaltung, vor

allem der Nackenregion, an die Erfordernisse von

Smartphones und Tablet-PCs werden in der Literatur

berichtet. Unklar ist jedoch, wie sich die Verwendung von

Tablet-PCs muskulär auf die obere Extremität auswirkt

und wie diese beeinflusst werden kann.

Methoden

Es wurden unilaterale sEMG-Messungen von sieben

Muskeln der einen Tablet-PCs greifenden, oberen

Extremität bei n=22 Versuchsteilnehmern durchgeführt.

Die Messungen erfolgten bei Bedienung eines Tablet-

PCs mit vorgegebener Griffposition während 15-

minütigem Gehen (4km/h). Erfasst wurden fünf

Konfigurationen des Tablet-PCs mit unterschiedlicher

Lage des Schwerpunktes (COM), um dessen Einflüsse

zu quantifizieren. Die EMG-Daten wurden gleichgerichtet,

geglättet (gleitender Mittelwert über 100ms) und MVC-

normalisiert. Die statistische Auswertung des Faktors

Schwerpunktlage erfolgte durch eine MANOVA mit

Messwiederholungen.

Ergebnisse

Es wurden signifikante Einflüsse der Schwerpunktlage

des Tablet-PCs auf M. Biceps brachii (F(4, 76) = 9,79, p

< 0,001), M. Flexor Carpi Radialis (F(4, 76) = 4,37, p =

0,003), M. Flexor Carpi Ulnaris (F(4, 76) = 11,11, p <

0,001) und M. Extensor Carpi Radialis (F(4, 76) = 3,6, p

= 0,01) festgestellt. Die beobachteten

Muskelaktivierungen befinden sich im Bereich von 2,3-

7,11% des jeweiligen MVC. Im Vergleich zur zentralen

Lage des COM wird durch dessen Verlagerung in

Richtung Rumpf eine signifikante Entlastung des M.

Flexor Carpi Radialis (p = 0,032) von 28,36% erreicht.

Durch Verlagerung des COM in Richtung der greifenden

Hand reduziert sich die Beanspruchung des M. Flexor

Carpi Ulnaris um 37,42% (p = 0,011).

Schlussfolgerungen

Die muskuläre Beanspruchung einzelner Muskeln der

oberen Extremität wird durch Variation der

Schwerpunktlage von Tablet-PCs beeinflusst. Zur

Reduktion der muskulären Beanspruchung der

Handgelenkflexoren eignet sich die Verlagerung des

COM in Richtung Rumpf und greifende Hand.

Vorträge

57

V 69 Einfluss von Drahtcerklagen auf die Primärstabilität von Tumor-Megaprothesen in Abhängigkeit distaler Femur-Knochendefekte A. Jahnke1, E. Jakubowitz1,2, B. A. Ishaque1,3, M. Rickert1,3, O. Bischel1,4 1Universitätsklinikum Gießen, Klinik für Orthopädie , Labor für Biomechanik, Gießen, Deutschland 2Orthopädische Klinik der Medizinischen Hochschule Hannover, Labor für Biomechanik und Biomaterialien, Hannover, Deutschland 3Universitätsklinik Gießen und Marburg (UKGM), Universitätsklinikum Gießen Klinik und Poliklinik für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, Gießen, Deutschland 4BG - Unfallklinik Ludwigshafen, Orthopädie und Unfallchirurgie, Ludwigshafen, Deutschland

Fragestellung

Bei der Implantation von Tumor-Megaprothesen kann es

zu Femurschaftfrakturen kommen [1]. Ziel dieser

experimentellen Studie war es daher, den Einfluss von

Drahtcerklagen auf die Primärstabilität des MUTARS®-

Systems mit Hilfe von distal frakturierten

Kunststoffknochen zu untersuchen.

Methoden

Jeweils vier MUTARS®-Prothesen (Implantcast,

Buxtehude) wurden getestet. Die Implantationen in

Kunststofffemora (Typ 3406, Sawbones, Malmö,

Schweden) wurden von einem Operateur (O.B)

durchgeführt. Die Gruppen bestanden aus vier intakten

Referenz-Knochen, vier frakturierten und mit

Drahtcerklagen reponierten und vier frakturierten

Knochen ohne Drahtcerklagen. Es wurden räumliche

Mikrobewegungen der Prothesen und der Knochen unter

separater Einleitung eines axialen Drehmoments TZ

erfasst. Die Messpunkte des Schaftes (P1-P4) als auch

die des Knochens (B1-B4) ermöglichten die Berechnung

der Relativbewegungen (rm1-rm4 = ΔαZ/TZ [mgrad/Nm]).

Als statistische Methoden kamen Varianz-Analysen und

der Friedmann-Test zur Anwendung.

Ergebnisse

Knochendefekt A (45° Schraffur) war distal geöffnet und

lateral lokalisiert. Knochendefekt B (135° Schraffur) war

distal geschlossen und dorsal lokalisiert (Abb.1).

Die Reihenfolge von der schwächsten zur stärksten

Drehmomentübertragung für die intakten Knochen war

rm1-rm4-rm2-rm3 (p < 0,01) und für die reponierten

Knochen mit Cerklage rm4-rm1-rm3-rm2(p < 0,01) (Abb.

2). Bei den frakturierten Knochen ohne Cerklage

bestand, durch das Entfernen der Cerklage und den

Einfluss des Knochendefekts A (p < 0,01), eine 50%-ige

Wahrscheinlichkeit, dass der Schaft ausbrach (p < 0,01).

Die Mikrobewegungen der intakten Knochen waren

niedriger als die der frakturierten Knochen ohne Cerklage

(p <0,01). Die Mikrobewegungen der frakturierten

Knochen mit Cerklage waren geringer als die der

Knochen ohne Cerklage (p <0,01).

Schlussfolgerungen

Das MUTARS®-System verankert isthmusnah und kann

aufgrund des hohen press-fits zu Frakturierungen des

Femurs führen. Diese Umstände sollten daher immer

einkalkuliert werden. Es ist ratsam, isthmusnahe

Cerklagen zur Sicherung ggf. auch zur Prophylaxe der

Femurschaftfrakturierung einzusetzen.

Quellen

[1] Pennekamp PH et al. Der proximale und komplette

Femurersatz. Oper Orthop Traumatol. 2012

Jul;24(3):215-26.

Anhang 1

Anhang 2

Vorträge

58

V 70 Bewegungsanalyse der 1-Bein-Kniebeuge mittels Microsoft Kinect und Wii Balance Board M. Asseln1,2, F. Uhl1, J. Eschweiler1,3,2, K. Radermacher1,2 1Helmholtz-Institut der RWTH Aachen, Lehrstuhl für Medizintechnik, Aachen, Deutschland 2Pauwels Center Aachen, Aachen, Deutschland 3Universitätsklinikum Aachen, Klinik für Orthopädie, Aachen, Deutschland

Einleitung

Muskuloskelettale Simulationsmodelle haben das

Potential dynamische Interaktionen und Belastungen der

Gelenke und Muskeln vorherzusagen. Bei invers-

dynamischen Ansätzen ist die Vorgabe der Kinematik

Voraussetzung für die Simulation und ein wesentlicher

Einflussparameter. Zur Analyse dynamischer

Bewegungen und externer Kräfte werden in der Regel

Marker basierte Motion Capture Systeme in Kombination

mit Kraftmessplatten verwendet. Aufgrund der hohen

Komplexität und Kosten sind diese jedoch für den

routinemäßigen klinischen Einsatz nur bedingt geeignet.

Die Microsoft Kinect und das Nintendo Wii Balance

Board (WBB) stellen eine kostengünstige Alternative dar.

In vorangegangen Studien konnte gezeigt werden, dass

die Genauigkeit der Kinect im Rahmen von

Hautartefakten liegt, und dass das WBB eine verlässliche

Bestimmung von Bodenreaktionskräften und des Center

of Pressure (CoP) ermöglicht [1,2,3].

Ziel dieser Studie war beide Systeme zur Datenakquise

für die Modellierung im Rahmen einer

Bewegungsanalyse der 1-Bein-Kniebeuge zu verwenden.

Material & Methoden

Die Daten von 18 Probanden (9 w, 9 m) wurden

akquiriert (Fig. 1). Die 1-Bein-Kniebeuge wurde jeweils

dreimal ausgeführt. Dabei wurde mittels Kinect über

einen Skeletal Tracking Algorithmus automatisch die

Position von 20 zuvor definierten Gelenkpunkten

räumlich mit 15Hz über USB erfasst, sowie mittels WBB

4 vertikale Bodenreaktionskräfte über Bluetooth.

Anschließend wurden die Daten in MATLAB

synchronisiert und verarbeitet.

Ergebnisse & Diskussion

Es konnte beobachtet werden, dass sich die Hüfte relativ

zum Sprunggelenk mit zunehmender Knieflexion nach

posterior verschiebt (Fig. 2). Dagegen verschiebt sich

das CoM und CoP nach anterior. In medial-lateraler

Richtung verschieben sich weder Hüfte noch CoM und

CoP mit zunehmender Knieflexion.

Es wurden erstmals Bewegungsdaten und

Bodenreaktionskräfte nur mittels kostengünstiger

Hardware aufgenommen und ausgewertet. In diesem

Zusammenhang konnte die Bewegungsstrategie der 1-

Bein-Kniebeuge für eine invers-dynamischen

Modellierung analysiert werden.

Literatur

[1] Andersen M.S., et al.: 14th Int. Symp. Comp. Sim.

Biomech., pp. 23-24., 2013

[2] Bartlett H., et al.: Am. Society of Biomech., 1(2):3-4,

2012

[3] Dutta T., et al.: Applied ergonomics, 43(4):645-649,

2011

Anhang 1

Anhang 2

Vorträge

59

Session 11 – Young Investigator

Award

V 71 Mikrobewegungen im Konus zwischen Prothesenschaft und Hüftkopf modularer Hüftendoprothesen bei Alltagsaktivitäten S. Y. Jauch1,2, G. Huber1, T. Lohse1, K. Sellenschloh1, M. M. Morlock1 1Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Biomechanik, Hamburg, Deutschland 2University of Bath, Centre for Orthopaedic Biomechanics, Bath, UK, Deutschland

Fragestellung

Modulare Implantate haben den Hüftgelenkersatz zu

einer der erfolgreichsten Operationen gemacht, da durch

die Wahl der Kopflänge die Prothese individuell dem

Patienten angepasst werden kann. In der letzten Dekade

ist die Anzahl der Probleme an der Kopf-Schaft

Konusverbindung dramatisch angestiegen. Eine Ursache

scheinen Mikrobewegungen zu sein, die Reib- und

Spaltkorrosion sowie konsekutiv unerwünschte

Gewebereaktionen hervorrufen können.

Ziel dieser Studie war die Bestimmung der

Mikrobewegung zwischen Schaft und Kopf in

Abhängigkeit der verwendeten Materialpaarung und der

Patientenaktivität.

Methoden

Die Prothesenköpfe (ø 32mm, 12/14, Länge L, CoCr oder

Al2O3) wurden mit einer Kraft von 6kN auf die

gesäuberten Schaftkonen (CoCr oder Ti) gefügt (n=3 je

Kombination). Sinusförmige, idealisierte

Gelenkbelastungen (jeweils 2,000 Zyklen) repräsentativ

für Gehen (Fmax=2,3kN), Treppensteigen (4,3kN) und

Stolpern (5,3kN, [1]) wurden mittels

Materialprüfmaschine, angelehnt an ISO 7206-4,

aufgebracht. Sechs am Schaft fixierte

Wirbelstromsensoren zeichneten die Bewegungen zu

den am Kopf angebrachten Messpartnern auf (Abb. 1).

Mittels Koordinatentransformation auf das Kugelzentrum

und der Subtraktion der elastischen

Prothesendeformation wurden die Mikrobewegungen

bestimmt.

Ergebnisse

Mit zunehmender Maximalbelastung nahmen die

resultierenden Mikrobewegungen erwartungsgemäß zu

(p < 0,001, mixed-ANOVA; Abb. 2). Hierbei zeigten Ti

Schäfte mit Al2O3 Köpfen signifikant höhere Werte als

CoCr-CoCr (p=0,027) und CoCr-Al2O3 Paarungen

(p=0,036, Dunnett-T3 Posthoc Test; Abb. 2). Rotationen

waren mit Winkeln unter 0,2° sehr gering.

Schlussfolgerungen

Titan ist das derzeit bei weitem am häufigsten

eingesetzte Schaftmaterial. Folglicherweise treten auch

die häufigsten Problemfälle in der Klinik bei Titanschäften

auf. Die in dieser Studie gemessenen höheren

Mikrobewegungen am Konus von Titanschäften könnten

jedoch hierbei eine kausale Rolle spielen, besonders

wenn man berücksichtigt, dass sich bei nicht sauber

gefügten Komponenten diese Bewegung noch deutlich

erhöhen kann [2].

[1] Bergmann G. et al., Bio-Med Mater Eng. 20:65-75,

2010

[2] Jauch S. et al., J Biomech. 44:1747-51, 2011

(Diese Studie wurde finanziell durch die Aesculap AG,

Tuttlingen unterstützt.)

Anhang 1

Anhang 2

Vorträge

60

V 72 Finite-Elemente-Analyse eines stoffschlüssigen Verbundes von Titan und Keramik in dentalen Implantaten E. Mick1, F. Kalkowsky1, C. Schulze1, R. Bader1 1Universitätsmedizin Rostock, Orthopädische Klinik und Poliklinik; Forschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie, Rostock, Deutschland

Einleitung

Bei dentalen Implantaten aus Keramiken wurden sowohl

bei einteiligen als auch bei mehrteiligen Implantaten zum

Teil hohe Versagensraten beobachtet. Ein neuartiger

Ansatz zur Vermeidung eines Keramikimplantat-Bruches

besteht in der Verwendung einer innenliegenden

Titanhülse, welche mittels Glaslot im Implantat fixiert wird

und die Verschraubung des Abutments ermöglicht. Um

das Implantat-Design bezüglich mechanischer Stabilität

zu optimieren, wurde eine FE-Analyse durchgeführt.


Es wurde ein mehrteiliges Implantatmodell, auf

Grundlage des Implantats M3T aus TZP-Keramik (Fa.

Metoxit AG, Thayngen) mit vereinfachter

Außengeometrie in Abaqus CAE 6.12-2 aufgebaut. Im

Modell wurden die innenliegenden Komponenten (Hülse,

Schraube und Abutment) zunächst als ein einteiliges

Titan-Bauteil implementiert (Abb. 1). Für alle Solid-Parts

wurden C3D8R-Elemente verwendet; der Stempel wurde

als Rigid-Body ausgeführt. Der Kontakt zwischen Glaslot

und Hülse bzw. Implantat wurde mittels tie-contact

realisiert. Die weiteren Kontakte wurden als surface-to-

surface definiert. In Anlehnung an die Prüfvorschrift DIN

EN ISO 14801 wurde unter einem Winkel von 30° über

die Verschiebung des Stempels bis zu 0,5 mm gegen

den Kugelkopf eine axiale Last eingeleitet. Zur exp.

Validierung des Modells wurde ein statischer

Druckversuch durchgeführt.

Ergebnisse

Es zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung in der

Kraft-Verschiebung-Kurve zwischen FE-Simulation und

Experiment (Abb.2). Bei hohen Kräften, welche die

physiologischen Kaukräfte übersteigen, kam es zur

plastischen Verformung des Einbettmaterials, welche im

numerischen Modell nicht abgebildet werden konnte. Im

Bereich physiologischer Kaukräfte (500 N) betragen die

höchsten Spannungen ~600 MPa am Implantathals,

~300 MPa in der Hülse und ~400 MPa im Glaslot.

Diskussion

Aufgrund der vielversprechenden Ergebnisse in den

ermittelten Verschiebungen und Spannungen scheint das

mehrteilige Keramikimplantat mit innenliegenden

Titanhülse einer interessanter Ansatz für

Dentalimplantate zu sein. Weiterführende

Modellvariationen und Parameteranalysen zur

Optimierung des Implantatdesigns sind Ziel

nachfolgender Arbeiten.

Abb.1: Modellübersicht

Abb.2: Kraft-Verschiebungs-Kurven aus Experiment und

Simulation

Anhang 1

Anhang 2

Vorträge

61

V 73 Numerische Abbildung der Migration einer Prothese aus UHMW-Polyethylen im periprothetischen Becken A. Almohallami1, A. Bouguecha1, S. Betancur Escobar1, C. Stukenborg-Colsmann2, M. Lerch2, I. Nolte3, B.-A. Behrens1 1IFUM, Universität Hannover, Garbsen, Deutschland 2Medizinische Hochschule Hannover, Fuß- und Sprunggelenkschirurgie, Hannover, Deutschland 3Stiftung Tierärztliche Hochschule , Klinik für Kleintiere, Hannover, Deutschland

Die aseptische Lockerung in einem periprothetischen

Knochengewebe stellt nach wie vor eine

Herausforderung für dauerhafte Hüftgelenkprothesen dar

[1]. Die Lockerung lässt sich u.a. durch die

Abbauprozesse des Knochens um die Prothese aufgrund

einer Belastungsabschirmung erklären [2]. Um den

Knochenumbauprozess abbilden zu können, wurde ein

numerisches Modell entwickelt und validiert [3].

Anhand des Knochenumbaumodells wurde eine Methode

entwickelt, um die PE-Prothesenmigration im

periprothetischen Becken numerisch abbilden zu können.

Des Weiteren wurde eine Kopplungssoftware erstellt, um

das durch die Migration geänderte Lastkollektiv der Hüfte

mittels Mehrkörpersimulation (MKS) zu berücksichtigen.

Die Kopplung der Finite-Elemente-Analyse (FEA) mit der

MKS zeigt generell eine größere Prothesenverschiebung.

Bild1 zeigt den Verlauf der Pfannenverschiebung in den

unterschiedlichen Richtungen mit bzw. ohne Kopplung

mit der MKS.

Bild1: Berechnung der Pfannenmigration mit und ohne

Kopplung mit der MKS

Die Methode wurde anhand der Studie von Kadar et al.

[4] validiert. Tabelle1 fasst die Validierungsergebnisse

zusammen.

Tabelle1: Numerische und klinische

Migrationsergebnisse

Es lässt sich aus der Tabelle erkennen, dass die

Berücksichtigung der durch die Prothesenmigration

hervorgerufenen Lastkollektivänderung zu einer

Erhöhung der Genauigkeit der berechneten

Pfannenverschiebungen führt.

Danksagung

Die Studien wurden im Rahmen des Teilprojekts D6 des

Sonderforschungsbereichs 599 ''Zukunftsfähige

bioresorbierbare und permanente Implantate aus

metallischen und keramischen Werkstoffen''

durchgeführt. Die Autoren danken der Deutschen

Forschungsgemeinschaft (DFG) für die finanzielle

Unterstützung

Literatur

[1] Kuiper J, Huiskes R (1997), J. Biomechanical

Engineering, 119, S. 228-231

[2] Arabmotlagh M, Hennings T, Rittmeister M (2003),

Zeitsch. für Orthop. und ihre Grenzgebiete, 141, S. 519-

525

[3] Bouguecha A (2013), Habilitationsschrift, TEWISS

Verlag, S.85-118

[4] Behrens B.-A, Nolte I, Wefstaedt P, Stukenborg-

Colsman C, Bouguecha A (2009), BioMed. Engineering

Onl. Bd. 8

[5] Kadar T, Hallan G, Aamodt A, Indrekvam K, Badawy

M, Skredderstuen A,var Havelin L, Stokke T, Haugan K,

Espehaug B, Furnes O (2011), Wiley Onl. Lib. DOI

10.1002/jor.21389

Anhang 1

Anhang 2

Vorträge

62

V74 Biomechanical in vitro evaluation after reconstruction of an ovine mandibular continuity defect with one vs. two plates G. Riede1, W. Schmölz2, B. Gueorguiev 3, R. G. Stigler1, M. Rasse1 1Univ. Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Medizinische Universität Innsbruck, Innsbruck, Oesterreich 2Univ. Klinik für Unfallchirurgie, Medizinische Universität Innsbruck, Innsbruck, Oesterreich 3AO Research Institute, Davos, Schweiz

Purpose

A successfully establishment of an ovine animal model

for several scientific purposes simulating a mandibular

angle continuity defect is still missing. Defects bridged

with one plate lead to a high number of plate or screw

fracture. This study aimed to investigate the longterm

stability after bridging of an ovine continuity defect in the

mandibular angle with one vs. two plates under dynamic

loading.

Methods

Twelve fresh ovine cadaveric mandibles were used: Six

were plated using one 2.8mm reconstruction plate at the

lower margin with 2.4mm locking screws (group no. 1).

The other six were plated using one 2.8mm

reconstruction plate (lower margin) and one 2.5mm

reconstruction plate (upper margin) with 2.4mm locking

screws (group no. 2). Ipsilateral (left) mandibular angular

discontinuity (1.5cm) was created in a standardized

manner. The mandible was mounted in a material testing

machine. All specimens were cyclically loaded with an

stepwise increasing load magnitude starting with 50 to

300N (displacement controlled 2mm/sec).Loading was

increased by 50N every 200th cycle for 17000 (4500N)

cycles or until predefined endpoints (fracture of bone,

fracture or loosening of plates or screws, displacement >

2mm) were reached. The load was applied to both

mandibular angles at a ratio of 70:30 with the ipsilateral

(resected) mandibular angle carrying more load, than the

contralateral mandibular angle. During all testing

displacement and force at the actuator was recorded

(50Hz/sec).

Results

In both groups testing was stopped after predefined

endpoints were reached. In group no. 1 three screw

fractures and two fractures of bone were detected

compared to one screw fracture and two fractures of

bone in group no. 2. There was a statistically significant

difference in number of load cycles to failure between the

two groups (mean 7851 and 12301, p=0.0052).

Conclusion

Reconstruction of mandibular angle discontinuity with two

plates showed a significantly higher stability in

mechanical function compared to reconstruction with one

plate and was therefore successfully used in a following

in vivo study testing bone substitute materials over a time

period of sixth month.

Acknowledgement This study has received funding from the European Union's Seventh Framework Programme under grant agreement n°242175.

V 75 Ganganalyse nach Fersenbeinfraktur: Hat der Umfang der Rehabilitationsmaßnahmen einen Einfluss? A. Brand1,2, I. Klöpfer-Krämer1,2, J. Lackner1,2, I. Kröger1,2, P. Augat1,2 1Berufsgenossenschaftliche Unfallklinik, Institut für Biomechanik, Murnau am Staffelsee, Deutschland 2Paracelsus Medizinische Privatuniversität, Institut für Biomechanik, Salzburg, Österreich, Deutschland

Fragestellung

Das Fersenbein als größter Knochen im Fußskelett ist

bei axialem Trauma besonders verletzungsgefährdet. Die

hohe mechanische Beanspruchung führt postoperativ

häufig zu Komplikationen welche den Heilungsverlauf

und die Wiederherstellung der Belastungsfähigkeit

verzögern können. Welchen Einfluss die unterschiedliche

Dauer einer durchgeführten Rehabilitationsmaßnahme

auf die Fußfunktion bei berufsgenossenschaftlich (BG)

gegenüber gesetzlich Versicherten (GKV) Patienten hat,

ist unklar. Ziel dieser Studie war es mit Hilfe von

objektiven Daten der instrumentellen Ganganalyse die

Effektivität der Rehabilitationsmaßnahmen bei BG- und

GKV Patienten nach Fersenbeinfrakturen zu

untersuchen.

Methoden

In die laufende Studie konnten bisher N = 35 Patienten

(BG = 14; GKV = 21) mit intraartikulärer

Fersenbeinfraktur eingeschlossen werden. Zur

Beurteilung der Fußkinematik und -kinetik erfolgte eine

markerbasierte Ganganalyse (Vicon) mit zwei

Kraftmessplatten (AMTI) postoperativ nach 3 und 6

Monaten. Zur klinischen Bewertung der Fußfunktion

wurde der AOFAS Score verwendet. Die

Zwischendarstellung der Ergebnisse erfolgt deskriptiv.

Ergebnisse

In den Ergebnissen zeigte sich nach 3 Monaten für die

BG Gruppe ein um 0,19 Nm/Kg höheres maximales

Belastungsmoment im Sprunggelenk. Nach 6 Monaten

Vorträge

63

war das Belastungsmoment noch um etwa 0,12 Nm/Kg

höher (Abb. 1). Der AOFAS Score der BG Gruppe war

nach 3 Monaten um 9 Punkte und nach 6 Monaten um 3

Punkte höher als bei der GKV Gruppe. In der

Sprunggelenkkinematik (Range of Motion) konnten keine

wesentlichen Unterschiede gefunden werden.

Schlussfolgerungen

Die momentanen Ergebnisse deuten daraufhin, dass

eine zeitintensivere Nachbehandlung, wie bei der BG-

Rehabilitation, in der frühen bis mittelfristigen Phase

nach einer Fersenbeinfraktur zu einem verbesserten

Outcome in der dynamischen Fußfunktion führen kann.

Diese Tendenz bestätigt sich auch in der klinisch-

funktionellen Beurteilung der Frakturversorgung.

Insgesamt kann die instrumentelle Ganganalyse dazu

genutzt werden, um objektive Qualitätsmerkmale zur

Beurteilung des Heilungsverlaufes nach

Fersenbeinfrakturen zu liefern.


Gesetzlichen Unfallversicherung unterstützt. Die

Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt

beim Autor.

Anhang 1

V 76 Effects of triceps surae contractile strength on dynamic gait stability following tripping in the elderly G. Epro1,2, A. Mierau3, M. Leyendecker3, T. Bildhauer4, G.-P. Brüggemann1, K. Karamanidis2 1German Sport University Cologne, Institute of Biomechanics and Orthopaedics, Cologne, Deutschland 2German Sport University Cologne, Institute of Movement and Sport Gerontologie, Cologne, Deutschland 3German Sport University Cologne, Institute of Movement and Neurosciences, Cologne, Deutschland 4University of Applied Sciences Koblenz, Department of Mathematics and Technology, Remagen, Deutschland

Introduction

Declined contractile strength in older populations is

associated with diminished mobility and reduced gait

performance1. Furthermore, there are indications that

age-related deficits in ankle plantarflexion moment during

the push-off phase contribute to inadequate recovery

responses after tripping while walking2. This highlights

the crucial role of the triceps surae (TS) capacities in

recovery from sudden disturbances to gait. The objective

of this study was to examine whether older adults with

different levels of TS contractile strength show

differences in dynamic stability during perturbed walking.

Methods

Thirty four older female adults (66±7 yrs) walked on a

treadmill and experienced unexpected trip perturbations

to the swing phase of the right leg. The margin of stability

(MS) and base of support (BS) were determined at

touchdown (TD) of the perturbed leg and at the following

six recovery steps using a motion capture system3.

Maximal voluntary isometric ankle plantarflexion moment

was measured using dynamometry. A cluster analysis

was used to classify the elderly into groups based on

their TS contractile strength (strong: n = 14; weak: n =

20).

Results

The strong group (141.4 ± 18.8 Nm) showed higher

voluntary isometric plantarflexion moments compared to

the weak group (99.2 ± 12.3 Nm). The perturbation

caused a reduction of the MS at TD for the perturbed leg

compared to baseline, indicating an unstable position

(negative MS). The strong group required three recovery

steps to return to MS baseline and the weak group did

not return to baseline level within the analyzed six

recovery steps. Moreover, there was a significant

correlation between TS muscle strength and both MS

and BS at TD of the recovery steps during the trip

perturbation task (0.41 < r > 0.68).

Discussion

These findings support the suggestion that dynamic gait

stability control during perturbed walking is partly limited

by TS contractile strength in older adults. However,

dynamic gait stability performance was only moderately

correlated with TS contractile strength, indicating that

other factors also contribute to recovery from sudden

disturbances to gait in the elderly.

Literature

1. Beijersbergen et al. (2013) Ageing Res Rev 12, 618-27

2. Pijnappels et al. (2004) J Biomech 37, 1811-18

3. Süptitz et al. (2013) Hum Mov Sci 32, 1404-14

Vorträge

64

Session 12 - Sportbiomechanik

V 77 Changes in serum COMP and HS-CRP concentrations depend on marathon performance but not on BMI A. Mündermann1, J. Geurts1, T. Nickel2, A. Schmidt-Trucksäss3, M. Halle4, H. Hanssen3 1Universitätsspital Basel, Orthopädie , Basel, Schweiz 2Ludwig-Maximilians-Universität München, Medizinische Klinik und Poliklinik 1, München, Deutschland 3Universität Basel, Department of Sports, Exercise and Health, Basel, Schweiz 4Technische Universität München, Department of Prevention and Sports Medicine, München, Deutschland

Introduction

In recent years, marathon running has attracted

participants with diverse athletic backgrounds and

different body compositions ranging from lean to obese

participants. Potential negative effects of such physical

stress on musculoskeletal tissue is concerning in obese

persons who are at higher risk for knee osteoarthritis.

Load-induced changes in biomarkers such as cartilage

oligomeric matrix protein (COMP) may reflect changes in

tissue metabolism that may be mediated by inflammatory

responses. Some markers of inflammation such as high-

sensitivity C-reactive protein (hsCRP) also respond to

prolonged exercise [1]. The objective of this study was to

test if changes in serum COMP and HS-CRP

concentration in response to marathon running depend

on body stature or on marathon performance.

Methods

Serum biomarker concentrations immediately before and

after and 24h after a marathon race were determined in

45 subjects using commercially available ELISA kits and

analyzed using repeated measures ANOVA with

covariates BMI and finish time (P<.05).

Results

Increases in COMP and hsCRP 24h after the marathon

depended on finishing time (Fig.1) but not BMI. BMI

ranged from 17.0 to 36.5kg/m2 and finish time from 2’56”

to 5’32”. Although BMI did not significantly influence

changes in biomarker levels, BMI was significantly

greater in the slowest than in the middle and fastest

tertile (P<.001).

Conclusion

Finishing time appears to be a stronger predictor of these

biomarker changes during the 24h post-marathon

recovery than BMI. Finishing time related changes may

represent differences in post-stress tissue metabolism.

The increase in COMP and hsCRP levels after marathon

may suggest a role of inflammatory processes in stress-

induced cartilage metabolism during recovery.

References

[1] Nickel et al. (2012) Eur J Appl Physiol 112:1699:1708

Fig.1. Serum COMP concentration before and after

regular running training and marathon running in the

fastest, middle and slowest runners (finish time tertiles).

Anhang 1

V 78 Vermehrte Aktivierung der Rückenmuskulatur durch das Therapiefahrrad SNAIX möglich? Eine elektromyographische Untersuchung. A. Kranzl1, R. Scheuer2,3, M. Friedrich2,3 1Orthopädisches Spital Speising, Labor für Gang- und Bewegungsanalyse, Wien, Oesterreich 2Center of Excellence for Orthopaedic Painmanagement Speising (CEOPS), Wien, Oesterreich 3Orthopädisches Spital Speising, Abteilung für Konservative Orthopädie, Wien, Oesterreich

Einleitung

Grundlegende Therapie beim unspezifischen

Kreuzschmerz ist das Training der lumbalen

Rückenmuskulatur. Ein spezielles Fahrrad mit einem

Gelenk in der Rahmenmitte verspricht durch dieses

Gelenk eine erhöhte Aktivierung der lumbalen

Rückenmuskulatur. Das Fahrrad kann einerseits beim

freien Fahren eingesetzt werden oder stationär auf einem

Rollentrainer, wo durch eine zusätzliche Stütze die

Auslenkung etwas minimiert wird und dadurch auch

Patienten ohne hohe koordinative Fähigkeiten das

Fahrrad nutzen können. Ziel der Studie ist

nachzuweisen, dass durch dieses Fahrrad eine höhere

lumbale Muskelaktivierung stattfindet im Vergleich zu

einem herkömmlichen Fahrrad.

Vorträge

65

Methode

25 gesunde Probanden wurden in randomisierter

Reihenfolge auf den beiden Fahrradtypen (SNAIX,

klassischer Ergometer) mittels Elektromyographie bei

patientenspezifischen Belastungssituationen analysiert.

Von folgenden Muskeln beidseitig wurde die Aktivität

mittels Oberflächenelektroden abgeleitet: M.erector spine

lumbal, M.rectus abdom., Mm. multifidi, M.gluteus max.,

M.rectus femoris. Mittels Dünndraht- EMG wurden die

profunden Multifidianteile abgeleitet. Aufnahmefrequenz

betrug 2000 Hz und die Ableitungen wurden auf die

maximale Amplitude bei maximaler willkürlicher

Kontraktion normiert. Statistisch wurde die maximale

sowie die mittlere Amplitude verglichen.

Ergebnisse

Zwischen den beiden Fahrradtypen konnte keine

statistisch unterschiedliche Muskelaktivierung der

mittleren oder maximalen Amplitude festgestellt werden.

Auch bei der Betrachtung der Aktivitätsverläufe über

einen Zyklus zeigte sich kein Unterschied.

Diskussion

Aufgrund der niedrigen Intensitätsstufe sowie den

geringen Muskelaktivitäten in Relation zur maximalen

willkürlichen Kontraktion ist zu hinterfragen, ob hier

überhaupt ein trainingswirksamer Reiz in dieser

Muskulatur gesetzt wird. Durch die niedrigen Amplituden

ist auch eine erhöhte Standardabweichung festzustellen.

Generell kann gesagt werden dass dieses Typ Fahrrad

(SNAIX) bei patientenspezifischen Belastungen keine

erhöhte Muskelaktivität hervorruft.

Die Studie wurde finanziell unterstützt vom Verein

CEOPS und durch die Ethikkommission der Gemeinde

Wien (EK-11-166-0911) genehmigt.

V 79 Zusammenhang von Energiegenerierung und -Absorbierung und der Laufzeit bei schnellen Richtungswechseln S. David1, T. Dupré2, W. Potthast1 1Deutsche Sporthochschule Köln, Institut für Orthopädie und Biomechanik, Köln, Deutschland 2Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe, Deutschland

Fragestellung

Richtungswechsel (RW) gehören zu einer der häufigsten

Bewegungsaufgaben. Dennoch sind die

zugrundliegenden Bewegungsstrategien weitestgehend

unbekannt. Ein Faktor für einen schnellen RW könnte die

Menge an generierter und absorbierter Energie (EGen und

EAbs) in den 3 Gelenken der unteren Extremität sein. In

dieser Studie sollen die Zusammenhänge zwischen der

EGen und EAbs und der Laufzeit (LZ) bei 90° und 180° RW

untersucht werden.

Methoden

17 Fußballspieler (180,5cm ± 6,1; 75,9kg ± 17,3)

absolvierten je fünf 90° sowie 180° RW in die von ihnen

bevorzugte Bewegungsrichtung. Der RW wurde auf

Rasen vollzogen. Alle Probanden trugen den gleichen

Schuh (Under Armour Blur, US 10). 26 passiv

reflektierende Marker (9mm), 12 Vicon Kameras (200Hz)

und eine Kraftmessplatte (Kistler, 1000Hz) erzeugten die

Datengrundlage für ein modifiziertes AnyBody Modell [1].

Anhand der Winkel und Momente in Hüft-, Knie-, und

Sprunggelenk wurde die jeweilige Gelenkleistung erfasst

und durch Integration der positiven wie negativen

Abschnitte EAbs sowie EGen je Gelenk berechnet.

Ergebnisse

Die EGen-Anteile bei 90° RW betragen 36.9 % für das

Hüft-, 34.5 % für das Knie- und 28 % für das

Sprunggelenk. Bei 180° RW betragen die Anteile 18.8 %,

71.0 % und 10.1 %. Die Korrelation mit der LZ bei 90°

RW zeigen einen Zusammenhang zwischen einer

höheren EAbs im Hüftgelenk und einer verlängerten LZ

(r=0.665, p=0.001), während eine vermehrte EAbs im

Knie- und Sprunggelenk mit einer Verkürzung der LZ

zusammenhängt (r=-0.359, p=0.01; r=-0.476, p=0.001).

Für 180° RW zeigt sich ein Zusammenhang zwischen

einer vermehrte EGen im Kniegelenk und einer

Verlängerung der LZ (r=0.232, p=0.035) während sowohl

eine vermehrte EGen als auch EAbs im OSG mit einer

Verkürzung zusammenhängen (r=-0.298, p=0.008; r=-

0.286, p=0.009).

Schlussfolgerungen

Die aufgezeigten Zusammenhänge sind als schwach bis

moderat zu beurteilen. Die Komplexität der Bewegungen

lassen jedoch auch kein anderes Ergebnis erwarten. Bei

180° RW wird eine Kniestrategie gewählt, bei der sowohl

die meiste Energie im Kniegelenk absorbiert als auch

generiert wird, während die Anteile beim 90° RW

ausgeglichen sind.

Referenzen: [1] Enemark Lund, M. et al. (2015) Scaling

of musculoskeletal models from static and dynamic trials,

International Biomechanics, 2:1, 1-11.

Vorträge

66

V 80 Reliabilität und Vergleichbarkeit von Messungen der Kraft der Inversoren und Eversoren des Sprunggelenks mittels eines Hand-gehaltenen Dynamometers M. Alfuth1, M. M. Hahm2 1Hochschule Niederrhein, Fachbereich Gesundheitswesen, Krefeld, Deutschland 2Deutsche Sporthochschule Köln, Universitäre Weiterbildung, Sportphysiotherapie, Köln, Deutschland

Einleitung:

Kraftmessungen der Inversoren und Eversoren mittels

Hand- gehaltenem Dynamometer (HGD) werden in der

Literatur in unterschiedlichen Positionen des Patienten

durchgeführt, was die Vergleichbarkeit der Ergebnisse

erschwert. Ziel dieser Studie war, die Reliabilität und

Vergleichbarkeit der Kraftmessung mittels HGD in drei

Testpositionen zu überprüfen.


Die isometrische Maximalkraft der Inversoren und

Eversoren des Sprunggelenks wurde bei 30 gesunden

Probanden (12 ♀, 18 ♂; Alter: 22,5 [± 3,9] Jahre)

unabhängig von zwei Untersuchern an zwei Tagen in drei

Testpositionen (Rückenlage, Langsitz und Seitenlage)

mittels eines HGD gemessen (Abb. 1). Der zu messende

Fuß, der beginnende Untersucher, die Reihenfolge der

Bewegungsrichtung und der Positionen wurden

randomisiert bestimmt. Zur Fixierung des HGD und zur

Applikation des isometrischen Widerstandes am

medialen (Inversion) und lateralen Vorfuß (Eversion)

wurden Therapiegurte verwendet. Die Intra-, sowie

Interrater-Reliabilität wurde mittels des Intraklassen-

Korrelationskoeffizienten (ICC, Modell [2, k]), die

Vergleichbarkeit der Werte zwischen den Positionen

mittels ANOVA (p<0,05) und post hoc Tests mit Korrektur

nach Bonferroni evaluiert.

Ergebnisse:

Eine exzellente Interrater- Reliabilität wurde für die

Eversion in allen Positionen festgestellt (Abb. 2). Die

Interrater- Reliabilität für die Inversion war zum ersten

Messzeitpunkt moderat bis exzellent (ICC = 0,519 -

0,812) und zum zweiten Messzeitpunkt exzellent (ICC =

0,824 - 0,879). Die Intrarater- Reliabilität war für die

Inversion und Eversion in allen Positionen gut bis

exzellent (ICC = 0,598 - 0,828). Es zeigte sich ein

signifikanter Unterschied zwischen den Werten der

Testpositionen Rückenlage und Seitenlage, sowie

Langsitz und Seitenlage (p<0,05).

Schlussbetrachtung:

Die Messung der Kraft der Inversoren und Eversoren des

Sprunggelenks mittels HGD scheint in der jeweiligen

Testposition reliabel zu sein. Eine Vergleichbarkeit der

Messungen scheint zwischen den Testpositionen

Rückenlage und Langsitz, nicht jedoch zwischen den

Testpositionen Rückenlage/Langsitz und Seitenlage zu

bestehen.

Abb. 1: Messung der Kraft der Eversoren in Seitenlage.

Abb. 2: Interrater- Reliabilität der Messungen der Kraft

der Eversoren.

Anhang 1

Anhang 2

Vorträge

67

V 81 Konzept und Objektivierung der spezifischen neuromuskulären Funktion Adaptive Force L. Schaefer1, N. Heinke1, F. Bittmann1 1Universität Potsdam, Regulative Physiologie und Prävention, Potsdam, Deutschland

Einleitung

Bei alltäglichen Bewegungen sowie im Sport spielt die

Adaptation des neuromuskulären Systems an externe

Kräfte eine wichtige Rolle. Der Begriff Adaptive Kraft (AF)

soll die Anpassungsleistung des Nerv-Muskel-Systems

an einwirkende äußere Kräfte bei isometrischer sowie

exzentrischer Arbeitsweise kennzeichnen. Es wird ein

Verfahren vorgestellt, das diese bisher so noch nicht

beschriebene Form der neuromuskulären Aktion

objektiviert.

Methode

Das pneumatische Kraftmesssystem appliziert

definierbare Kraftverläufe auf den Probanden, wirkt aber

nicht desmodromisch. Die Aufgabe des Probanden ist,

die eingestellte Position gegen die steigende äußere

Kraft stabil beizubehalten. Das System ermöglicht die

Erfassung folgender Kräfte (Abb. 1):

- Isometrische Adaptive Kraft (AFiso) bezeichnet

isometrische Phasen bei submaximalen Kräften.

- Max. isometrische Adaptive Kraft (AFisomax)

kennzeichnet den Punkt, an dem der Muskel von der

isometrischen in die exzentrische Aktion übergeht.

- Max. exzentrische Adaptive Kraft (AFeccmax) wird durch

das Maximum der Messkurve markiert. Dieser wird in der

exzentrischen Phase erreicht, bevor der muskuläre

Widerstand zusammenbricht.

Ergebnisse

Das Verfahren erfüllt die Gütekriterien: Betrachtet man

die Mechanik des Geräts bei Messungen gegen einen

festen Widerstand erhält man im Vgl. zu einem DMS eine

signifikante Korrelation (ρ= .976, p = .000). Der Interrater-

Test bei n = 3 Probanden zeigt eine sehr hohe

Übereinstimmung der Rater (ICC[3,1] = .974, p = .00).

Die Variation bei 50 Messwiederholungen beträgt ca. 5,4

% (SD ± 1,8) (n = 10).

Diskussion

Das Messsystem ermöglicht, einen bisher noch nicht

beachteten Aspekt der neuromuskulären Funktionalität

zu erfassen, da die AFiso sensomotorische

Komponenten beinhaltet. Die AF verbindet konditionelle

und koordinative Aspekte der Kraft. Dies erschwert die

Einordnung in bestehende Kraftkonzepte.

Das Kraftmesssystem erfasst mit einer Messung

gleichzeitig 3 Qualitäten der sensomotorischen Aktion.

Es könnte eine ökonomische Alternative zu

herkömmlichen Verfahren in Sport und Medizin

darstellen, außerdem potenziell neue Anwendungsfelder

in der sensomotorischen Diagnostik eröffnen.

Abb. 1 Verlauf einer Messkurve im Vergleich zur

Referenzkurve mit Kennzeichnung der relevanten Werte.

Anhang 1

Session 13 – Meniskus, Kreuzband,

Knie

V 82 A Biomechanical Comparison of Two Anterior Cruciate Ligament Graft Preparation Techniques using Adjustable-Length Loop Cortical Button or Interference Screw for Tibial Fixation R. Mayr1, C. Heinrichs1, M. Eichinger1, C. Coppola1, R. Attal1, W. Schmölz1 1Medizinische Universität Innsbruck, Universitätsklinik für Unfallchirurgie, Innsbruck, Oesterreich

Purpose

Cortical button fixation at the femoral side and

interference screws within the tibial bone tunnel are

widely used for anterior cruciate ligament (ACL) graft

fixation. Using a bone socket instead of a full tunnel

allows cortical button fixation also on the tibial side. If

adjustable-length loop cortical button devices are used

for femoral and tibial fixation, the tendon graft has to be

secured with sutures in a closed tendon loop. The

increased distance of fixation points and potential

slippage of the tendon strands at the securing sutures

might increase the risk of postoperative graft elongation

Vorträge

68

in comparison with conventional graft preparation with

tibial interference screw fixation.

Methods

Grafts with tibial adjustable-length loop cortical button

fixation and grafts with tibial interference screw fixation

were biomechanically tested in calf tibiae, with 10

specimens per group. Femoral fixation was equivalent for

both groups, using an adjustable-length loop cortical

button. Specimens underwent cyclic loading followed by

a load-to-failure test.

Results

The graft with screw fixation showed significantly less

initial (first five cycles, 1.46±0.26mm), secondary (6th to

1000th cycle, 1.87±0.67mm), and total elongation (after

1000 cycles, 3.33±0.83mm) in comparison with the graft

with button fixation (2.47±0.26mm, 3.56±0.39mm,

6.03±0.61mm, respectively) (P<0.001). While pull-out

stiffness was significantly higher for grafts with screw

fixation (309.5±33.2 vs. 185.6±16.4N/mm) (P<0.001), the

graft with button fixation was able to withstand

significantly higher ultimate failure loads (908±74N vs.

693±119N) (P<0.001).

Conclusions

The graft with tibial adjustable-length loop cortical button

fixation resulted in higher graft elongation during cyclic

loading and showed higher ultimate failure loads in

comparison with conventional graft preparation with tibial

interference screw fixation. The results of this

biomechanical study suggest that grafts with tibial

interference screw fixation provide better knee stability

due to reduced graft elongation and greater stiffness in

comparison with grafts with tibial adjustable-length loop

cortical button fixation.

V 83 Dehnungsverteilung auf der tibialen Meniskusfläche und Meniskus Verankerungskräfte nach partieller Meniskektomie M. Freutel1, A. Seitz1, A. Ignatius1, L. Dürselen1 1Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Zentrum für Muskuloskelettale Forschung Ulm , Ulm, Deutschland

Bisherige Studien haben gezeigt, dass partielle

Meniskektomien (PM) zu Osteoarthrose führen können

[1,2]. Der Einfluss von PM auf die Dehnungsverteilung

des Meniskus sowie auf die Kräfte in den

Verankerungsligamenten (VL) nach Teilresektion ist

jedoch unklar und sollte in dieser Studie untersucht

werden, da dies zur Entwicklung neuer Ersatzmaterialien

beitragen kann.

6 mediale Schweinemenisken wurden in einem Prüfstand

platziert (Abb.1A) und das anteriore und posteriore VL

zur individuellen Kraftmessung an Kraftmessdosen

angeschlossen. Zur optischen Erfassung der

Verschiebungsfelder wurden Marker auf der tibialen

Oberfläche des Meniskus aufgebracht (Fig.1B) und der

Meniskus auf einer Glasplatte positioniert. Die Menisken

wurden mit 650N über das dazu gehörige Femur in 30°

Flexion in intaktem Zustand und nach mehreren

Resektionsstufen belastet. Aus den

Verschiebungsfeldern wurden die radialen und

zirkumferenten Dehnungen ermittelt und mittels 2-

faktorieller ANOVA und post hoc Test ausgewertet

(Signifikanz: p≤0,05).

Mit zunehmender Resektionstiefe nahmen die Kräfte in

den VL signifikant um bis zu 32N ab (p<0,01; Tab.1). Im

intakten Zustand wurden die äußeren Bereiche des

Meniskus um 1,2% in radiale Richtung gestaucht. Nach

Resektion kehrte sich die radiale Stauchung in der

Peripherie des Resektionsbereiches in Streckung (0,9%)

um. Die PM hatte auf die zirkumferente Dehnung in den

äußeren Bereichen keinen Einfluss (p=0,27).

Die Kräfte in den VL bei intaktem Meniskus sind mit

bereits veröffentlichen Ergebnissen [3] vergleichbar. Die

zirkumferente Dehnung in der Peripherie des Meniskus

wurde durch eine PM nicht beeinflusst, wohingegen die

radiale Dehnung im Bereich der PM von einer Stauchung

in eine Streckung überging. Die Ergebnisse dieser Studie

zeigen, dass sich mit zunehmender PM die Kräfte in den

VL verringern und die zirkumferenten Dehnungen sich

nicht ändern. Dies lässt vermuten, dass die noch intakten

Faser des Meniskus eine konstante Kraft übertragen,

was darauf hindeutet, dass die Kraft, die vorher auf den

resezierten Teil des Meniskus gewirkt hat, vermutlich von

anderen Strukturen und nicht vom verbleibenden

Meniskus übernommen wird.

1) Petty and Lubowitz. Arthroscopy 2011; 27:419-424

2) Rangger et al. Am J Sports Med 1995; 23:240-244

3) Stärke et al. J Orthop Res 2009; 27:1619-1924

Vorträge

69

Anhang 1

Anhang 2

V 84 Effekt einer vermehrten mechanischen Kniegelenksbelastung beim Laufen auf die Serum-Konzentration und das Fragmentierungsmuster des Cartilage oligomeric matrix protein (COMP) S. Firner1, M. de Marées2, S. Willwacher1, F. Zaucke3,4, J. Heilig1,4, J. Bleuel1, G.-P. Brüggemann1,4, A. Niehoff1,4 1Deutsche Sporthochschule Köln, Institut für Biomechanik und Orthopädie, Köln, Deutschland 2Deutsche Sporthochschule Köln, Institut für Trainingswissenschaft und Sportinformatik, Köln, Deutschland 3Universität zu Köln, Zentrum für Biochemie, Köln, Deutschland 4Universität zu Köln, Zentrum für Muskuloskelettale Biomechanik, Köln, Deutschland

Einleitung

Eine vermehrte mechanische Belastung der Kniegelenke

wird mit einem erhöhten Gonarthroserisiko assoziiert.

Cartilage oligomeric matrix protein (COMP), ein

Biomarker der Gelenkdegeneration, ist

interessanterweise auch nach sportlicher Aktivität

temporär erhöht [1]. Ziel der Studie war es, zu

untersuchen, ob es einen Zusammenhang zwischen der

mechanischen Kniegelenksbelastung und der Serum-

COMP-Konzentration gibt und ob spezifische Fragmente

von COMP im Serum nachweisbar sind.

Methoden

Zehn gesunde Männer (27.6 ± 3.1 Jahre, 80.0 ± 5.8 kg)

liefen mit Kniegelenksorthesen für 30 min (v = 2.2 m/s)

auf einem Laufband. Am 1. Tag waren die Orthesen

inaktiv (OFF), am 2. Tag wurden sie pneumatisch

getrieben (ON) und erhöhten während 79.8 ± 7.7% der

Stützphase die externen Knieflexionsmomente um 30.9 ±

0.9 Nm. Zur Bestimmung der COMP Level mittels ELISA

(AnaMar, SWE) und des Fragmentierungsmusters mittels

Western Blot Analysen wurden Blutproben vor

(Ausgangswert) und nach der Laufintervention (0, 30, 60,

120 min) entnommen.

Ergebnisse

Verglichen mit den Ausgangswerten (OFF: 8.9 ± 2.4 U/l;

ON: 8.5 ± 2.7 U/l) führten beide Interventionen direkt

nach dem Lauf zu einer Zunahme (p < 0.001) der COMP-

Level (OFF: 10.7 ± 1.9 U/l; ON: 11.3 ± 2.1 U/l). Der

Anstieg der COMP-Level nach dem Laufen mit

vermehrter Kniegelenksbelastung war zwar größer

(+41%) als ohne zusätzliche Belastung (+25%) (Abb. 1),

statistisch konnte jedoch kein Unterschied festgestellt

werden. Allerdings war der COMP-Level bis 120 min

nach dem Laufen mit vermehrter Kniegelenksbelastung

erhöht (p < 0.05), während er ohne zusätzliche Belastung

schon nach 30 min wieder das Ausgangslevel erreichte.

Die Western Blot Analysen zeigten, dass sowohl intaktes

COMP Pentamer (524 kDa), als auch spezifische

Fragmente im Blut nachweisbar sind (Abb. 2).

Diskussion

Die Erhöhung der COMP-Level im Anschluss an die

Laufinterventionen stimmt mit anderen Studien überein

[1]. Die vorliegende Studie zeigt erstmals einen

Zusammenhang zwischen der Kniegelenksbelastung, der

Serum-Konzentration und dem Fragmentierungsmuster

von COMP. Der COMP-Level könnte zukünftig genutzt

werden, um pathomechanische Gelenkbelastungen zu

identifizieren und Rehabilitationsprozesse zu

überwachen.

Referenzen

[1] Niehoff et al., Osteoarthritis Cartilage, 19:1003-1010,

2011

Vorträge

70

Anhang 1

Anhang 2

V 85 INCREASED INTERNAL FEMORAL TORSION IS A RISK FACTOR FOR PATELLAR DISLOCATION P. Kaiser1, W. Schmölz2, P. Schöttle3, C. Heinrichs2, R. El Attal1 1Universitätsklinik, Unfallchirurgie, Innsbruck, Oesterreich 2Universitätsklinik, Unfallchirurgie - Biomechanik, Innsbruck, Oesterreich 3Isarklinikum, Orthopädie, München, Deutschland

Background:

An increased internal femoral torsion is regarded as a

risk factor for patellar instability. This is the first

biomechanical study to verify this hypothesis.

Materials and Methods:

8 fresh-frozen cadaver knees were tested on a specially

designed knee testing simulator, which bend the knee

from 0° to 90° of flexion. Dead weights simulated muscle

load with equal distribution on the vastus intermedius +

rectus femoris, vastus lateralis and vastus medialis (at 0°

knee flexion total of 45N, 15° - 57N, 30° - 114N, 45° -

171N, 60° - 262,5N, 75° - 375N, 90° - 480N) (1). Patellar

motion (tilt and shift) and patellofemoral pressure were

evaluated (pressure shift, mean and peak pressure) for

0°, 10° and 20° of increased internal and increased

external femoral torsion with an intact MPFL and a

dissected MPFL. An analysis of regression was

performed for statistical analysis.

Results:

With an increase of internal femoral torsion with an intact

MPFL patella shift was directed more laterally in low knee

flexion angles up to 30° (P > 0.05). Lateral patellar tilt

increased with 10° and 20° internal femoral torsion (P <

0.01). Mean and peak pressure showed no statistical

change (P > 0.05). 10° and 20° external torsion and 20°

internal torsion showed a pressure shift towards the

contralateral side (P < 0.05).

With the MPFL being dissected, lateral patella tilt

increased for all torsional states (P < 0.001). With internal

femoral torsion, the patella had an increased lateral

position in low knee flexion angles in comparison to the

intact MPFL (P > 0.05). Mean pressure (P < 0.01) and

peak pressure (P < 0.05) decreased for all torsional

states. Pressure shifted more lateral with 10° and 20°

internal femoral torsion (P < 0.05).

Conclusion:

Findings support the hypothesis, that an increase of

internal femoral torsion increases the risk for patellar

dislocation. In cases with a native MPFL, 20° of

increased internal femoral torsion can be regarded as a

significant risk factor. In cases with an insufficient MPFL,

10° can already be a significant risk factor.

References:

Muller O, Lo J, Wunschel M, Obloh C, Wulker N.

Simulation of force loaded knee movement in a newly

developed in vitro knee simulator. Biomedizinische

Technik Biomedical engineering. 2009;54(3):142-9

V 86 Die Spannung an den Wachstums“fugen“ des koxalen Femurendes ist jederzeit konstant B. Heimkes1, D. Eibl1, C. M. Ziegler1, T. Geith2, A. Baur-Melnyk2 1Klinikum der Universität(LMU), Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Physikalische Medizin und Rehabilitation, München, Deutschland 2Klinikum der Universität(LMU), Institut für Klinische Radiologie, München, Deutschland

Das koxale Femurende eignet sich in besonderer Weise

dazu, allgemeine Regeln des enchondralen

Längenwachstums zu erkennen, da es zwei

morphologisch identische, jedoch unterschiedlich große

und verschieden stark belastete knorpelige

Knorpelplatten aufweist.

Vorträge

71

Ziel der vorliegenden Untersuchung ist es, mithilfe

bildgebender Verfahren die Flächen, Kräfte und

Druckspannungen beider genannten Wachstums“fugen“

zu vergleichen.

Methodik

Anhand anonymisierter MRT-Datensätze von 36

hüftgesunden Kindern verschiedenen Alters und

Geschlechts wurden die Flächen, Kräfte und

Druckspannungen der epiphysären und apophysären

Knorpelplatten platten bestimmt bzw. errechnet. Zur

automatisierten Flächenvermessung wurde die Software

OsiriX verwandt, zur Kraftberechnung gängige

biomechanische Modellrechnungen.

Ergebnisse

1. Die Flächen der epiphysären und apophysären

Knorpelplatten nehmen vom Kindesalter bis in die

Adoleszenz stetig zu Die epiphysäre Knorpelplatte

vergrößert sich um 0,8 cm2/Jahr(σ=0,068), die

apophysäre Knorpelplatte um 0,5 cm2/Jahr (σ=0,048). 2.

Ihr Flächenverhältnis Fe :Fa = 1:0,56 bleibt immerzu

konstant (β=0,012). 3. (Anhang1) Beide Knorpelplatten

werden im Laufe des Wachstums unterschiedlich stark

belastet, ihre errechneten Druckspannungen σe:σa =

1:1,07 sind jedoch zu jedem Zeitpunkt vergleichbar gleich

groß (β=0,022).

Schlussfolgerung

(Anhang 2) Zumindest für das koxale Femurende lässt

sich die Regel formulieren, dass seine Knorpelplatten im

Wachstumsalter zum selben Zeitpunkt identische

Druckspannungen aufweisen, obwohl sie verschieden

groß sind und verschieden stark belastet werden. Die

durch das Wachstum des Kindes zunehmenden internen

Kräfte stimulieren die Flächenausdehnung der

Knorpelplatten in gesetzmäßiger Weise, wobei erreicht

wird, dass die auftretenden Druckspannungen an den

Knorpelplatten altersunabhängig konstant bleiben. Dies

lässt sich durch ein allgemeines Wachstumsgesetz der

enchondralen Ossifikation beschreiben:

σc = const.

Anhang 1

Anhang 2

Session 14 – Dentalbiomechanik II

V 87 Numerische Untersuchungungen von implantatgetragenen Deckprothesen in patientenindividualisierten Finite-Elemente-Modellen I. Hasan 1, P. Pellikaan2, L. Keilig1, F. Heinemann3, C. Bourauel4 1Universität Bonn, Prothetik, Stiftungsprofessur für Oralmedizinische Technologie, Bonn, Deutschland 2KU Leuven, Abteilung für Mechanische Technik, Leuven, Belgien 3Universität Greifswald, Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik, Alterszahnheilkunde und medizinische Werkstoffkunde, Greifswald, Deutschland 4Universität Bonn, Stiftungsprofessur für Oralmedizinische Technologie, Bonn, Deutschland

Implantatgetragene Deckprothesen mit Druckknopf-

System stellen für Patienten mit zahnlosem Unterkiefer

eine gute und preiswerte Behandlungsoption dar. Als

Stützpfeiler werden konventionelle oder sogenannte Mini-

Implantate verwendet. Die Knochenqualität sowie das

Implantatsystem beeinflussen unmittelbar die Belastung

des Knochens. Ziel dieser Studie war die Untersuchung

der Spannungsverteilung im Knochenbett um

konventionelle und Mini-Implantate bei individuellen

Patientenmodellen und die Analyse des Einflusses der

Anzahl der stützenden Implantate auf die

Gesamtbelastung des Kieferknochens.

Drei patientenindividualisierte 3D-Finite-Elemente-

Modelle für zahnlose Unterkiefer mit implantatgetragener

Deckrothesenversorgung wurden erstellt

(MSC.Marc/Mentat 2010). Modell-1: 4 konventionelle

Implantate (3,7x13 mm tioLogic-System, Dentaurum);

Modell-2: 2 konventionelle Implantate (3,7x13 mm

tioLogic-System, Dentaurum); Modell-3: 5 Mini-

Implantate (2,1x15 mm, MDI-System, 3M ESPE). Die

Knochengeometrien wurden aus CT-Daten rekonstruiert

(Mimics, Materialise). Die Implantate sowie die Metall-

Gehäuse und Gummiringe des Druckknopfsystems

wurden als CAD-Daten importiert. Die definitiven

Vorträge

72

Deckprothesen wurden gescannt (3Shape Scanner) und

als STL-Daten in das FE-Programm importiert. Die

Prothesen wurden mit einer vertikalen Kraft von 10 N im

Bereich der ersten Molaren und 50 N im Eckzahnbereich,

geneigt um 20° zur Prothesenachse, belastet.

Es zeigte sich, dass das Implantatsystem (ob

konventionell oder Mini) sowie die Anzahl der stützenden

Implantate Einfluss auf die Höhe und Verteilung der

Spannungen hatten. Die Maximalauslenkung in der

Prothese bei 4 konventionellen Implantaten betrug 92

µm, bei 2 konventionellen Implantaten 189 µm und bei 5

Mini-Implantaten 142 µm. Die Spannungen im

Knochenbett waren sehr niedrig und bei allen drei

Modellen vergleichbar (1,0 bis 1,8 MPa).

Die FE-Analyse zeigte, dass sich die Retention der

Prothese bei Reduktion der Anzahl der stützenden

Implantate verschlechtert und bei Einsatz von 4

konventionellen Implantaten deutlich besser ist als bei 5

Mini-Implantaten. Zudem steigt durch eine eventuelle

Unterbelastung des Knochens bei diesen

Behandlungskonzepten die Gefahr von

Knochenresorptionen um die Implantate.

V 88 Knochenadaptation durch nicht passiv sitzende Implantat-Restaurationen - Ergebnisse einer randomisierten klinischen Studie M. Karl1, T. Taylor2 1Universität Erlangen-Nürnberg, Zahnklinik 2, Erlangen, Deutschland 2University of Connecticut, Department of Reconstructive Sciences, Farmington, Vereinigte Staaten Von Amerika

Einleitung

Es gibt Hinweise, dass mechanische Spannungen, die

durch das Eingliedern nicht passiv sitzender Implantat-

Restaurationen im Alveolarknochen evoziert werden,

Adaptationsprozesse induzieren die zur Reduktion dieser

Spannungen führen.


Zwanzig Patienten wurden mit verschraubbaren,

dreigliedrigen Brücken auf zwei zahnärztlichen

Implantaten versorgt, die entweder in einem Stück

gegossen (Misfit) oder durch intraorales Verkleben (Fit)

hergestellt wurden. Die Brückenanker wurden als

reguläre Kronen gestaltet, die eine dynamische

Belastung ermöglichten, wohingegen das Zwischenglied

als Steg ausgeführt wurde, welcher wiederholte

Dehnungsmessungen mittels eines auf einer Metallplatte

befestigten Dehnmessstreifens ermöglichte. Über sechs

Monate erfolgten im Abstand von vier Wochen

Dehnungsmessungen, zunächst an

patientenspezifischen in vitro Modellen und anschließend

in der Mundhöhle der Patienten während des

Einschraubens der Befestigungsschrauben. Die in vitro

Messungen dienten der Kalibrierung der Sensoren und

dem Ausschluss eventueller Veränderungen an den

Restaurationen durch Abriebphänomene (Vergleiche der

in vitro Messwerte zu unterschiedlichen Zeitpunkten

mittels Kruskal-Wallis Tests). Zum Abschluss einer Mess-

Sitzung wurde der Dehnungsmessstreifen wieder von der

Brücke entfernt, welche vom Patienten weiter getragen

wurde.

Ergebnisse

Abriebphänomene an den Restaurationen die zur

Dehnungsreduktion hätten führen können, waren anhand

der in vitro Messungen auszuschließen (p>0.05 für alle

Patienten). Trotz Unterschiede in der initialen

Dehnungsentwicklung zwischen Misfit und Fit

Restaurationen konnte in beiden Gruppen eine klare

Tendenz zur Reduktion messbarer Dehnungen

nachgewiesen werden können. Die Ausprägung der

Umbauvorgänge als auch die Höhe der finalen

Dehnungswerte waren patientenabhängig.

Diskussion

Unter dynamischer Kaubelastung nicht spannungsfrei

sitzender Implantatbrücken scheint es zu

Adaptationsprozessen im Alveolarknochen zu kommen,

die ein Absinken von Misfit-Spannungen bedingen. Eine

absolute, technisch nicht realisierbare Spannungsfreiheit

implantatgetragener Restaurationen scheint nicht nötig

zu sein.

This study was supported by a grant from the ITI

Foundation for the promotion of oral implantology, Basel,

Switzerland

V 89 Vergleich verschieden komplexer Modelle zur computergestützten Simulation des Zahnhalteapparates S. Raith1, L. Unterberg1, H. Fischer1 1Universitätsklinikum RWTH Aachen, Zahnärztliche Werkstoffkunde und Biomaterialforschung, Aachen, Deutschland

Die Größe der Nachgiebigkeit des Zahnhalteapparates

hat wesentlichen Einfluss auf die beim Kauen im Zahn

auftretenden mechanischen Beanspruchungen. Für die

Modellbildung bei computergestützten Simulationen zur

Berechnung der Höhe und der Verteilung der

Vorträge

73

Spannungen bei zahngetragenen Dentalrestaurationen

ist die Berücksichtigung der Zahnbeweglichkeit daher

zwingend erforderlich. Der physiologische

Zahnhalteapparat besteht aus einer dünnen Schicht von

Kollagenfasern, dem sogenannten Periodontalen

Ligament (PDL), welches signifikant nachgiebiger ist als

das Dentin der Zahnwurzel und der alveolare Knochen.

Dies stellt eine besondere Herausforderung für eine

geeignete Abbildung des PDLs im Computermodell dar.

In der vorgestellten Studie wurde die Geometrie eines

Prämolaren in verschiedenen Detaillierungsgraden

numerisch modelliert und unter physiologischen

Kaubelastungen simuliert (Abb. 1). Zunächst wurde eine

stark vereinfachende Modellierung erstellt, welche die

Nachgiebigkeit des gesamten Zahnhalteapparates durch

ein einziges 3D-Feder-Ersatzsystem abbildet. Zur

Berechnung der Lage des Widerstandszentums und der

Beträge der Federsteifigkeiten wurde ein Algorithmus

implementiert, der die individuelle Wurzelgeometrie

berücksichtigt. Außerdem wurde eine Modellierung mit

einer Vielzahl von Einzelfedern an den Eckpunkten einer

Finite-Elemente-Vernetzung des Zahns erstellt.

Schließlich wurde als dritte Variante eine detaillierte

Vernetzung des gesamten PDLs mit Volumenelementen

vorgenommen. Bei allen drei Modellvarianten konnte die

Dicke des Ligamentes variabel über die Höhe der

Zahnwurzel eingestellt und damit gut die In-Vivo-

Situation mit einer sanduhrförmigen Dickenverteilung

simuliert werden.

Es konnte gezeigt werden, dass bei okklusalen

Kaukräften eine sehr gute Übereinstimmung zwischen

den einzelnen Modellvarianten erreicht wurde. Erst bei

lateralen Belastungen zeigten sich hinsichtlich der

auftretenden Spannungen Unterschiede zwischen den

Modellen.

Es kann geschlussfolgert werden, dass vereinfachende

Modellierungen des Zahnhalteapparates für okklusalen

Schlussbiss verifizierbare Resultate liefern, jedoch für

laterale Belastungen, z. B. beim komplexen

Mahlvorgang, eine detaillierte Modellierung des PDLs

notwendig ist.

Anhang 1

V 90 Towards a phantom for dental surgery M. Shehadeh1, A. Modabber1, E. Goloborodko1, F. Hölzle 1, M. Stoffel1, B. Markert1 1RWTH Aachen , Aachen, Deutschland

The world of dentistry is an evolving area within the field

of biomechanics. In modern procedures, teeth are being

successfully replaced by metals, ceramics, and other

materials. Nowadays, phantom models are designed to

replicate the environment and preset conditions of a

specific surgery, so it may be practiced on beforehand.

Unfortunately, phantom models accounting for both

properties and geometry are still missing for oral and

maxillofacial surgeries; and so the first time such a

procedure is applied by assistant physicians is on a real

patient. The aim of this research is developing a phantom

model. The model has to contain different parts for the

different materials. In order to achieve this aim, it is

crucial to perform a literature review that covers the

geometry as well as the mechanical properties of teeth, a

research study gathering possible replacement materials

having the same behaviors, and conduct experiments to

compare the results.

This contribution is the first step carrying a detailed study

that summarizes the different methodologies in

determining the mechanical properties of teeth and their

respective outcomes. The most abundant materials

within teeth which play the largest role are the enamel

and dentin. Researchers have identified these

mechanical properties via approaches.

The most common approach nowadays to determine the

properties is by running finite element stress analysis on

a computer program and performing experiments, similar

to what Farah et al. [1]. Moreover, a typical method is

compression which Stanford et. al [2] among many

others used. Furthermore, a modern way of testing is the

nano indentation method which takes the teeth

Vorträge

74

composition into consideration such that as of Craig et al.

[3] which arrived to similar results.

This work will be considered the basis of information and

literature, facilitating the avenue to build the desired

phantom model for phantom surgery.

[1] THRESHER, R.W. and SAITO, G.E. The Stress

Analysis of Human Teeth, J Biomech 6:443-449, 1973.

[2] STANFORD, J. W., PAFFENBARGER, G. C.,

KuMPULA, J. W., and SWEENEY, W. T. Determination

of Some Compressive Properties of Human Enamel and

Dentin, J.A.D.A., 57:487, 1958.

[3] R. G. CRAIG, F. A. PEYTON, and D. W. JOHNSON.

Compressive Properties of Enamel, Dental Cements, and

Gold. University of Michigan, School of Dentistry, Ann

Arbor, Michigan, 1961.

V 91 Determination of the frictional component of orthodontic forces measured in-vitro in a three-bracket-model R. Jäger1, F. Schmidt1, K. Naziris1, B. Lapatki1 1Universität Ulm, Kieferorthopädie, Ulm, Deutschland

Introduction:

Clinical monitoring of applied forces and moments for

orthodonic tooth movement is considerably limited.

Therefore, orthodontists have mainly to rely on

quantitative estimates obtained using in-vitro

measurements e.g. in a three-bracket-model. Such in-

vitro testing is confronted with friction at the bracket-wire

interfaces which may limit the reproducibility of the tests,

and the validity of the results in clinical respects.

Materials and Methods:

Our in-vitro setup consists of three brackets (widths: 3.5

mm) with an inter-bracket distance (center-to-center) of

8.0 mm. Each bracket fixation pin is equipped with a

commercial 3D force-moment sensor. Linear and

rotational drives allow for simulating therapeutically

applied force-moment systems for any kind of

malpositions of the central bracket (and tooth

respectively). Experiments included the leveling of a

supra- or infrapositioned tooth using a straight wire

inserted in the brackets. Stainless steel (SS), titanium

molybden (TMA) and superelastic (SE) wires with either

round, squared and rectangular cross-sections were

examined. Measured force-moment values were

separated in elastic and frictional components using an

analytical approach based on the force-moment data

from all three brackets. An FE-model with according

geometry was used to simulate these experiments

numerically, and to validate the analytical approach for

determining the friction component of the measured data.

Results:

For SS wires, the effect of friction on relevant force

values was negligible. However, especially for SE wires

and larger deflections of the central bracket friction was

of quantitative significance. Forces and moments

determined by the FE model for SS wires showed fairly

good agreement with corresponding experimental data.

Modeling of SE wires, however, proved to be more

challenging and resulted in larger errors.

Discussion:

The proposed analytical approach seems capable of

eliminating the frictional component from measured

force-moment data. Therefore, this approach may

contribute to estimate orthodontic force-moment systems

with higher accuracy.

Session 15 – Klinische Studien

V 92

Biomechanische Evaluierung einer neuentwickelten

flexiblen HKB-Orthese

C. Heinrichs1, R. Attal1, R. Mayr1, A. Keiler1, P. Schöttle2,

W. Schmölz1 1Medizinische Universität Innsbruck, Universitätsklinik für

Unfallchirurgie, Innsbruck, Oesterreich 2Isar Kliniken, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie,

München, Deutschland

Fragestellung

Nach einer Verletzung des hinteren Kreuzbandes (HKB)

wird derzeit in der frühen konservativen- und

postoperativen Behandlung eine Streckschiene gefolgt

von einer zweiten flexiblen Orthese verwendet. Um eine

posteriore tibiale Translation (PTT) zu verhindern wurde

eine flexible Orthese (M4PCL Knieorthese, medi GmbH,

Bayreuth, Deutschland) entwickelt, welche eine

einstellbare nach anterior gerichtete Kraft auf den

Unterschenkel ermöglicht. Ziel dieser Studie war die

biomechanische Evaluierung der flexiblen HKB-Orthese

in Hinblick auf die PTT nach einer HKB Ruptur und HKB

Rekonstruktion.

Methoden

Sieben humane untere Extremitäten wurden für die in-

vitro Untersuchung verwendet. Mit einem Haltegerät

(Telos, Metax GmbH, Hungen-Obbornhofen,

Deutschland) wurde eine nach posterior gerichtete Kraft

Vorträge

75

(150N) auf die Tibia aufgebracht. Anschließend wurden

gehaltene Röntgenaufnahmen in 90° Flexion gemacht.

Die PTT wurde in fünf Zuständen pro Präparat

gemessen: im nativen Knie, nach arthroskopischer

Durchtrennung des HKB mit und ohne angelegter

Orthese sowie nach arthroskopischer Rekonstruktion des

HKB mit und ohne angelegter Orthese.

Nach Anlegen der Orthese wurde eine definierte nach

anterior gerichtete Kraft von 50N aufgebracht. Zur

Überprüfung der nach anterior gerichteten Kraft wurde

ein Drucksensor (Modell 5101, Tekscan, South Boston,

MA, USA) zwischen Unterschenkel und posterioren

Druckpolster der Orthese positioniert.

Ergebnisse

Im Vergleich zum nativen Knie hat sich die PTT nach

Durchtrennung des HKB um 8,4mm ± 2,0mm erhöht. Mit

angelegter Orthese und nach anterior gerichteter Kraft

(50N) konnte die PTT signifikant (p=0,032) reduziert

werden, jedoch wurden physiologische PTT Werte nicht

erreicht. Im Vergleich zum rekonstruierten Zustand ohne

Orthese konnte mit angelegter Orthese die PTT auf -

1,2mm ± 3,8mm signifikant (p=0,004) reduziert werden.

Schlussfolgerungen

Nach einer HKB Ruptur und HKB Rekonstruktion konnte

die PTT mit der neuentwickelten flexiblen Orthese

reduziert werden. Bei der Verwendung der neuen

Orthese wird im Vergleich zur konventionellen

postoperativen Behandlung nur eine Orthese benötigt,

die Kniestabilität wird während der Einheilphase des

Transplantates gewährleistet und somit eine frühere

Beweglichkeit ermöglicht.

V 93 Muskelaktivität nach Latissimus-dorsi-Sehnentransfer bei Patienten mit posterosuperioren Rotatorenmanschettendefekt. S. van Drongelen1, S. Erhard1, M. Maier1 1Universitätsklinikum Heidelberg, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Heidelberg, Deutschland

Einleitung

Ein Muskel-Sehentransfer des M. Latissimus kann

Alltagsfunktionen bei Patienten mit

Rotatorenmanschettendefekt verbessern. Der

Latissimus-dorsi-Transfer soll die aktive Außenrotation

und Zentrierung des Humeruskopfes verbessern [1].

Das Ziel dieses Projektes ist, die Aktivität des Latissimus

dorsi nach Sehnentransfer während einer

standardisierten Rotationsbewegung darzustellen.

Weiterhin soll die Veränderung der Aktivitätsmuster

anderer Schultergürtelmuskeln nach diesem Transfer

analysiert werden.


13 Personen (57 ± 5 J, 87 ± 16 kg, 1.75 ± 0.12 m, 11

Männer / 2 Frauen, 4 ± 2 Jahre nach Operation) mit

Latissimus-dorsi-Transfer (12 rechte, eine linke Schulter)

nahmen an dieser Studie teil.

Eine 3D kinematische Analyse mit 12 Kameras (Vicon)

wurde durchgeführt. Die Aktivität sowohl des M.

Latissimus dorsi als auch 11 weiterer

Schultergürtelmuskelanteile wurden mit einem

Oberflächen-EMG zeitgleich (Delsys) gemessen.

Für 5 spezifische standardisierte Bewegungen und 7

Alltagsbewegungen wurden Daten erhoben, ausgeführt

mit der gesunden und der operierten Seite. Für dieses

Abstract wurden nur die linearen Hüllkurven der

Hochrotation berücksichtigt.

Ergebnis

Aufgrund von Pathologien an der gesunden Seite

konnten nur von 8 Personen bilaterale Daten erhoben

werden.

Der Latissimus dorsi zeigte sowohl mehr als auch gleich

viel oder weniger Aktivität bei Außenrotation auf der

operierten Seite. Des Weiteren zeigten der Infaspinatus

und Teres major bei fast alle Personen Aktivität während

der Außenrotation. Während der Innenrotation war nur

der Pectoralis major aktiv.

Diskussion und Fazit

Aufgrund der gemessenen Latissimus dorsi Aktivität

wurde nicht nur ein Tenodese-Effekt erzielt. Wegen der

hohen Ko-Kontraktionen während der

Standardbewegungen war es schwierig zu

unterscheiden, ob der Latissimus in seiner neuen

(Außenrotation) oder seiner alten Funktion

(Innenrotation) aktiv war. Aktivitätsmuster während der

Alltagsbewegungen und Vergleiche mit gesunden

Personen sollten die Latissimus dorsi Aktivität besser

erklären. Wichtige Zusatzinformationen sollten

präoperativ mit MRT und intraoperativ dokumentiert

werden: Beschaffenheit der Rotatorenmanschette und

genauer Ort des neuen Sehnenansatzes.

[1] Gerber et al, Clin Orthop Relat Res, 1988.

Vorträge

76

V 94 Objektive Quantifizierung der Morgensteifigkeit als Parameter für rheumatoide Arthritis im Metacarpophalangealgelenk H. Boeth1, G. Duda1, D. Hinzmann1, W. R. Taylor2, R. Ehrig3, T. Witaschek4, F. Buttgereit5 1Charité - Universitätsmedizin, Julius Wolff Institut, Berlin, Deutschland 2ETH Zürich, Institut für Biomechanik, Zürich, Schweiz 3Zuse Institut Berlin, Numerische Mathematik, Berlin, Deutschland 4ToWiCon, Bad Wildungen, Deutschland 5Charité - Universitätsmedizin, Rheumatologie und Klinische Immunologie, Berlin, Deutschland

Fragestellung:

Rheumatoide Arthritis (RA) führt als entzündlich-

rheumatische Erkrankung zu Schmerz, Steifigkeit und

Funktionsminderung der Gelenke, wobei die Bewertung

des betroffenen Gelenks auf das subjektive Empfinden

der Patienten zurückzuführen ist1. Die objektive

Quantifizierung von Gelenksteifigkeit zur Klassifizierung

der Krankheit ermöglicht bei klinischer Anwendung eine

sensible Anpassung der Medikation und kann bei der

Beurteilung von Therapieauswirkungen unterstützen.

Methoden:

Bei neun weiblichen postmenopausalen RA Patienten,

die von einer Morgensteifigkeit im

Metacarpophalangealgelenk (MCP) von mindestens

einer Stunde betroffen sind, wurde am Abend und am

Morgen der passive Widerstand des betroffenen MCP

Gelenks gegen ein extern angebrachtes Drehmoment

gemessen, wobei der ins Gerät eingespannte Finger von

einer maximal gestreckten Position (als 0° bezeichnet)

zu einer gebeugten Position von 60° bewegt wird. Eine

einfache ANOVA wurde angewandt, um Unterschiede in

der ermittelten Steifigkeit und verbrauchten Energie

zwischen den beiden Messzeitpunkten zu prüfen.

Ergebnisse:

Die Steifigkeit des MCP Gelenks zeigt hohe absolute

Werte bei den extremen Positionen 0° und 60° (Anhang

1, links). Tendenziell werden erhöhte Steifigkeiten am

Morgen (rote Linie) im Vergleich zum Abend (blaue Linie)

detektiert, mit einem signifikanten Anstieg bei 40° Flexion

(p < 0.05). Ähnliche Ergebnisse gelten für die Messungen

der verbrauchten Engergie (Anhang 1, rechts) mit einer

signifikanten Zunahme am Morgen bei einem

Flexionswinkel von 50° (p < 0.05).

Schlussfolgerung:

Die Ergebnisse der Morgensteifigkeit und verbrauchter

Energie zeigen trotz geringer Anzahl der Patienten und

hoher individueller Abweichungen, dass das Messgerät

geeignet ist, zwischen absoluten Werten am Abend und

am Morgen zu differenzieren. Diese biomechanische

Auswertung bietet eine objektive Möglichkeit, RA zu

beurteilen und den Einfluss von Medikation auf MCP

Gelenkfunktion bei Patienten zu quantifizieren.

Referenzen: 1Da Silva, JAP et al.: Impact of impaired morning function

on the lives and well-being of patients with rheumatoid

arthritis. Scand J Rheumatol. Vol. 125 (2011), pp. 6-11.

Anhang 1:

Mittelwerte und Standardfehler von Steifigkeit (links) und

verbrauchter Energie (rechts) bei einer Flexion von 0°,

10°, 20°, 30°, 40°, 50° und 60° bei Messungen am

Abend (blau) und am Morgen (rot).

Anhang 1

V 95 Pilotstudie: Normalisierung der frontalen Gelenksmomente durch wachstumslenkende Eingriffe an der Beinachse bei Jugendlichen A. Kranzl1, S. Farr2, D. North1, B. Attwenger1, R. Ganger2 1Orthopädisches Spital Speising, Labor für Gang- und Bewegungsanalyse, Wien, Oesterreich 2Orthopädisches Spital Speising, Abteilung für Kinderorthopädie und Fußchirurgie, Wien, Oesterreich

Einleitung

In der kinderorthopädischen Praxis sind Patienten mit

einer X-Bein-Fehlstellung häufig anzutreffen. Eine

einfache, effektive Methode zur Korrektur stellt die

Hemiepiphysiodese mittels „8-plate“ dar. In einer Studie

von Farr et al. (1) konnte gezeigt werden, dass

präoperativ bei einer vorhandenen Fehlstellung das

interne Varusmoment nicht immer reduziert sein muss.

Dies kann u.a. durch eine veränderte Stellung im Bereich

der Ober- und Unterschenkelrotation bedingt sein. Ziel

der Studie war es, nachzuweisen, ob sich das interne

Varusmoment postoperativ normalisiert und sich die

eventuell vorhandenen Kompensationsmechanismen

zurückgebildet haben.

Vorträge

77

Methode.

Bei zwölf Patienten (bds. Hemiepiphysiodese) wurden

vor der Einbringung der 8-plate als auch am

Therapieende bei der Entnahme der 8-plate eine

dreidimensionale Ganganalyse sowie ein

Ganzbeinröntgen zur Bestimmung der Beinachse

durchgeführt. Zielparameter für die statistische

Auswertung waren einerseits die mechanische

Beinachse sowie der frontale Kniewinkel, das interne

Varus/valgus-Moment, die Oberschenkelrotation sowie

die Unterschenkelrotation.

Ergebnisse

Die radiologischen Ergebnisse zeigten in allen Fällen

eine Normalisierung der mechanischen Beinachse. Bei

den ganganalytischen Ergebnissen zeigte sich eine

statistisch signifikante Reduktion des zuvor bestandenen

Valguswinkels. Auch bei den Kniemomenten zeigte sich

die Veränderung durch entsprechende

Normalisierungtendenz des internen Varusmomentes

nach Korrektur der Beinachse durch die 8-plate. Der

Fußöffnungswinkel reduzierte sich signifikant und lag

weiterhin im Normbereich. Die Ober- und

Unterschenkelrotation blieb unverändert.

Diskussion

Radiologisch zeigte sich nach Ende der

wachstumslenkenden Therapiemaßnahme eine

definitionsgemäß normalisierte mechanische Beinachse.

Die entsprechende postoperative Ganganalyse bestätigte

die signifikante Verbesserung der

Kniebelastungsmomente, und somit den klinisch

wertvollen Effekt dieser Maßnahme zur Prävention einer

späteren Arthrose.

Literatur:

1.Farr S, Kranzl A, Pablik E, Kaipel M, Ganger R.

Functional and radiographic consideration of lower limb

malalignment in children and adolescents with idiopathic

genu valgum. J Orthop Res. 2014;32(10):1362-70.

V 96 Der Effekt einer orthetischen Versorgung auf das resultierende Extensionmoment des Kniegelenks bei patellofemoralem Schmerzsyndrom K. Heinrich1, G.-P. Brüggemann1 1Deutsche Sporthochschule, Institut für Biomechanik und Orthopädie, Köln, Deutschland

Eine Ursache des patellofemoralen Schmerzsyndroms

(PFSS) ist eine Fehlführung der Patella, welche oft mit

einer orthetischen Versorgung (OV) behandelt wird. Der

Einfluss einer OV auf Patellaführung und

Schmerzlinderung wurde von einigen Studien belegt

[1,2]. Eine Analyse des Effektes der OV bei hohen

Extensionsmomenten (EM) am Knie konnte in der

Literatur nicht gefunden werden. Ziel dieser Studie war

die Analyse des biomechanischen Effektes einer OV auf

das Kniegelenk (KG) bei Probanden mit PFSS.

An 16 Probanden (24,2 ± 3,8 J.) mit PFSS und instabiler

Patella wurde eine randomisierte Studie mit OV und ohne

OV (NN) durchgeführt. Als OV wurde die Patella Pro

Orthese (Otto Bock) gewählt, nachdem eine in vitro

Studie zeigen konnte, dass sie die Patella medialisiert

[3]. Die Probanden führten an einem Dynamometer

(Biodex) mit dem betroffenen Bein 5 isokinematische

(90°/s) einbeinige Knieextensionen (45-0°) mit maximaler

willkürlicher Kontraktion der Knieextensoren durch.

Weiterhin wurden 15 Counter Movement Sprünge (CJ)

mit maximaler Sprunghöhe untersucht. Vicon Nexus und

Kraftmessplatten (Kistler) dienten zur 3D Erfassung der

Bewegung und der Bodenreaktionskraft. Bei den CJ

wurde das EM mithilfe von Alaska dynamicus (insys)

während der Knieextension berechnet. Am Dynamometer

wurde das EM aufgezeichnet. Nach beiden Tests wurde

das subjektive Schmerzempfinden der Probanden mit

einer visuellen Analogskala (VAS) abgefragt.

Die VAS Werte zeigten bei den CJ mit OV ein signifikant

reduziertes Schmerzempfinden (Abb. 1). Am

Dynamometer konnte bei einer Knieextension zwischen

40-25° (Abb. 2) und bei den CJ bei 60° und 55°

signifikant erhöhte EM mit OV ermittelt werden.

Abb. 1: *Signifikant reduziertes Schmerzempfinden mit

OV bei CJ

Abb. 2: *Signifikant erhöhtes EM bei Knieextension

(90°/s) mit OV

Der Vergleich der vorliegenden Ergebnisse mit der

Literatur lassen den Schluss zu, dass eine OV zu einer

Linderung des PFSS beitragen kann. Die Reduktion des

PFSS kann die Erzeugung von höheren EM während der

Knieextension ermöglichen. Dadurch ist der Patient in

der Lage die Knieextensoren stärker zu trainieren und

sportliche Bewegungen auszuüben.

[1] Lun et al., Clin J Sport Med, 15: 235-240, 2005

[2] Warden et al., Arthritis and Rheumatism, 59: 73-83,

2008

[3] Heinrich et al., PFPS: 2nd International Research

Retreat, 2011

Vorträge

78

Anhang 1

Anhang 2

Postersessions

79

Postersession 1 – Biomaterialien

P 1 Bone Cement Augmentation in Trabecular Bone N. Ivanovic1, W. Recheis2, R. Gabl3, J. Seibl3, R. Lackner4, R. Pilgram5, V. Kuhn1 1Medical University Innsbruck, Trauma surgery, Innsbruck, Oesterreich 2Medical University Innsbruck, Radiology, Innsbruck, Oesterreich 3University of Innsbruck, Unit of Hydraulic Engineering, Department of Infrastructure, Innsbruck, Oesterreich 4University of Innsbruck, Unit of Material Technology, Innsbruck, Oesterreich 5University of Montreal, Montreal, Deutschland

Introduction

Due to the osteoporosis or some injury, strength and

stability of a bone are disturbed. This condition requires

special measures to be taken, which in most of the cases

mean cementing a bone and applying some mechanism

in the way of implants. Making a bone implant-friendly

demands a solid volume to be used for screws. Most

often, technique of bone cementing is used for total

hip/knee replacement (THR, TKR) and in the spinal

column (vertebroplasty, kyphoplasty). But the problem is

the inability to predict cement flow for greater volumes.

When it is used in larger extent, path of his penetration

could be unpredictable and this can create leakage or

miss-filament. In this research, we are trying to find a

digital model of porous structures as similar as the one in

trabecular bone. This digital model could help us to

understand the paths of cement flow.

Methods

First step is to perform a computed-tomography scan of

porous bone with micro-computed tomography (μCT)

scanner. Further on, region of interest is chosen and data

from μCT scanner is processed to STL

(STereoLithography) file type with visualization software

which could later be printed on a 3-D printer, but also

used for computation fluid dynamics (CFD) analysis.

Results

Current progress reveled that creating a trabecular

structure with 3-D printing methods is possible but it

demands a powerful printer which could recreate thin

structures with a precision of few micrometers. Creating

these structures is a challenging task, but removing the

supporting material from a print is even more. Supporting

material serves as a support to main structures and

removing of it without damaging fine structures is a

difficult operation.

Further steps

CFD analysis with computer software will be the next

step and also at the same time practical fluid dynamic

experiments. First, simplified mesh structures will be

used for easier and faster analysis, and later, structures

more similar to trabecular bone will undergo practical and

computational experiments in order to get answers to

investigated issues.

P 2 Plattenaugmentation in der Versorgung osteoporotischer distaler Femurfrakturen - biomechanische Untersuchungen. D. Wähnert1,2, L. Hofmann-Fliri2, M. Windolf2, B. Gueorguiev2, M. J. Raschke1 1Universitätsklinik Münster, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Deutschland 2AO Forschungsinstitut , Davos, Schweiz

Fragestellung:

Die distale Femurfraktur zählt zu den unterschätzten und

komplikationsträchtigen osteoporotischen Frakturen. Wir

untersuchen das biomechanische Potential der additiven

Zementaugmentation einer winkelstabilen

Plattenosteosynthese für die Versorgung dieser

Frakturen.

Methode:

Eine winkelstabile Platte (Locking Compression Plate,

Synthes) wurde in Kombination mit einem AO 33 A3

Frakturmodell verwendet. In der augmentierten Gruppe

wurde 1ml Knochenzement pro Schraube injiziert. Es

erfolgte die biomechanische Testung mit sinusoidaler

axialer Belastung bis zum Versagen. In den ersten zwei

Studien wurde das Potential der Augmentation bzw. der

Einfluss der Knochenqualität auf die Augmentation am

Knochenmodelle (osteoporotisch und nicht-

osteoporotisch) untersucht. Die dritten Studie nutzte 8

Paar osteoporotische humane Femora und modifizierte

perforierte und kanülierte Schrauben, um die

Augmentation nach der Instrumentierung vornehmen zu

können.

Ergebnisse:

Die ersten zwei Studien zeigen, dass die Augmentation

die axiale Steifigkeit signifikant erhöhen kann. Des

Weiteren konnte das Cut-out nach 45000 Zyklen

signifikant in der osteoporotischen Gruppe signifikant

reduziert werden. Am nicht-osteoporotischen Modell

konnte durch die Augmentation kein Einfluss auf das Cut-

out gezeigt werden (Abb. 1). In der dritten Studie am

humanen Knochen zeigte sich für Knochendichte und

Postersessions

80

axiale Steifigkeit keinen signifikanten Unterschied in den

Gruppen. Dagegen war die Anzahl der Zyklen bis zum

Versagen mit Augmentation signifikant höher (Abb. 2).

Ferner kam es zu einem Wechsel des Versagensmusters

vom Cut-out (nicht-augmentiert) zum Implantatbruch

(augmentiert).

Schlussfolgerung:

Es konnte gezeigt werden, dass die

Implantataugmentation das Potential hat die

Verankerung des Implantats und damit die Stabilität der

Osteosynthese zu erhöhen. Das Verfahren ist nur für den

osteoporotischen Knochen von Nutzen.

Abbildung 1: Cut-out nach 45.000 Zyklen im

Knochenmodell.

Abbildung 2: Zyklen bis zum Versagen im humanen

Knochenmodell.

Anhang 1

Anhang 2

P 3 Der Effekt von Phosphonsäure-Primern auf die Haftung von Knochenzement auf Implantatmetallen E. Jakubowitz1, L. Liehn2, T. Niem3, B. Wöstmann3, M. Rickert4, B. Welke1, A. Jahnke2 1Orthopädische Klinik der Medizinischen Hochschule

Hannover, Labor für Biomechanik und Biomaterialien, Hannover, Deutschland 2Orthopädische Klinik der Justus-Liebig-Universität, Labor für Biomechanik, Gießen, Deutschland 3Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik der JLU, Gießen, Deutschland 4Orthopädische Klinik der Justus-Liebig-Universität, Gießen, Deutschland

Fragestellung:

Die unzureichende Verbundfestigkeit zwischen Zement

und Implantat begünstigt das noch ungelöste Problem

der aseptischen Lockerung. In der vorliegenden Studie

wurde geprüft, ob eine langfristige Haftungssteigerung

des Zements auf Implantatmetallen mit

physikochemischer Oberflächenmodifikation erzielt

werden kann. Dazu wurden 2 Phosphonsäure-Primer

ausgewählt, welche als Mikrolayer einen organischen

Verbund mit den Oxiden an der Metalloberfläche

eingehen können.

Methoden:

Zwei Implantatlegierungen (Co28Cr6Mo, Ti6Al7Nb )

wurden untersucht. Zum Vergleich zementierter und

zementfreier Oberflächenrauigkeiten wurden je 8

Substrate poliert (Ra=0,11) und korundgestrahlt

(Ra=5,10). Anschließend wurden sie mit den Primern

behandelt. Als Referenz dienten unbehandelte Substrate.

Auf jedes Substrat wurde ein standardisierter Zylinder

aus Knochenzement aufpolymerisiert. Die

Verbundfestigkeit wurde nach Auslagerungen von 24h,

5d, 14d und 150d in 0,9%iger NaCl-Lösung bei 37,5°C

mittels Scherversuch bestimmt. Das Bruchbild wurde

mikroskopisch untersucht.

Ergebnisse:

Legierungsunabhängig betrug die mittlere

Verbundfestigkeit an den unbehandelten Metallen 0,1 ±

0,2 MPa (poliert) und 8,8 ± 3,8 MPa (gestrahlt).

Signifikant höhere Werte wurden mit beiden Primern

erreicht (poliert 7,5 ± 4,8 MPa; gestrahlt 18,5 ± 3,2 MPa).

Die Kombination aus Legierung, Rauigkeit und Primer

beeinflusste dabei die Verbundfestigkeit (p < 0,01). So

nimmt die durch die Primer erreichte Scherfestigkeit von

21,9 ± 3,4 MPa auf gestrahltem TiAlNb nach 150d mit

13,7 ± 2,1 MPa wieder signifikant ab. Die

Haftungssteigerung um 6,1 MPa nach 14 d (p < 0,01) auf

dem polierten CoCrMo sank nach 150d wieder um 12,9

MPa (p < 0,01). Es gab keine Korrelation zwischen

Bruchbild und Verbundfestigkeit.

Schlussfolgerungen:

Im Vergleich zur unbehandelten Legierung (klinischer

Standard) konnte mittels Primern eine bis zu 22fach

Postersessions

81

verbesserte Haftung erzielt werden. Das polierte CoCrMo

zeigte dabei nach 14d eine deutliche Haftungssteigerung,

mit der die Prothesen-Standzeit verlängert werden

könnte. Wegen der Zement-Hydrolyse bleibt dieser

Vorteil jedoch nur kurzfristig bestehen. Derzeit wird

untersucht, ob diese Degradation insoweit

hinausgezögert werden kann, dass die deutlich

verbesserte Zementhaftung längerfristig erhalten bleibt.

P 4 Einfluss verschiedener Oberflächenbeschichtungen auf das Setzverhalten und die Primärstabilität zementfreier Hüftendoprothesenstiele R. Dammer1, C. Zietz1, A. Fritsche2, R. Bader1 1Universitätsmedizin Rostock, Orthopädische Klinik und Poliklinik, Forschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie, Rostock, Deutschland 2DERU GmbH, Entwicklung Primärhüftendoprothetik, Norderstedt, Deutschland

Eine Alternative zu zementierten

Hüftendoprothesenstielen stellen durch Press-fit-

Verankerung eingebrachte Stiele dar.

Oberflächenbeschichtungen zur Optimierung von

Primärstabilität und knöchernem Einwachsverhalten

werden hierbei kontrovers diskutiert ([i],[ii]). Ziel der

vorliegenden Studie ist die Untersuchung des Einflusses

von Oberflächenbeschichtungen zementfreier Hüftstiele

hinsichtlich Setzverhalten und Primärstabilität.

Dazu wurden konische Probekörper (je n=5) aus TiAl6V4

mit verschiedenen Oberflächenkonfigurationen (rau-

unbeschichtet, mit Calcium-Phosphat- (CaP), Titan-

Calcium-Phosphat- (TiCaP), Titan-Plasma-Spray- (TPS)

und Calcium-Phosphat-Doppelschichtkomposit- (CaP-

DSK) Beschichtung) in vorgefräste Kunstknochenkörper

axial eingepresst. Die Untersuchung des Setzverhaltens

erfolgte auf vier Lastniveaus nach einem Modell von

Race et al.[iii]. Zur Bestimmung der Primärstabilität

wurden die Probekörper axial aus dem Knochenlager

gezogen.

Abbildung 1 und 2 zeigen das Setzverhalten der

Probekörper sowie deren Auszugskräfte. Nach dem

Auszug waren weder Beschädigungen noch Abplatzer an

den Beschichtungen sichtbar. Jedoch waren

Oberflächenbestandteile (Partikel) der TiCaP- und TPS-

beschichteten Probekörper im Knochenlager

nachweisbar. Dieses wies in beiden Gruppen sichtbare

Kratzer in Auszugsrichtung auf.

Raspeleffekte im Knochenlager der rauen TPS-

beschichteten Proben und eine Schmierwirkung

abgelöster TPS- und TiCaP-Partikel scheinen ein

verstärktes Setzverhalten zu bedingen. Die CaP- und

CaP-DSK-beschichteten Proben zeigen höhere

Auszugskräfte, jedoch waren diese geringer als bei den

unbeschichteten Probekörpern. Die Topologie der

Implantatoberfläche hat somit Einfluss auf die

Primärstabilität.

[i]Reikerås, O., Gunderson, R.B. Excellent results of HA

coating on a grit-blasted stem - 245 patients followed for

8-12 years. Acta Orthop Scand 2003; 74 (2): 140-145

[ii]Lim, S., Lee, K., Min, B., et al. High incidence of stem

loosening in association with periprosthetic femur

fractures in previously well-fixed cementless grit-blasted

tapered-wedge stems. Int Orthop. 2014

[iii]Race, A., Heffernan, C.D., Sharkey, P.F. Race-The

Addition of a Hydroxyapatite Coating Changes the

Immediate Postoperative Stability of a Plasma-Sprayed

Femoral Stem. J Arthoplasty 2011 (Feb); 26: 289 - 295

Anhang 1

Anhang 2

Postersessions

82

P 6 Charakterisierung der Metallionenfreisetzung von modularen Hüftendoprothesen M. Baxmann1, A. M. Pfaff1, T. M. Grupp1,2, M. M. Morlock3 1Aesculap AG, Forschung und Entwicklung, Tuttlingen, Deutschland 2Orthopädische Klinik und Poliklinik, Ludwig-Maximilians-Universität München, München, Deutschland 3Institut für Biomechanik, Technische Universität Hamburg-Harburg, Hamburg, Deutschland

Fragestellung:

Neben den zahlreichen Vorteilen von bi-modularen

Hüftendoprothesen und guten klinischen Ergebnissen,

besteht in Verbindung mit korrosiven Veränderungen und

hohen Belastungen das Risiko einer zusätzlichen

Freisetzung von Metallionen. Ziel dieser Studie war es

das Verschleißverhalten eines modularen

Implantatsystems unter Berücksichtigung der

physiologischen Umgebungsbedingungen zu

charakterisieren.

Methoden:

Um die Anfälligkeit der modularen Schnittstellen einer

Hüftendoprothese gegenüber korrosiven Effekten zu

bewerten, wurde die Monoblock-Variante eines

Kurzschaftsystems (Ti6Al4V) der modularen Ausführung

des Prothesenschafts mit CoCr-Halsadapter

gegenübergestellt. Die Prothesenschäfte wurden gemäß

ISO 7206-6 (10° Adduktion, 9° Flexion) eingebettet und

mit Keramik- oder Metall-Hüftkopf gepaart. Mithilfe einer

dynamischen Prüfmaschine erfolgte nach einem axialen

Fügeschritt eine sinusförmige Druckschwellbelastung

(Fmax = 3,8 kN, 10 Mio. Zyklen). Um den Einfluss von

verschiedenen Testmedien zu ermitteln, wurde neben

Ringer-Lösung zusätzlich FeCl3-Lösung und bovines

Serum verwendet. Die Kobalt-, Chrom- und

Titankonzentration im Prüfmedium wurde mittels ICP-

OES und ICP-MS fortlaufend nach 0, 0,5, 2 und 10 Mio.

Zyklen bestimmt.

Ergebnisse:

Die zusätzliche modulare Schnittstelle zwischen Schaft

und Halsadapter erhöht die Ionenfreisetzung der

Hüftendoprothese signifikant und ist vergleichbar mit der

Kombination von Monoblock-Prothesenschaft und

Metallkopf (Abb. 1). Die Verwendung von Keramik-

Köpfen reduziert die Co- und Cr-Freisetzung der Schaft-

Kopf Konusverbindung von modularen und nicht-

modularen Prothesenschäften. Ein Vergleich der

verschiedenen Testmedien zeigt, dass niedrige pH-Werte

und hohe FeCl3-Konzentrationen die

Metallionenfreisetzung erhöhen (Abb. 2).

Schlussfolgerungen:

Die vorliegende Studie verdeutlicht, dass standardisierte

Testmedien eine starke Vereinfachung des

physiologischen Umgebungsmilieus darstellen und

elektrochemische Prozesse nur eingeschränkt abgebildet

werden. Aufgrund dessen sollte die biomechanische

Testung die Verwendung von alternativen Prüfmedien

berücksichtigen, um die Anfälligkeit der modularen

Schnittstellen gegenüber Reib-, Spalt- und

Kontaktkorrosion zu charakterisieren.

Anhang 1

Anhang 2

P 7 Der Einfluss der Osteosyntheseaugmentation mittels Calciumphosphatzement auf die Stabilität am Implantat-Knochen-Interface - eine biomechanische Studie am pertrochantären Frakturmodell E. Langenmair1, S. Sackmann1, N. P. Südkamp1, P. Helwig1, L. Konstantinidis1 1Universitätsklinik Freiburg, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Freiburg, Deutschland

Fragestellung

Ziel der Studie ist die dynamische biomechanische

Testung eines pastösen Calciumphosphatzement (CPC)

bei der Augmentation eines intramedullären Marknagels

an einem pertrochantären Fraktumodell.

Methode

An 6 Paaren humaner Femora erfolgte die

osteosynthetische Stabilisierung eines standardisierten

Postersessions

83

pertrochantären Frakturmodells (Typ A2.3 nach AO) mit

dem Implantat Targon PFT (Aesculap). Das Implantat

wurde randomisiert in je einem Knochen der

vorliegenden Paare augmentiert. Für die Augmentation

wurden kanülierte Teleskopschrauben mit 2 seitlichen

Öffnungsschlitzen angefertigt und hierüber der

Gewindeteil zementiert (5ml/Schraube). Hiernach wurden

die Femora dynamisch axial mit einer progredienten

Belastungssteigerung getestet (servohydraulische

Prüfmaschine Amsler 10, Zwick&Roell, 0,5 - 2,1 kN

Fmax, 4 Hz). Endpunkt des Versuchs war ein cut-out

(Durchschneiden der Schrauben durch die

Femurkopfkalotte) bzw. das Abschließen der

dynamischen Prüfung ohne cut-out nach 200.000

Wechselbelastungen.

Ergebnis

Das Kollektiv der nicht augmentierten Osteosynthesen

zeigten eine höhere absolute Anzahl an cut-outs im

Vergleich zu den augmentierten Proben (4/6 vs. 1/6;

p=0,07 Likelihood Quotient). Bei Erreichen des

Endpunktes zeigte sich eine geringere durchschnittliche

Deformation der augmentierten Osteosynthesen

gegenüber den nicht augmentierten Implantaten (14,9 vs.

19,3mm), diese Differenz war nicht signifikant (p=0,36).

Exemplarisch zeigte sich nach 40.000 Wechsellasten

eine geringere durchschnittliche Deformation der

augmentierten Osteosynthesen gegenüber den nicht

augmentierten Implantaten (2,1 vs. 3,2mm; p=0,44).

Radiologisch zeigte sich nach 40.000 Wechsellasten eine

geringere Durchwanderung des Lastträgers in der

augmentierten gegenüber der nicht zementierten Gruppe

(0,8 vs. 2,7mm; p=0,29).

Schlussfolgerung

CPC ist eine mögliche Alternative zur Augmentierung von

Osteosynthesen.Die vorliegende Studie ergab tendentiell

eine Steigerung der Stabilität am Implantat-Knochen-

Interface nach CPC-Augmentation ohne Erreichen einer

statistischen Signifikanz. Weitere Untersuchungen mit

höheren Fallzahlen sowie technischer Optimierung der

kanülierten Teleskopschrauben zur verbesserten

Zementverteilung bleiben somit abzuwarten.

Postersession 2 – Sportbiomechanik

P 8 Sprintstartkinetik: Vergleichende Analyse von amputierten und nicht amputierten Sprintern S. Willwacher1, V. Herrmann1, K. Heinrich1, J. Funken1, W. Potthast1, J.-P. Goldmann1, B. Braunstein1, I. Bezodis2, G. Strutzenberger2,3, G. Irwin2, G.-P. Brüggemann1 1Institut für Biomechanik und Orthopädie, Deutsche Sporthochschule Köln, Köln, Deutschland 2School of Sport, Cardiff Metropolitan University, Cardiff, Deutschland 3IFFB Sport-und Bewegungswissenschaft, Universität Salzburg, Salzburg, Deutschland

Fragestellung

Ziel der vorliegenden Studie war die dynamometrische

Analyse des Starts amputierter (AMP) und

nichtamputierter (NA) Sprinter.

Methoden

143 NA männliche und weibliche Sprinter (100 m PB:

9,58 s - 14,00 s), sowie 3 unilateral transfemoral (UTF,

PB: 12,26 s - 12,70 s), 3 unilateral transtibial (UTT, PB:

11,70 s - 12,40 s) und 1 bilateral transtibial (PB: 12,27 s)

AMP wurden bei maximal ausgeführten Sprintstarts mit

einem dynamometrischen Startblock [1] untersucht.

Ergebnisse

Für die NA Sportler wurden signifikante Zusammenhänge

zur 100 m Bestzeit für die mittlere normalisierte

horizontale KSP Leistung während des Abdrucks

(MNHKSPL, r = -0,61, p < 0.001), das Verhältnis von

horizontalem zu resultierendem Kraftstoß (r = -0.58, p <

0.001), Abdruckzeit (r = 0,61, p < 0,001, Abb. 1),

horizontale Geschwindigkeit bei Blockverlassen (r = -

0,47, p < 0,001), Spitzenkraft im vorderen (r = -0,18, p <

0.05) und hinteren (r = -0,52, p < 0,001) Block sowie das

Verhältnis von Spitzenkraft im vorderen Block zur

Spitzenkraft im hinteren Block (r = 0,37, p < 0,001)

gefunden.

Die Abdruckparameter der AMP wurde gegen NA

Sprinter im gleichen 100 m PB - Leistungsbereich

verglichen (siehe Abb. 1, Tabelle 1). AMP Sprinter

wiesen längere Abdruckzeiten, verringerte Spitzenkräfte

im hinteren Block, einen mehr nach oben gerichteten

Abdruck, sowie eine Tendenz (p = 0,08, Abb. 1) zu einer

verringerten MNHKSPL während des Abdrucks auf.

Diese Effekte waren in der Gruppe der UTF amputierten

Sportler stärker ausgeprägt als bei den UTT amputierten

Sportlern, auch wenn hier aufgrund der geringen

Postersessions

84

Stichprobengrößen auf eine statistische Prüfung

verzichtet wurde.

Schlussfolgerungen

Die Ergebnisse der vorliegenden Studie können als

Normwerte für zukünftige Studien und in der

Leistungsdiagnostik verwendet werden. Weiterhin konnte

gezeigt werden, dass AMP Sprinter aufgrund fehlender

muskulärer Antriebe zum Verrichten pos. Arbeit eine

verringerte Start Performance im Vergleich zu ihrem 100

m Sprint Leistungspotentials aufweisen. Hieraus lässt

sich schließen, dass Sprintprothesen in der Phase

konstanter Laufgeschwindigkeit den Verlust von

Gliedmaßen aufgrund ihres federartigen Verhaltens

besser kompensieren können als in der

Beschleunigungs- und Startphase.

Literatur

[1] Willwacher et al. (2013) Procedia Engineering

Anhang 1

Anhang 2

P 9 Effects of falling with and without knee protection: an in-vitro study M. Schwarze1, B. Welke1, C. Hurschler1 1Medizinische Hochschule Hannover, Labor für Biomechanik, Hannover, Deutschland

Introduction

Falling on the knees is a hazard prevalently occurring

during various sports or in the elderly. For some sports

the usage of protective devices such as pads is

mandatory. In the elderly, special padding on the hips

can reduce the effect of an unexpected fall [1]. To our

knowledge, the mechanics of such padding was not

investigated in high-force real life scenarios to date. The

presented study illustrates the effect of wearing knee

pads compared to unprotected impact on a hard surface.

Methods

Eight human knee cadaver specimens were acquired

(mean age: 68y). The skin and subcutaneous soft tissue

were removed at the proximal and distal end leaving the

muscles, articular capsule, tendons and ligaments intact.

The tibia and femur were embedded and fixed with a

flexion angle of 90 deg in a custom made drop testing

device (75kg including the knee). A commercially

available knee pad was attached to the knee when

required. Specimens were lifted 10, 20, 30 and 40mm

from a force sensor and subsequently released to fall

along guiding rods onto a rigid, even aluminium plate.

Falling speed was continuously monitored by a

displacement transducer at 1000Hz.

Results

The usage of a knee pad lead to an average attenuation

of peak forces on impact by about 15% (Fig.1). As

contact time on the plate was higher with a knee pad, the

observed impulse was also increased. The effect

diminished with increasing falling height. Energy

dissipation, defined as the difference between kinetic

energy pre-impact and peak potential energy post-

impact, was slightly higher without a knee pad. The

difference between pad or no pad was negligible at

10mm height, while difference was 75% at 40mm falling

height.

Discussion

Despite several limitations, the results from this study

illustrate the magnitude of influence of knee pads on

peak forces, transmitted impulse and energy transfer.

Contrary to expectations, the knee pad did not act as a

mechanical damper. The mechanical behavior was more

closely to a spring that temporarily stored energy and

therefore reduced peak forces on impact. Possible

indications for development of innovative pad designs will

be the subject of further research.

Reference:

[1] Laing, A. C., et al. (2006). Effect of compliant flooring

on impact force during falls on the hip. Journal of

Orthopaedic Research, 24(7), 1405-11.

Postersessions

85

Anhang 1

P 10 Verletzungsprophylaxe im Leistungssport Auswirkungen eines kraft- versus koordinationsbetonten Athletiktrainings auf die Kniegelenkstabilität von Handballerinnen bei hochdynamischen Belastungen S. Erdrich1, B. Kuni2, S. Wolf2, H. Schmitt3, K. Roth1 1Universität Heidelberg, Institut für Sport und Sportwissenschaft, Heidelberg, Deutschland 2Universitätsklinikum Heidelberg, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Heidelberg, Deutschland 3Atos Klinik Heidelberg, Deutsches Gelenkzentrum Heidelberg, Heidelberg, Deutschland

Einleitung

Frauen verletzen sich das vordere Kreuzband - mit einem

4 bis 6-fach erhöhten Risiko - deutlich häufiger als ihre

männlichen Kollegen [1]. Biomechanische Studien

zeigen, dass sie mit weniger Kniebeugung [2] und in

verstärkter Valgusposition [3] landen. Trotz des Wissens,

dass die Kreuzbandverletzung in der Regel ein

dynamisches Ereignis ist, finden sich bisher nur wenige

Studien, in denen neuromuskuläre Kontrollparameter in

Risikosituationen (mit Überraschungseffekt) analysiert

werden, um die Effektivität verletzungsprophylaktischer

Trainingsprogramme zu überprüfen. Konkretes Ziel der

Studie ist es, die Auswirkungen eines kraft- versus

koordinationsbetonten Athletiktrainings auf die

Kniegelenkstabilität von Handballerinnen bei

hochdynamischen Belastungen zu untersuchen.

Methode‘

Im Rahmen der Studie wurde mit sieben 3. Bundesliga

Handballerinnen ein sechswöchiges spezifisches

Koordinations-/Beinachsentraining durchgeführt. Sieben

weitere 3. Bundesliga Spielerinnen derselben

Mannschaft erhielten ein zeitidentisches

Kraftaufbautraining. Die Effekte der Trainingsintervention

wurden mittels 3D Bewegungsanalyse beim beidbeinigen

Drop Jump und einem einbeinigen Sprungtest überprüft,

der es ermöglicht die ballsportspezifische

Risikosituationen abzubilden. Als Referenzgruppe

wurden sechs weibliche Sportstudentinnen getestet. Im

Focus dieser Präsentation stehen die Kniekine-matik und

-kinetik in der Sagital- und Frontalebene.

Ergebnisse

Erste Analysen lassen vermuten, dass sich mit dem

beidbeinigen Drop Jump keine signifikanten

Interventionseffekte in den oben genannten Parametern

nachweisen lassen, wohl aber mit dem einbeinigen

Sprungtest. Hier scheint das koordinativ ausgerichtete

Training zu einer geringeren Valgusposition in der

einbeinigen Landephase zu führen.

Diskussion

Sollte sich die Annahme bestätigen, dass das gezielte

koordinative Training zu einer größeren Reduktion der

biomechanischen Risikofaktoren führt als das

Krafttraining, kann mit dieser Studie ein wichtiger Beitrag

zur Verletzungsprävention im Leistungssport geleistet

werden.

Literatur

[1] Hewett et al. (2005). Am J Sports Med, 33, 492-501.

[2] Lephart et al. (2002). Clin Orthop Relat Res, 162-169.

[3] Ford et al. (2003). Med Sci Sports Exerc, 35, 1745-

1750.

Postersession 3 – Dentalbiomechanik

P 11 In-vitro-Retentionskräfte dentaler Goldkronen unter Einsatz verschiedener Zementarten S. Partowi Pasto Mahalleh 1, S. Reimann2, C. Vogel 3, L. Keilig2,1, C. Bourauel2, H. Stark1 1Universität Bonn, Abteilung für Zahnärztliche Prothetik, Propädeutik und Werkstoffwissenschaften, Bonn, Deutschland 2Universität Bonn, Oralmedizinische Technologie, Bonn, Deutschland 3Privatpraxis, Nürnberg, Deutschland

Kronen als Behandlungsmaßnahme sind erst dann

indiziert, wenn der Zahn soweit zerstört ist, dass eine

Behandlung mit Füllungen nicht mehr möglich ist.

Insbesondere im Seitenzahnbereich werden diese aus

Metall gefertigt, wobei Gold hier das haltbarste Material

Postersessions

86

ist. Nicht dicht abschließende Kronenränder können zur

Lockerung der Metallkronen führen. Ziel der vorliegenden

Arbeit war es, die Abzugskraft von Goldkronen zu testen,

die mit verschiedenen Zementarten auf humanen Zähnen

befestigt wurden.

Gemäß der klinisch üblichen Behandlungsweise wurden

20 Kronen humaner Molaren und Prämolaren präpariert.

Passend zu jedem präparierten Stumpf wurde eine

Goldkrone erstellt. Es wurden randomisiert drei Gruppen

gebildet, in denen die Kronen nach Herstellerangaben

mit den Zementen PermaCem (DMG), Hoffmann‘s

Cement normalhärtend (Hoffmann Dental Manufaktur)

und RelyX™ Unicem (3M ESPE) auf den Stümpfen

befestigt wurden. Die Abzugskräfte wurden mit einer

Materialprüfmaschine mit einer Vorlaufgeschwindigkeit

von 50 mm/min bis zu einer Kraft von 20 N und einer

Prüfgeschwindigkeit von 5 mm/min gemessen. Um die

Kräfte in Bezug auf die Retentionsfläche zu bestimmen,

wurden die Innenflächen der Goldkronen doubliert und

die entstandenen Silikonabdrücke in einem µCT

(SkyScan 1174, Bruker microCT, Belgien) mit einer

Auflösung von 6,6 µm gescannt. Die Oberfläche wurde

mit dem Programm CTAn berechnet, so dass die

Retentionskraft als Quotient der maximalen Abzugskraft

und der Retentionsfläche bestimmt werden konnte.

Im Mittel lagen die Retentionskräfte von PermaCem bei

0,67 N/mm² bei einer Standardabweichung von 0,49

N/mm², die von Hoffmann‘s Cement normalhärtend bei

0,99 (0,25) N/mm² und die von RelyX™ Unicem bei 0,30

(0,12) N/mm². Ein signifikanter Unterschied (p≤0,05)

ergab sich im paarweisen t-Test nur zwischen

Hoffmann‘s Cement normalhärtend und RelyX™ Unicem.

Die Ergebnisse für Hoffmann‘s Cement normalhärtend

bestätigen die bisher sowohl von uns als auch von

weiteren Autoren ausgesprochenen klinischen

Empfehlungen. Um diese zu bekräftigen bedarf es

weiterer Studien und Ergebnisse von Langzeit- und in-

vivo-Untersuchungen.

P 12 Combined Implant-Residual Tooth Supported Prosthesis after Tooth Hemisection: A Finite Element Analysis Y. He1,2, I. Hasan1, L. Keilig1, C. Bourauel1 1University of Bonn, Endowed Chair of Oral Technology, Bonn, Deutschland 2Luzhou Medical College, The Hospital of Stomotology, Luzhou, Deutschland

The aim of this study was to analyze the feasibility to

preserve a molar tooth after hemisection and inserting a

dental implant with different prosthetic superstructure by

means of finite element analysis.

Individual patient models for the lower right posterior jaw

segment were created from cone beam CT data. The

reconstruction of the jaw geometry was made using

Mimics 17.0 and 3-Matic 9.0. The segment included the

second premolar, the distal part of first molar, periodontal

ligament and bone. The geometries of the implant and

the abutment, constructed from the CAD/CAM data, were

imported and inserted at proper sites. The following three

models were created: (1) Hemisection model: A 3.7x9

mm implant replaced the mesial root of the molar after

hemisection, and a single crown was placed on top of the

implant and the distal part of the molar, integrating both.

(2) Single implant model: A 5.5x13 mm implant replaced

the whole molar after extracting the tooth. (3) Fixed

partial denture model: A three unit fixed partial denture

combined the distal part of the molar and the premolar. A

100 N axial force was applied to the prosthesis. The finite

element analysis was performed using MSC.Marc/Mentat

2010. Stresses and strains were calculated and

compared for the different models.

The results showed that stresses were highest with the

hemisection model: 11 MPa in the cortical bone, 60 MPa

in the implant and 40 MPa in residual molar. Strains in

the periodontal ligament were higher with the fixed partial

denture model (10,000 µɛ in the premolar) than with the

hemisection model (8,000 µɛ). Highest strains in

spongious bone were observed with the hemisection

model (1,800 µɛ), followed by the denture model (700

µɛ), and the single implant model (500 µɛ). However, the

values did not exceed the physiologic limit. Stress and

strain distributions concentrated around the implant with

the two former models. The premolar beared more and

wider stress and strain distributions in the denture model.

This study indicates that a prosthesis supported by

combined implant and residual molar after hemisection is

a feasible restoration option. However, force application

should be controlled.

P 13 Strukturelle und chemische Grenzflächenanalyse von selbstätzenden Adhäsiven auf Dentin A. Weber1, H. El Sayed2, H. Hamza2, H. Taher2, S. Reimann1, L. Keilig1,3, M. Serry4, C. Bourauel1 1Universität Bonn, Oralmedizinische Technologie, Bonn, Deutschland 2Cairo University, Kasr El Einy, Esthetic and Operative Dentistry department, Faculty of oral and dental medicine, Cairo, Deutschland 3Universität Bonn, Abteilung für Zahnärztliche Prothetik,

Postersessions

87

Propädeutik und Werkstoffwissenschaften, Bonn, Deutschland 4The American University in Cairo, Department of Mechanical Engineering, Cairo, Deutschland

Im klinischen Alltag werden selbstätzende Adhäsive

wegen ihrer einfachen Anwendung verstärkt eingesetzt.

Bislang bestanden aber Einschränkungen bezüglich der

chemischen Haftfestigkeiten. Die chemische Bindung von

Komponenten aus dem Adhäsiv ist für die

mikromechanische und chemische Bindung an den Zahn

verantwortlich, wodurch die Haftfestigkeit erhöht wird. Die

chemische Reaktion des Adhäsivs soll das Dentin des

Zahns vor einem Säureangriff schützen. Der Nachweis

einer sogenannten Säure/Base-resistenten Zone (ABR-

Zone, Acid-Base Resistant Zone) unter der

Adhäsivschicht im Zahn wurde bisher ausschließlich

rasterelektronenmikroskopisch geführt. Ziel dieser Arbeit

war es, die Grenzflächenanalyse mit einem µCT

durchzuführen.

Aus 30 Molaren wurden je 2 quer geschnittene, polierte

Zahnscheiben erstellt. Diese wurden mit dem Clearfil™

Protect Bond Adhäsiv (Kuraray Europe GmbH,

Deutschland), zu dem ein Primer gehört, vorbehandelt

und mit einem Komposit (Gradia Flo, GC Germany

GmbH, Deutschland) zusammengeklebt. Die Proben

wurden eingebettet, in Schnitten präpariert und

anschließend in demineralisierenden Lösungen (pH-Wert

4,5) gelagert. Hierdurch wurden die anorganischen

Bestandteile gelöst, die organischen Anteile werden

durch Lagerung in 5%-iger NaOCl-Lösung gelöst. Im

Bereich der Adhäsivschicht und in der Hybridschicht

darunter sollte das Dentin geschützt sein und verbleiben.

Änderungen in der Mineralisierung im Dentin wurden im

µCT sowie zur Validierung im REM ausgewertet. Die

chemische Analyse erfolgte mit einem

Röntgendiffraktometer.

Sowohl die µCT- als auch die REM-Scans zeigen die

Bildung einer ABR-Zone in der Versuchsgruppe,

während diese in der Kontrollgruppe ohne Clearfil fehlt.

Die µCT-Aufnahmen weisen apatitreiche Zonen

verschiedener Dicken in der Grenzfläche von Adhäsiv zu

Dentin nach, ebenso wie die REM-Aufnahmen. Die

Beugungsbilder des Röntgendiffraktometers bestätigen

die Bildung von stabilen Kalziumsalzen im Dentin.

In dieser Arbeit konnte mit einem µCT bestätigt werden,

dass eine Säure/Basen-resistente Zone im Dentin in der

Grenzschicht zum Adhäsiv entstanden ist. Ebenso

konnte eine entmineralisierte Schicht darunter im Dentin

bestätigt werden. Somit ist das µCT eine Methode,

verschiedene Mineraliendichten im Zahn nachzuweisen.

P 14 Untersuchung des Einflusses von nichtlinearen Belastungen auf periimplantären Kieferknochen mittels Finite Elemente Analyse A. Rand1, A. Greuling1, M. Stiesch1 1Medizinische Hochschule Hannover, Klinik für Zahnärztliche Prothetik und Biomedizinische Werkstoffkunde, Hannover, Deutschland

Die Finite Elemente Analyse (FEA) von prothetischen

Rekonstruktionen, Implantaten und periimplantären

Kieferknochen wird in der Zahnmedizin seit einigen

Jahren intensiv verfolgt. Die Belastung dieser Körper wird

grundsätzlich über eine definierte, lineare Kraft

eingeleitet. Bei dieser Krafteinleitung handelt es sich um

eine Vereinfachung der Realität, die nicht der

dynamischen Belastung beim Kauen entspricht. Ziel

dieser Arbeit ist es, zu untersuchen, ob durch nichtlineare

Belastungen Spannungen im periimplantären

Kieferknochen entstehen, die bei linearen Belastungen

nicht auftreten.

Mit Hilfe der 3D - CAD Software Rhinoceros 3D werden

ein Unterkieferknochensegment, ein Implantat und eine

Krone (6er), sowie der dazugehörigen Antagonist geplant

und modelliert. Diese virtuellen Körper werden im

Anschluss lagegenau zueinander positioniert und in die

Finite-Elemente-Software ANSYS überführt. Durch

definierte Verschiebungen des Antagonisten werden

unterschiedliche Kontaktsituationen und somit

nichtlineare Belastungen zwischen Antagonist und

prothetischer Rekonstruktion erzeugt. Es werden die

daraus resultierenden Spannungen im Knochen

berechnet und ebenfalls vergleichbare Simulationen mit

direkter Krafteinleitung durchgeführt.

Erste Simulationen zeigen, dass nichtlineare

Belastungen an prothetischen Rekonstruktionen andere

Spannungsverteilungen am periimplantären

Kieferknochen hervorrufen, als lineare Belastungen mit

direkter Krafteinleitung.

In dieser in-silico Untersuchung wird deutlich, dass die

Spannungsverteilung im Knochen stark von der

Verschiebung des Antagonisten abhängt. Der sich

ändernde Kontaktstatus zwischen Antagonist und Krone

führt zu einer zeitabhängigen Spannungsverteilung im

periimplantären Knochen, deren jeweiliges Maximum

nicht ortsgebunden ist. Die nichtlineare Analyse bietet

somit im Vergleich zur linearen Analyse detailliertere

Ergebnisse, die für die Planung von prothetischen

Versorgungen in der Zahnmedizin von Vorteil sind.

Postersessions

88

Postersession 4 – Freie Themen

P 15 Numerical simulation of urinary incontinence: urethral relocation using surgical mesh implants A. Bhattarai1, R. Frotscher1, M. T. Duong1, M. Staat1 1Institute of Bioengineering, FH Aachen, Jülich, Deutschland

Motivation

The number of complaints concerning urinary

incontinence in old females has been increased yearly

worldwide. A significant urine leakage occurs involuntarily

during sudden increase in abdominal pressure presumed

due to weak support from ligaments and fascias that can

be surgically corrected by using prosthetic meshes. The

purpose of this study is to investigate the female pelvis

focusing mainly on the urethral position and ligament

tension under abdominal pressure to validate healthy,

impaired and reconstructed clinical hypothesis via

numerical simulations.

Computational model

A 3D model is reconstructed from a 70 year old female

cadaver specimen obtained from a coroner which

comprises the pelvic organs, ligaments and fascias [1].

The hyperelastic parameters are adopted from the

literature. Finite element simulation is divided into two

phenomena: an appropriate abdominal pressure applied

on the top surface of the organs during valsalva

maneuver to descend the bladder which is counteracted

by mimicking the contraction of the pubococcygeus

muscle at the vaginal wall to observe pelvic deformations

similar to MRIs.

Results

The results show a positive correlation of increase in

abdominal pressure and impaired connective tissues with

urethral mobility and ligament tensioning. High stress and

minimum displacement of the pubourethral ligaments

(PUL) are observed in the implanted model with tissue

impairment compared to the model with impaired

ligaments and fascias but without surgical mesh, see

Figure 1. The figure include only the area of investigation,

the urethra and the associated structures, however,

simulation was performed including vagina and its

supporting ligaments. In any case of reconstruction,

surgical implants must support the mid-urethra and

reinforce the weaker PUL. However, the results varies

with different mesh orientation and mesh positioning.

Figure 1: Principal stress in urethra and fascia for 95%

impaired ligaments and fasciae with surgical mesh

implant (solid) and without surgical mesh implant

(wireframe).

References

[1] Bhattarai A, Frotscher R, Sora M. C., Staat M. A 3D

finite element model of the female pelvic floor for the

reconstruction of urinary incontinence. In: Proc. XI World

Congress on Computational Mechanics, Barcelona,

Spain, 20-25 July, pp. 923-934 (2014).

Anhang 1

P 16 Combining NIR spectroscopy and biomechanical properties with fat content of rat livers for the characterisation of liver tissue M. Lange1, T. Reuter1, S. Liebold1, P. V. Prokop1, W. Wei2, U. Dahmen2 1fzmb GmbH, Research and Development Department, Bad Langensalza, Deutschland 2Jena University Hospital, Experimental Transplantation Surgery, Department of General, Visceral & Vascular Surgery, Jena, Deutschland

Introduction

Donor organ quality is one of the key points for success

of liver transplantation. To investigate donor organ quality

we develop a fast non-destructive method using NIR

spectroscopy measuring tissue parameters (e.g.

steatosis) on rat livers [1].

In this study we investigate the correlations between

biomechanical properties, NIR reflectance spectra, and

fat content.

Methods

We analysed livers of n=10 lewis rats in this study.

Varying degrees of hepatic steatosis were induced by

feeding a special methionine-choline deficient and high-

fat diet over a period of zero (n=4), two (n=4) and three

weeks (n=2). NIR spectra were taken from two liver lobes

(Right Medial Lobe and Left Lateral Lobe) at n=7 (RML)

and n=10 (LLL) locations. Biomechanical properties were

Postersessions

89

analysed by compression of detached liver lobes.

Chemical analysis of fat content yielded one fat value per

liver lobe.

Results

We calculated the hyperelastic material model Demiray

Parameter a based on the recorded stress-strain-curves.

The correlation of Demiray Parameter a with the

analysed fat content is shown in Fig. 1 (R2=0.84;

p<0.001).The NIR spectra taken from the liver lobes (total

n=170) as well as averaged spectra are shown in Fig. 2.

Conclusion

This study shows the correlation between fat content and

stiffness of liver tissue. Since NIR reflectance is predictor

of fat content [1, 2], prediction of biomechanical

behaviour is also feasible. This opens the opportunity of

modelling tissue behaviour under mechanical stress (e.g.

indentation of a fibre probe) for the design of the

measuring system. Future experiments will combine NIR

spectroscopy and biomechanical analysis for improved

characterisation of tissue.

Fig. 1: fat content vs. Demiray Parameter a

Fig. 2: NIR spectra of the measuring points (all = grey;

averaged each rat = colour coded)

Acknowledgement

The study is funded by German Federal Ministry of

Economics (Reg. No. VF130008). Experiments obeyed

German Animal Welfare Legislation (Reg. No. 02-

045/10).

References

[1] - M.Hoffmann et al.: Quantification of Hepatic

Steatosis using NIR Spectroscopy: Results of an in vivo

Study on Rats, Biomed Tech 2014, 59 (s1)

[2] - T.Kaschowitz et al.: Optical changes in the fatty liver

- first results of a near infrared spectroscopy study in a

small animal model; J. Near Infrared Spectrosc.22, 55-

57, [2014]

Anhang 1

Anhang 2

P 17 Funktionelle Prüfung und Komfortempfinden von Ellbogenbandagen M. Sanno1, K. Engel1, G.-P. Brüggemann1 1Deutsche Sporthochschule Köln, Inst. f. Biomechanik und Orthopädie, Köln, Deutschland

Fragestellung:

Die Epicondylitis humeri lateralis ist eine schmerzhafte

Insertionstendinopathie der Hand- und Fingerextensoren

[1]. Die Prävalenz wird für die Gesamtbevölkerung mit <

4% angegeben [2]. In der konservativen Therapie werden

Ellbogenorthesen mit zusätzlichen zirkulären Gurten

eingesetzt, um durch gezielten Druck auf die Muskulatur

zu massieren und die Sehnen zu entlasten. Die Studie

untersucht den Effekt der zirkulären Gurte auf den Druck,

die Druckverteilung, die Veränderung des

Kraftangriffspunkts (COP) sowie den Tragekomfort von

unterschiedlichen Orthesen (1. Sporlastic, 2. Bort, 3.

Medi, 4. Lohmann & Rauscher, 5. Thuasne).

Methoden:

In die doppelt-verblindete, randomisierte Studie wurden

16 gesunde männliche Probanden (27 ± 5 Jahre)

eingeschlossen. Während unterschiedlicher

Handgelenkpositionen (Neutral, Extension, Flexion,

Pronation, Supination) wurden der max. Druck und der

Postersessions

90

COP zwischen den Handextensoren und der Pelotte der

Orthesen jeweils mit und ohne Gurt gemessen. Der Gurt

wurde über ein Handdynamometer (FMI-100B5, Alluris,

Freiburg) mit 10 N zugezogen. Die Druckmessung

erfolgte über eine flexible Sensormatte (Pliance-x

System, Novel, München). Der Tragekomfort wurde über

eine visuelle Analog - Skala abgefragt.

Ergebnisse:

Die max. Drücke sind der Tab. 1 zu entnehmen. Es

wurde mittels Varianzanalyse mit Messwertwiederholung

statistisch sig. Effekte der Gurte, der Bandagen sowie ein

Interaktionseffekt für alle Handpositionen gefunden (s.

Tab. 2). Ein statistisch sig. Unterschied (4, 15, F = 3,1, p

= 0,022; Sidac p = 0,031) im Tragekomfort konnte

zwischen Bandage 3 und 4 ermittelt werden. Die

Verschiebungen des COP lagen innerhalb des

Messfehlerbereiches.

Schlussfolgerungen:

Durch den Einsatz von zirkulären Gurten erfolgt eine

Veränderung der Druckverteilung, was möglicherweise

zu einem positiven Therapieeffekt führen könnte. Die

Druckunterschiede sind trotz standardisierter

Verschlusskraft auf unterschiedliche Konstruktionen bzw.

Materialien zurück zu führen. Ein Massageeffekt konnte

durch die minimale Veränderung des COP nicht

nachgewiesen werden.

Literatur:

[1] Haake et al., Orthopäde, 2002

[2] Shiri et al., Best Practice & Research Clinical

Rheumatology, 2011

Anhang 1

P 18 Entwicklung und Vorstudien zur Implementierung mobiler Rehabilitationssysteme im häuslichen Umfeld V. David1, M. Forjan1, M. Scherer1, M. Reichel1 1FH Technikum Wien, Institut für Biomedizinische Technik, Wien, Oesterreich

Die Teilhabe an sozialen, kulturellen und beruflichen

Bereichen des Lebens sowie die Steigerung der

gesundheitsbezogenen Lebensqualität sind zentrale

Rehabilitationsziele. Nach der Entlassung aus einer

Rehabilitationseinrichtung sind PatientInnen auf sich

selbst gestellt. Jedoch ist der Gesundungsprozess nach

der Entlassung meist noch nicht abgeschlossen und

bedarf einer Weiterführung im häuslichen Umfeld [1].

Zusätzlich steigen der Rehabilitationsbedarf und damit

die finanzielle Belastung aufgrund der demografischen

Entwicklung [2]. Telerehabilitation und Rehabilitation im

häuslichen Umfeld können Kosten senken und die

Wiedereingliederung im Alltag unterstützen [3]. Das

Forschungsprojekt REHABitation beschäftigt sich mit der

Entwicklung technologieunterstützter Maßnahmen im

häuslichen Umfeld und der Frage wie Parameter der

Heimanwendungen und der klinischen Diagnose in

Korrelation stehen.

In einem Vorprojekt wurde das mobile

Ganganalysesystem eSHOE als Monitoring-Tool des

Rehabilitationsprozesses im klinischen und häuslichen

Umfeld weiterentwickelt. Voruntersuchungen zeigen eine

mittlere Zyklusdauer von 1,051±0,075s für gesunde,

ältere ProbandInnen (n=12) und 1,367±0,183s für

GeriatriepatientInnen (n=11) für den 10m Gehtest. Des

Weiteren wird die Anwendbarkeit des eSHOEs bei

stationärer und post-stationärer Rehabilitation nach

Schlaganfall (n=30) in einer Pilotstudie untersucht. Die

bisherigen Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass das

eSHOE System für die Analyse von physiologischen und

pathologischen Bewegungen geeignet ist. Im Projekt

REHABitation wird unter Einbindung von Usern und

Stakeholdern das System in Anwendungen der

Telerehabilitation modular integriert.

[1] Faria C. et al., Rehab@home: a tool for home-based

motor function rehabilitation. Disabil Rehabil Assist

Technol, Early Online: 1-8, 2013 Informa UK Ltd.

[2] Müller R. et Klimesch A., Entwicklung der ambulanten

medizinischen Rehabilitation in Österreich, in

Rehabericht 2011, Pensionsversicherungsanstalt, Wien

2011.

Postersessions

91

[3] Zidén L. et al., Long-term effects of home

rehabilitation after hip fracture - 1-year follow-up of

functioning, balance confidence, and health-related

quality of life in elderly people. Disability and

Rehabilitation, 2010; 32(1)

P 19 Vorteile der patientenspezifischen muskuloskelettalen Modellierung für die Hand-Kinematik-Analyse basierend auf MRT C. Hansen1, K. Ben Mansour1, P. Devos1, F. Marin1 1Sorbonne universités, Université de Technologie de Compiègne, Biomécanique et Bioingénierie UMR CNRS 7338, Compiègne, Frankreich

Einleitung

Die Ergebnisse kinematischer und dynamischer

Analysen der menschlichen Hand sind von der Definition

des jeweiligen biomechanischen Modells abhängig [1,2].

Die Entwicklung von individuellen, patientenbezogenen

Modellen ist daher von entscheidender Bedeutung um

klinische Fragen zu beantworten [3]. Am Beispiel der

Fingergrund- und Fingerendgelenke soll geklärt werden,

in wie fern patientenbezogene und generelle Modelle [4],

Einfluss auf die resultierende Kinematik, die damit

verbundenen Muskelkräfte haben und sich

unterscheiden.

Material/Methode

Biomechanische Modelle der Hand von 8 gesunden

Probanden (31,7±9,1 Jahre; 72,3±13,7kg; 1,73±0,11m),

bestehend aus 28 Knochen die durch 36 Gelenke

miteinander verbunden sind, wurden mittels einer

interaktiven Modellierungs-Software generiert. Die

Modelle wurden durch 59 3D-Marker (1,5 mm) Positionen

angetrieben. Die interne Struktur der personalisierten

Modelle wurde durch Bilder eines 1,5 TMRT-Systems

modelliert. Die Skalierung der personalisierten Modelle

basiert auf der internen Geometrie des MRT, während

die generischen Modelle der Hand anhand der 3D-

Marker-Positionen skaliert wurden.

Ein Wilcoxon-Test (p<0,05), Pearson-Korrelationen und

nRMSE Analysen wurden in Matlab (MathWorks Inc.)

durchgeführt, um Unterschiede beider Modelle zu

bewerten.

Ergebnisse

Die Fingergelenkskinematik sowie die Muskelkräfte

unterscheiden sich statistisch (p<0,05) zwischen beiden

Modellen. Interessanterweise waren sowohl die

Korrelation der Muskelaktivitätsmuster (r>0.7) sowie die

nRMSE der Muskelkräfte konstant hoch.

Diskussion

Die Personalisierung von biomechanischen Modellen,

fordert zusätzliches Material (z.B. medizinische

Bildgebung) und zeitaufwendige Nachbearbeitung.

Allerdings konnten signifikante Unterschiede zwischen

den Modellen aufgedeckt werden. Durch die

Implementierung von in-vivo-Daten ist es möglich

individuelle biomechanische Modelle zu erstellen. Dies ist

ein wichtiger Schritt auf dem Gebiet der Modellierung des

Bewegungsapparats um klinische Untersuchungen zu

verbessern.

Literatur

[1] Hansen et al (2014) CMBBE 17(S1) : 114-115; [2]

Vignais (2013) Appl Ergon. 44(4):566-574; [3] Dao et al.

(2012) CMBBE. 15(7):745-751; [4] Correa et al. (2011)

Journal of Biomechanics 44:2096-2105

Acknowledgement

MANDARIN Projekt (ANR 2012- CORD01103) und die

Picardie Region (N°1212002846)

P 20 Die Indidenz von Arthrose: Erhöhtes Risiko nach einer Oberschenkelamputation? B. Welke1, E. Jakubowitz1, F. Seehaus1, K. Daniilidis2, M. Timpner3, N. Tremer3, C. Hurschler1 1Medizinische Hochschule Hannover, Labor für Biomechanik und Biomaterialien, Hannover, Deutschland 2Medizinische Hochschule Hannover, Orthopädische Klinik, Hannover, Deutschland 3Techniker Krankenkasse, Hamburg, Deutschland

Fragestellung

Patienten mit einer Oberschenkelamputation wollen mit

ihrer Prothese einen mobilen und schmerzfreien Alltag

erleben. Studien haben gezeigt, dass Amputierte ihr

intaktes Bein mehr belasten und dies zu degenerativen

Veränderungen der Gelenke führen kann [1]. Darüber

hinaus gibt es ein signifikant erhöhtes Risiko an Arthrose

im intakten Bein zu erkranken [2]. Im Rahmen einer

Datenbankanalyse einer Gesundheitskasse soll

herausgefunden werden, ob Amputierte häufiger an

bestimmten Erkrankungen des Bewegungsapparates

leiden als Gesunde in einer Vergleichsgruppe.

Methoden

Es erfolgt eine Selektion der Abrechnungsdaten im

Zeitraum 2009-2014 hinsichtlich der Versorgung von

Patienten mit einer Oberschenkelprothese

(Versorgtengruppe). Nach der Analyse der Altersstruktur

der Versorgten wurde eine passende Vergleichsgruppe

Postersessions

92

mit Patienten ohne Amputation erstellt. In jeder Gruppe

sind 1.569 Versicherte eingeschlossen. Es erfolgt eine

Analyse hinsichtlich der Häufigkeit innerhalb der Gruppen

von ausgewählten Diagnosen: Poly-, Gon-, Koxarthrose,

sowie Osteochondrose und sonstige Deformitäten der

Wirbelsäule. Der Vergleich der Häufigkeitsverteilung

erfolgt mittels Chi-Quadrat Tests. Zudem wurde das

Durchschnittsalter der von den Diagnosen Betroffenen

bestimmt.

Ergebnisse

In der Vergleichsgruppe ist die Anzahl der von Poly- und

Koxarthrose, sowie an Osteochondrose und sonstige

Deformitäten der Wirbelsäule Betroffenen signifikant

höher als in der Gruppe der Amputierten. Dabei sind die

Amputierten aber signifikant jünger, wenn sie an

Polyarthrose (69,5 zu 71,9 Jahre), an Koxarthrose (67,9

zu 72,3 Jahre) und an Osteochondrose (63,9 zu 67,9

Jahre) erkranken.

Schlussfolgerung

Die vorliegende Analyse steht zum Teil im Widerspruch

zu anderen Beobachtungen und zeigt, dass Amputierte

nicht unbedingt häufiger an Arthrose leiden. Bei der

Interpretation der Häufigkeiten muss jedoch das

Vorhandensein von zwei Beinen in der Vergleichsgruppe

berücksichtigt werden. Die Gruppen sind hinsichtlich

Alter und Geschlecht identisch, aber nicht messbare

Faktoren, wie die Lebensweise und -umstände, werden

in diesem Vergleich nicht erfasst. Diese Faktoren können

die Wahrscheinlichkeit für bestimmte Diagnosen erhöhen

oder auch verringern.

[1] R. Gailey, J Rehabil Res Dev, 2008.

[2] M. J. Burke et al., Ann Rheum Dis, 1978.

P 21 Simulation der in vivo Kinetik während der robotergestützten Bewegung im Gelenk E. Bobrowitsch1, A. Lorenz1, N. Wülker1, C. Walter1 1Orthopädische Klinik, Universität Tübingen, Biomechanik Labor, Tübingen, Deutschland

Einleitung: Roboter sind sehr hilfreich in der Forschung

der Gelenke. In vorheriger Studie [1] erfolgte die

Messung der dissipativen Energie während der Roboter

ein Schafsknie mit konstanter Drehgeschwindigkeit und

axialer Last bewegte. In der Realität aber variiert die

Drehgeschwindigkeit und axiale Last während eines

Gangzyklus. Das Ziel dieser Studie war einen

Algorithmus für den Roboter zu entwickeln, mit dem die

in vivo Kinetik [2] im Gelenk simuliert werden konnte.

Methode: Der Algorithmus wurde an vier

Schafskniegelenken getestet. Die Diskretisierung der

passiven Kniebeugung [1] wurde benutzt, um eine in vivo

ähnliche Kniebewegung daraus zu bilden. Zu jeder

diskreten Roboterposition während der Kniebewegung

mit überlagerter Kraft-Moment-Regelung war eine dem

Gangzyklus entsprechende Kraft entlang der Tibia

appliziert. Posterior-anteriore (P-A) und medio-laterale

(M-L) Kräfte wurden als Gegenreaktionskräfte der

Gelenkstrukturen vom Kraft/Moment Sensor des

Roboters gemessen. Drehgeschwindigkeitsprofile

wurden aus der in vivo Knieflexionskurve durch

Differenzierung und Normalisierung errechnet.

Ergebnisse: Keine destruktiven Veränderungen der

Gelenkstrukturen konnten nach der Testung durch

Sezierung festgestellt werden. Der Roboter applizierte in

vivo ähnliche Profile der axialen Kraft mit einer hohen

Reproduzierbarkeit (gesamte STD von 0,025 BW). Ein

gesamter Restfehler zwischen der in vivo und simulierten

axialen Kraft betrug 0.16 BW. Die Kurvenprofile der P-A

und M-L Kräfte waren ähnlich der in vivo Gemessenen,

aber, im Gegenteil zur axialen Kraft, zeigten sie eine

höhere gesamte STD von 0,118 und 0,203 BW und

höhere gesamte Restfehler von 0,79 und 0,21 BW

entsprechend für P-A und M-L Kraft (Abb. 1).

Diskussion: Mit dem Algorithmus zur Simulation der in

vivo ähnlichen Kinetik wurde die Grundlage für eine neue

Methode entwickelt, um die dissipative Energie und

Gegenreaktionskräfte in P-A und M-L Richtungen nach

diversen Behandlungen im Gelenk zu analysieren.

Literatur:

1. Lorenz A, et al., JBiomech, 46(8):1427-1432, 2013

2. Taylor WR, et al., JBiomech, 39(5):791-798, 2006

Abbildung 1: (A) Kurven der gemittelten Kraft (die

schattierte Fläche ist ± eine STD). (B) Die

Restfehlerkurven stellen den Fehler zwischen

entsprechenden in vivo und simulierten Kräften dar.

Postersessions

93

Anhang 1

P 22 Vergleich des Schulterrhythmus eines patientenunterstützenden Systems mit Probandendaten während der Abduktion E. Scheuner1, R. P. Kuster1, E. Graf2, B. Heinlein1 1ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, Institut für Mechanische Systeme, Winterthur, Schweiz 2ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, Institut für Physiotherapie, Winterthur, Schweiz

Die Mobilität der oberen Extremität ist für das Verrichten

alltäglicher Arbeiten entscheidend. Mehr als 20% der

älteren Bevölkerungsschicht haben Schulterbeschwerden

mit z.B. Schmerzen, eingeschränkter Beweglichkeit oder

verminderter Kraft, meist ist die Ursache eine Erkrankung

der Rotatorenmanschette [Lin et al., 2008]. Ein

patientenunterstützendes System (PUS) für das

Schultergelenk kann diesen Menschen im Alltag helfen.

Die postoperative Rehabilitation, z.B. nach Implantation

einer Schulterprothese, oder die Neurorehabilitation von

Schlaganfallpatienten sind ebenfalls denkbare

Anwendungsgebiete.

Das PUS muss den natürlichen Schulterrhythmus

berücksichtigen, um eine physiologische

Abduktionsbewegung zu ermöglichen. Ein Prototyp

wurde als Exoskelett mit drei Gelenken realisiert: Das

erste bildet die Rotation der Scapula nach, so dass die

Achsen des zweiten und dritten Gelenks auf das

Drehzentrum des Glenohumeralgelenks zeigen (Abb. 1).

Der Schulterrhythmus des Systems kann auf den

Benutzer angepasst werden, die Einstellbarkeit wird in

der vorliegenden Studie überprüft.

Hierfür wurden 18 gesunde Probanden (32.8±9.2J,

1.74±0.08m, 66.6±10.7kg) mit dem Plug-in-Gait

Markermodell ausgestattet und führten ohne das PUS

eine selbstbestimmte Abduktionsbewegung aus. Die

Bewegung wurde von 6 Vicon MX Kameras

aufgezeichnet. Mit der Software Vicon Nexus wurden die

Koordinaten des Gelenkzentrums berechnet.

Ausgewertet wurde die Abduktion von 10° bis 140°, die

Resultate werden für eine rechte Schulter angegeben.

Abb. 2 zeigt die Verschiebung des Gelenkzentrums in

der Frontalebene bezüglich des Sternoclaviculargelenks.

Aus der Grafik ist ersichtlich, dass sich das

Gelenkzentrum bei allen Probanden quantitativ ähnlich

bewegt (Kurvenverlauf), jedoch stark von der

Schulterbreite und Schulterhöhe (Kurvenposition)

abhängt. Der einstellbare Schulterrhythmus des PUS ist

exemplarisch mit drei Bahnkurven eingezeichnet.

Im Vergleich ist zu erkennen, dass die gemessenen

Bahnkurven des Gelenkzentrums vom PUS mehrheitlich

abgedeckt werden. Die Form der Bahnkurve des

Systems ist jedoch etwas steiler. Um die physiologische

Abduktionsbewegung präziser abzubilden muss

dementsprechend der medio-laterale Anteil der

Bewegung erhöht und der cranio-caudale Anteil reduziert

werden.

Anhang 1

Postersessions

94

Anhang 2

Postersession 5 – Endoprothetik

P 23 Der intraartikuläre Absolutdruck als Indikator für die Luxationsstabilität des Hüftgelenkes T. Prietzel1, S. Schleifenbaum2, N. Hammer3, M. Schmidt2, R. Möbius2, G. Sommer2, R. Grunert1,4 1Universitätsklinikum Leipzig, Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie, Leipzig, Deutschland 2Universitätsklinikum Leipzig, Gelenkphysikalisches Labor der Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie, Leipzig, Deutschland 3Universitätsklinikum Leipzig, Institut für Anatomie, Leipzig, Deutschland 4Fraunhofer IWU, Medizintechnik, Dresden, Deutschland

Fragestellung

Der Absolutdruck im Hüftgelenkspalt widerspiegelt alle

wirkenden Kräfte und stellt somit einen

Stabilitätsparameter dar. Bei Einwirkung

gelenkdezentrierender Kräfte ist ein subatmosphärischer

Druck zu erwarten. Die Hypothese lautet, dass der

niedrigste intraartikuläre Absolutdruck bei Einwirkung

einer Zugkraft im Bereich des Dampfdruckes der

Gelenkflüssigkeit (4-6 kPa) liegt und somit einen

Indikator für die beginnende Luxation darstellt, während

ein Vakuum (0 kPa) nicht auftreten kann. Das Ziel

bestand darin, den intraartikulären Absolutdruck

experimentell zu messen, während Hüftgelenkmodelle

von 22 - 44 mm Durchmesser durch Zugversuche zur

Luxation gebracht werden. Außerdem sollte der

Dampfdruck von Synovia bestimmt werden.

Methoden

Hüftgelenkmodelle von 22 mm (A), 28 mm (B), 32 mm

(C), 36 mm (D), 40 mm (E) und 44 mm Durchmesser (F)

wurden mit einer Gelenkkapsel hermetisch umschlossen,

vollständig entlüftet, mit geringer Wassermenge befüllt

und einer anwachsenden Zugkraft ausgesetzt. Dabei

erfolgten Messungen der wirkenden Kraft, der

resultierenden Dislokation und des intraartikulären

Absolutdruckes. Für die Dampfdruckmessung wurden 14

Synoviaproben aus Kniegelenken von

Gonarthrosepatienten entnommen. Die Messung erfolgte

im statischen Verfahren bei 37°C mit einem Präzisions-

Vakuummeter.

Ergebnisse

Die Messung des intraartikulären Absolutdruckes ergab

während der Luxation von Hüftgelenkmodellen

Minimalwerte von 6,93 ± 1,40 kPa (A), 5,64 ± 0,80 kPa

(B), 4,93 ± 0,38 kPa (C), 5,24 ± 1,14 kPa (D), 5,38 ±

0,64 kPa (E) und 5,29 ± 1,39 kPa (F). Die

Dampfdruckmessung der Synoviaproben ergab bei 37°C

einen Mittelwert von 5,96 ± 0,02 kPa.

Schlussfolgerungen

Die während der Luxation von Hüftgelenkmodellen mit 22

- 44 mm Durchmesser experimentell ermittelten

Minimaldrücke von 4,93 - 6,93 kPa bestätigen die

Hypothese, dass der niedrigste intraartikuläre

Absolutdruck annähernd dem Dampfdruck der

Gelenkflüssigkeit entspricht. Ein Vakuum war zu keinem

Zeitpunkt nachweisbar. Die Dampfdruckmessung der

Synoviaproben ergab einen Mittelwert unterhalb des

Dampfdrucks von Wasser. Dieser „Basaldruck des

Gelenkes“ stellt den niedrigsten Gelenkdruck dar, der bei

Körpertemperatur physiologisch auftreten kann.

P 24 Aktivitätsniveau und klinisches Outcome nach minimalinvasivem Hüftgelenksersatz über einen direkt anterioren Zugang A. Blum1, S. Höll2, D. Rosenbaum3 1Klinikum Dortmund, Dortmund, Deutschland 2Paracelsus Klinik , Osnabrück, Deutschland 3Universitätskliikum Münster, Funktionsbereich Bewegungsanalytik, IEMM, Münster, Deutschland

In der Hüftgelenksendoprothetik hat die minimalinvasive

OP-Technik zunehmend Einzug gehalten, da dieser

Zugang eine Reduktion der Weichteilschäden anstrebt

und so geringere postoperative Schmerzen und

schnellere Rehabilitation verspricht. Dabei nutzt der

direkt anteriore Zugang nach Rachbauer eine

Muskellücke zwischen Rectus femoris und Tensor

fasciae latae, um so die Muskulatur zu schonen. In dieser

Postersessions

95

Studie sollte untersucht werden, ob sich dies auch in

einer schnellen Wiederherstellung der Alltagsaktivität

dieser so operierten Patienten niederschlägt. Dazu

wurden die Patienten gebeten, vor OP sowie 6 und 12

Wochen nach der Operation den StepWatch Activity

Monitor zu tragen, um so die Alltagsaktivität während

einer ganzen Woche objektiv zu erfassen. Als klinisische

Scores wurden der SF-36, WOMAC und Harris Hip Score

(HHS) zu den gleichen Zeitpunkten erhoben. Insgesamt

konnten 46 Patienten (Alter 63±10 Jahre, BMI 27±4

kg/qm) eingeschlossen werden. Die Schrittzahl fiel nach

6 Wochen im Vergleich zu präoperativ etwas ab und

stieg dann signifikant an, ohne die Schwelle von 10.000

Schritte pro Tag zu erreichen, die einen aktiven

Lebensstil definiert. Auch die Dauer der 'moderate-to

vigorous activities' (> 100 Schritte/min) stieg signifikant

von 3 auf 6 Minuten an. Allerdings erreichte kein Patient

die Gesundheitsempfehlung von mindestens 30 Minuten

körperlicher Aktivität. Die klinischen Scores verbesserten

sich schon nach 6 Wochen signifikant und stiegen nach

12 Wochen weiter leicht an (WOMAC von ~40 auf ~80;

HHS von ~50 auf ~90). Im SF-36 zeigte sich ein

Erreichen der Normwerte bei Vitalität unf psychischem

Wohlbefinden, aber eine unvollständige

Wiederherstellung der sozialen Funktion und der

körperlichen Rollenfunktion. Leider liegen keine

Vergleichsdaten einer Kontrollgruppe vor, aber

insgesamt zeigten die Patienten eine deutliche klinische

Verbesserung, die sich überraschenderweise nicht in

einem erhöhten Aktivitätsniveau niederschlägt. Somit

stellt sich die Frage, warum die verbesserte

Schmerzsituation sich nicht auch in einer besseren

Mobilität reflektiert.

P 25 Postoperative Änderung der in vivo Reibung im künstlichen Hüftgelenk beim Fahrradfahren P. Damm1, A. Bender1, G. Bergmann1 1Julius Wolff Institut, Charité - Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Deutschland

Einleitung

Der reibungsinduzierte Verschleiß der Gelenkpartner ist

einer der Hauptgründe für das Versagen eines

Hüftgelenkersatzes. So muss bei bis zu 40% aller

Revisionen an am Hüftgelenk ausschließlich die Pfanne

bzw. das Inlay aufgrund von erhöhtem Verschleiß

ausgetauscht werden [1]. Zusätzlich wird das

Patientenspektrum sportlich immer aktiver. Sportliche

Aktivitäten können jedoch zu erhöhten

Gelenkbelastungen führen und damit zu einem erhöhten

Versagensrisiko der Gleitpaarung.

Ziel dieser Studie war es, die postoperativen (pOP)

Änderungen der Reibung im künstlichen Hüftgelenk in

vivo zu messen.

Methodik

Für die in vivo Messung wurde ein instrumentiertes

Implantat mit einer Al2O3/XPE Gleitpaarung verwendet

[2]. An den Messungen nahmen 7 Patienten teil

(Ø59Jahre, Ø 85kg), an 3 pOP Zeitpunkten (2-3; 4-6 und

10-12 Monate). Die Gelenkkontaktkraft Fres in % des

Körpergewichtes (KG) und das Reibmoment Mres

(%KGm) wurden bei 90W bei 40 sowie 60U/min

gemessen. Aus allen Lastzyklen wurde für jeden

Patienten und pOP Zeitpunkt eine mittlere

Belastungskurve berechnet [3].

Ergebnisse

Im pOP Verlauf kam es bei 40 bzw. 60U/min zu einer

logarithmisch Zunahme des Maximums von Fres im Mittel

aller Patienten um 4% bzw. 6%. Die Maxima von Mres

nahmen negativ logarithmisch im Mittel um 24% bei 40

U/min bzw. um 31% bei 60 U/min (Abb. 1, Tab. 1)ab.

Diskussion

Es zeigte sich, dass die in vivo Gelenkbelastung nicht nur

von der Umdrehungszahl, sondern auch vom pOP

Zeitpunkt abhängt. Eine Reduzierung der

Umdrehungszahl führte zu einem Anstieg von Fres und

damit zu höheren Werten von Mres.

Im pOP Verlauf wurde eine starke Abnahme von Mres bei

nur sehr leicht erhöhtem Fres gemessen. Die beiden

Maxima nahmen um insgesamt 57% bzw. 50% ab. Dies

kann einerseits mit dem „Einlaufverhalten“ der

Gleitpartner erklärt werden. Eventuell verbessern sich

aber auch die Schmiereigenschaften der Synovia im pOP

Verlauf. Diese Änderungen können z.B. durch den

Proteingehalt [4] oder die Viskosität [5] der Synovia

bewirkt werden.

Literatur

[1] Havelin et al. 2009

[2] Damm et al. 2010

[3] Bender und Bergmann, 2012

[4] Staudhammer et al. 1985

[5] Abdelrahaman et al. 2005



Postersessions

96

Abbildung 1. Gelenkkontaktkräfte und Reibmomente

beim Fahrradfahren mit 90W zu 3 pOP Zeitpunkten;

40U/min (oben) und 60U/min (unten); mittlerer Patient

Tabelle 1: pOP Änderung der maximalen

Gelenkbelastung; mittlerer Patient; 90W

Anhang 1

Anhang 2

P 26 Die periprothetische Knochenbelastung nach Implantation eines Humeruskopfimplantates J. Rost1, A. Berth2, H. Wissel2, F. Dallmann3, K. Liefeith1 1iba e.V. Heiligenstadt, Biowerkstoffe, Heilbad Heiligenstadt, Deutschland 2Orthopädische Universitätsklinik Magdeburg, Magdeburg, Deutschland 3Mathys Orthopaedie GmbH, Moersdorf, Deutschland

Fragestellung

Infolge der klinisch etablierten Operationstechnik für

einen schaftfreien Humeruskopfersatzes treten

kompressionsbedingt hohe Belastungen des

periimplantären Knochengewebes auf. Diese lassen sich

mittels SPECT-CT Analyse radiologisch validieren. Eine

Simulation mittels der Finite Elemente Methode auf der

Basis eines CT-gestützten Modells des proximalen

Humerus diente dazu, die bei der Implantation eines

schaftfreien Humeruskopfersatzes auftretenden

periprothetischen ossären Belastungen theoretisch-

numerisch zu analysieren.

Methoden

Auf der Basis von CT Datensätzen beider proximaler

Humeri (pre-op., post-op.) wurde ein FE-Modell

entwickelt mit dem das Einbringen der Impaktoren wie

auch des Implantates simuliert werden kann. Anhand

etablierter Algorithmen wurden entsprechend der lokalen

CT-Hounsfieldwerte korrespondierende Dichte- und

Elastizitätsmodulwerte berechnet und den FE-Modell

zugewiesen. Unter Annahme der implantationsbedingten

hohen Verformungen des Knochenmaterials wurde ein

elastisch-plastisches Materialverhalten angenommen.

Die iterative Simulation erfolgte mittels MARC/ MENTAT

(MSC Software GmbH) wobei in regelmäßigen

Zeitschritten ein „Remeshing“ des verzerrten FE-Netzes

vorgenommen wurde. Zur Auswertung der

periprothetisch auftretenden Knochengewebsbelastung

wurden die elastischen und plastischen Anteile der

Verzerrungsenergiedichte (Strain Energy Density, SED)

evaluiert.

Ergebnisse

Es sind kompressionsbedingt hohe Knochenbelastungen

nachweisbar. Es konnten für die elastische als auch für

die plastische SED die höchsten Werte um den zentralen

Konus und an der Prothesenspitze ermittelt werden,

wohingegen an den Finnen nur moderate plastische

Verformungen auftreten.

Schlussfolgerungen

Das entwickelte FE-Modell ermöglicht prinzipiell die

Simulation der Implantation eines schaftfreien

Humeruskopfersatzes und die Bestimmung der damit

verbundenen, periprothetischen Knochenbelastung Das

generierte Berechnungsmodell besitzt im Hinblick auf die

Evaluierung der Langzeitstabilität in Verbindung mit einer

wünschenswerten biomechanischen Designoptimierung

der momentan etablierten schaftfreien Prothesen eine

hohe klinische Relevanz.

P 27 Pilotstudie - Normdatenset von Alltagsbewegungen. Zur Untersuchung von Ausgleichsbewegungen in Abhängigkeit der Freiheitsgrade einer Handprothese. B. Pobatschnig1,2,3, A. Kranzl2, M. Schachinger1 1Otto Bock Healthcare, Wien, Oesterreich 2Orthopädisches Spital Speising, Labor für Gang- und Bewegungsanalyse, Wien, Oesterreich 3FH Technikum Wien, Wien, Oesterreich

Postersessions

97

Einleitung

Aufgrund der Vielfältigkeit und Komplexität von

Bewegungen der oberen Extremität (OE) findet die

kinematische Betrachtung wenig Anklang in der

klinischen Bewegungsanalyse [1,2]. Die Untersuchung

von Alltagsbewegungen (ADL) ermöglicht es, den Grad

der Selbstständigkeit von Personen mit motorischen

Einschränkungen zu bestimmen, sowie die funktionellen

Eigenschaften von Prothesen zu bewerten. Ziel dieser

Arbeit ist die Quantifizierung des Bewegungsmusters bei

unilateralen und bilateralen Tätigkeiten (8 ADL) zur

Untersuchung der Ausgleichsbewegungen bei der

Verwendung von Handprothesen mit unterschiedlicher

Anzahl von Freiheitsgraden.

Methode

5 männlichen Probanden (Alter: 25± 2,2 Jahre) und ein

Prothesenträger (PT: Alter: 27 Jahre; Prothese 1:

Spitzgriff, Handgelenk: passive Rotation, keine

Flexion/Extension; Prothese 2: Spitz- und Lateralgriff,

Handgelenk: aktive Rotation, passive Flexion/Extension)

werden mit dem Oberkörpermodell von Jaspers et. al [3]

via 3D Bewegungsanalysesystem aufgenommen. Die

Segment- und Winkelberechnung sowie die

Phaseneinteilung wurden in Matlab durchgeführt.

Ergebnisse

Abb. 1 zeigt exemplarisch eine ADL, in der ein Tablett

angehoben wird (a). Dargestellt ist die Lateralflexion des

Oberkörpers, (b), Clavicula Elevation (c),

Schulterabduktion (d) und die Ellenbogenflexion (e), für 5

Normprobanden (grau) und einem PT mit Prothese 1

(blau) und Prothese 2 (grün).

Diskussion

Um Ausgleichsbewegungen eines PT interpretieren zu

können, ist das Verständnis des Bewegungsmusters der

Normgruppe unabdingbar. Abb. 1c zeigt eine hohe

Streuung der Normdaten, bedingt durch die hohe Anzahl

an Freiheitsgraden. Eine erhöhte Schulterabduktion (1d)

und Clavicula Elevation (1c) zeigt, dass die Prothese 1

mehr Ausgleichsbewegungen verursacht als Prothese 2.

Literatur

[1] Carey SL, et al. Compensatory movements of

transradial prosthesis users during common tasks,

Clinical Biomechanics, 23: 1128-1135. 2008

[2] van Andel CJ, et al. Complete 3D kinematics of upper

extremity functional tasks, Gait & Posture, 27: 120-127,

2008.

[3] Jaspers E, et al. The reliability of upper limb

kinematics in children with hemiplegic cerebral palsy,

Gait & Posture, 33(4): 568-75, 2011.

Anhang 1

Postersession 6 – Ganganalyse

P 28 Pilotstudie zur Ganganalyse bei Oberschenkelamputierten K. Orlowski1,2, F. Eckardt1, J. Edelmann-Nusser1, K. Witte1 1Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, Institut für Sportwissenschaften, Magdeburg, Deutschland 2FH Brandenburg, Fachbereich Informatik und Medien, Brandenburg / Havel, Deutschland

Einleitung

Der Gang ist für jeden Menschen essentiell. Eine

Amputation der unteren Extremität ist ein

einschneidendes Ereignis, das sich auf das Gangbild

auswirkt. Eine Gangbildverbesserung durch Gewöhnung

an die Prothese dauert meist Jahre und erfordert Geduld

und Durchhaltevermögen (Murphy2014). Motion Capture

Systeme und Kraftmessplatten wurden für

Ganguntersuchung von OA im Labor verwendet und

Auffälligkeiten identifiziert (Murray1980, Petersen2010).

Durch ein eingeschränktes Messfeld kann eine

Postersessions

98

Gangbeeinflussung zur Folge haben. Mittels

Inertialsensoren kann der Gang mit geringem Aufwand,

ohne direkte Beeinflussung und mit schnellem Feedback

analysiert werden. Gegenstand der Darstellung ist die

Anwendung dieser Sensoren in der Ganganalyse von OA

und die Identifizierung von Merkmalen.

Methode

Die charakteristischen Gangereignisse wurden aus zwei

an den Sprunggelenken jeweils lateral positionierten

Sensoren detektiert und zeitlich-räumliche Parameter

abgeleitet. Der Gang von gesunden Probanden (G, 3 m,

3 w, Alter: 31,7) und von zwei OA (2 m, Alter: 31) wurde

untersucht und anhand der Symmetrie nach

(Robinson1987) verglichen. Für die berechneten

Parameter (Orlowski2014) wurde der Symmetrie Index

(SI in %) ermittelt. Damit sollen diejenigen identifiziert

werden, die charakteristisch für den Gang der OA sind.

Ergebnisse

Die Schwung- (Sw) und Standphasendauer (St) sowie

die Geschwindigkeit (V) und Kadenz (K) sind spezifisch

für den Gang von OA. Neben diesen Parametern wurden

weitere als charakteristisch identifiziert. Es handelt sich

um den Mittelwert aus der Amplitudenhöhe (MH) der

Winkelgeschwindigkeit während der Schwungphase, die

Amplitudendifferenz (HD) der sagittalen

Winkelgeschwindigkeit zwischen dem initialem (IC) und

terminalen Kontakt sowie dem maximalem Winkel (PA)

während des IC. Die OA weisen einen deutlich höheren

SI-Wert für diese Parameter auf, die teilweise doppelt so

groß sind.

Diskussion

Die Ergebnisse bestätigen die in der Literatur

(Murray1980, Petersen2010) gefundenen Auffälligkeiten

des Gangs von OA: geringere V und K, Asymmetrie in St

und Sw. Auch die Parameter MH, HD und PA zeigen

deutliche Unterschiede. Ursache ist noch unbekannt.

Vermutlich haben die genutzten Prothesen mit dem

jeweiligen Knie- und Fußgelenk Einfluss.

Literatur

Anfrage beim Autor

P 29 Vergleich frühfunktioneller Ergebnisse zwischen dem medialen parapatellaren und dem Midvastus Zugang in der Knieendoprothetik - eine ganganalytische Studie F. Layher1, M. Zipfel1, K. Sander1, G. Matziolis2, A. Roth3 1Orthopädische Klinik am Waldkrankenhaus , Biomechanik, Eisenberg, Deutschland 2Orthopädische Klinik am Waldkrankenhaus "Rudolf Elle"

GmbH, Lehrstuhl für Orthopädie des Universitätsklinikums Jena, Eisenberg, Deutschland 3Universität, Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie, Plastische Chirurgie, Bereich Endoprothetik, Leipzig, Deutschland

Fragestellung

Für die Implantation von Knie-Total-Endoprothesen

kommen verschiedene operative Zugänge zur

Anwendung. Klinische Analysen belegen, dass

insbesondere dem Midvastus Zugang (MV) in der frühen

Rehabilitationsphase ein Vorteil gegenüber dem

medialen parapatellaren Zugang (MPP) zugeschrieben

wird. Mittels einer objektiven Messmethode sollte

herausgefunden werden, ob sich in der frühen

postoperativen Phase ein funktioneller Vorteil von MV

hinsichtlich Gelenkbeweglichkeit und -belastbarkeit

gegenüber MPP zeigt.

Methode

Die prospektiv-randomisierte Studie wurde einfach

verblindet basierend auf einer Poweranalyse angelegt.

Die statistisch notwendige Probandenanzahl wurde aus

Voruntersuchungen anhand des Zielparameters

„Umfangs des relativen sagittalen Kniemoments“

bestimmt. Ausschließlich Patienten mit Varusgonarthrose

wurden zufällig einer Gruppe zugeordnet (MPP = 10, MV

= 11) und mittels instrumenteller Ganganalyse (6-

Kamera-System VICON 460, 3 Kraftmessplatten) vor, 5

Wochen (5W) und 6 Monate (6M) nach der Operation

untersucht. Neben der Zielgröße wurden weitere

kinetische, kinematische und Zeit-Distanz-Parameter

ermittelt. Alle Operationen wurden nur von einem

erfahrenen Orthopäden durchgeführt und ausschließlich

„mobile bearing“ Prothesensysteme implantiert. Die

Ergebnisse wurden einer altersgerechten gesunden

Vergleichsgruppe (VG = 53) gegenübergestellt. Als

statistische Verfahren kamen ausschließlich

parameterfreie zur Anwendung: a) Mann-Whitney-Test

(U-Test) zum Vergleich zwischen MPP und MV und zur

VG; b) Wilcoxon-Test zur Bewertung des

Behandlungsfortschrittes.

Ergebnisse

Im Wesentlichen erreichten beide Gruppen trotz

Verbesserung der Ganganalyse-Parameter im Verlaufe

der Nachuntersuchung nicht das Niveau der Gesunden

und zeigten Kompensationsmechanismen der

eingeschränkten Kniebeweglichkeit am Hüftgelenk. Die

Patienten der MV-Gruppe wiesen signifikant bessere

Werte in den Belastungs-Parametern auf: Zielgröße =

sagittales Kniemoment (5W) und Knieleistung (5W, 6M).

Postersessions

99

Schlussfolgerung

Die MV-Patienten zeigten in der frühen postoperativen

Phase analog zu den in der Literatur beschriebenen

klinischen auch funktionelle Vorteile, was einer

geringeren Traumatisierung der Quadrizepssehne und

der daraus resultierenden zügigeren Regenerierung des

Knie-Streck-Apparates zuzuschreiben ist. Aus

biomechanischer Sicht ist der MV-Zugang somit zu

bevorzugen.

P 30 Belastungsanalyse des Abwärtsgehens von adipösen Jugendlichen bei verschiedenen Neigungen, Pilotstudie G. Strutzenberger1, E. Graf1,2, A. Nußdorfer1, D. Bamboschek1, N. Alexander1, H. Langhof3, H. Schwameder1 1Universität Salzburg, IFFB Sport- und Bewegungswissenschaft/USI, Hallein, Oesterreich 2Deutsche Sporthochschule Köln, Institut für Biomechanik und Orthopädie, Köln, Oesterreich 3Klinik Schönsicht, Berchtesgaden, Deutschland

Fragestellung

Übergewicht und Adipositas kann schon im Jugendalter

als möglicher Einflussfaktor zur Entstehung von

orthopädischen Problemen beitragen (e.g. Schultz et al.,

2009). Bergabgehen kann die Gelenkbelastungen noch

zusätzlich verstärken, die tatsächlich auftretenden

Belastungen beim Gehen auf verschiedenen

Neigungsgraden sind jedoch noch unzureichend

untersucht (e.g. Strutzenberger et al., 2010).

Methodik

Das Gehen von 6 adipösen (14.8±2 Jahre, 95.7±17 kg)

und 9 normalgewichtigen (15.1±2 Jahre, 54.8±5 kg)

Jugendlichen wurde in der Ebene und bei 2 Neigungen

(6° und 12°) auf einer mit 2 Kraftmessplatten (AMTI,

1000 Hz) instrumentierten Rampe (6 x 1.4m) bei einer

Geschwindigkeit von 1.1 m/s analysiert. Zusätzlich

wurden kinematische Daten mittels 8 Infrarot-Kameras

(Vicon, 250 Hz) aufgenommen. Gangparameter sowie

maximale sagittale Kniewinkel und -momente wurden

mittels ANOVA mit Messwiederholung ausgewertet (p =

0.05).

Ergebnisse

Die statistische Analyse zeigt für alle Parameter, mit

Ausnahme der Schrittbreite, einen sign. Neigungseffekt,

während der Effekt des Körpergewichts ergab, dass

(Tabelle 1): Adipöse Jugendliche in allen Neigungen

länger in der Standphase (um ca. +4%) bleiben. Weiters

ist die maximale absolute Bodenreaktionskraft in der

Adipositas-Gruppe um ca. 67% höher, in der

gewichtsrelativierten Situation besteht kein sign.

Unterschied. Die adipöse Gruppe zeigt in der mittleren

Standphase sign. höhere maximale Kniewinkel als die

Normgruppe. Auch das gewichtsrelativierte maximale

Kniemoment ist um 85% im Vergleich zur Normgruppe

erhöht, sign. wird der Unterschied aber nur bei 12°(Grafik

1).

Schlussfolgerung

Die Neigung verändert das Gangmuster und die

Kniegelenkbelastung sowohl bei adipösen als auch

normgewichtigen Jugendlichen beim Abwärtsgehen.

Zusätzlich führen die Veränderungen im Gangmuster der

adipösen Jugendlichen zu einer höheren

Belastungssituation im Kniegelenk, die aber nicht

gänzlich durch die Veränderung im Kniegelenkwinkel

erklärt werden kann.

Referenz

Schultz et al., Obes Rev. 2009;10:576-82.

Strutzenberger et al., Gait & Posture, 2011;3:119-125

Tabelle 1: Gangparameter und max. vertikale

Bodenreaktionskraft, Kniewinkel und Kniemoment

Grafik 1: Mittlerer Verlauf der rel. Bodenreaktionskraft,

des Kniewinkels und -moment

Anhang 1

Postersessions

100

Anhang 2

P 31 Verification of simplified gait analysis R. Kiss1 1Budapest University of Technolgy and Economics, Dept. of Mechatronics, Optics and Mechanical Engineering , Budapest, Ungarn

Introduction: Since measuring and recording techniques

were developed, gait analysis has been frequently used

in almost all fields of human locomotion such as

rehabilitation medicine, orthopaedics, sports science, and

other related fields. The disadvantage of the dedicated

gait laboratory is that the time required for setting up the

instrumentation and analyzing the data as well as their

costs have hindered their use in clinical practice. The

objective of this study is to verify simplified gait analysis

by a clinical gait analysis method using a ZEBRIS

ultrasound-based measuring system with ARMMODEL

software on healthy subjects.

Method and Subjects: In this study we describe a

simplified gait analysis system for the estimation of

spatial-temporal parameters and kinetic parameters

during walking on an instrumented treadmill. This method

proposes to compute the values of temporal gait

parameters (length of double support phase, length of

stance phase, time of step, time of stride) from the graph

of the time vs. ground reaction force at a constant gait

speed on the instrumented treadmill. The study

population consisted of 23 males (mean age 23.17±9.09

years, mean height 172.42±3.11 cm, mean weight

73.12±15.88 kg) and 22 females (mean age 26.99±8.21

years, mean height 167.97±8.70 cm, mean weight

61.23±7.38 kg).

Results: The maximum relative value of the average

difference of temporal parameters is 0.79 % in cycle time

and that of spatial parameters is 0.66%. On the basis of

statistical analysis, it can be established that the

measurement method is reproducible.

Discussion: This system is simple, inexpensive and does

not provoke any discomfort to subjects. It can be carried

on for long periods of time during a treadmill walk, thus

providing new longitudinal information such as the stride-

to-stride variability of gait. Several clinical applications

can be proposed such as outcome evaluation after

different orthopaedical, rheumatological, neurological

diseases, and monitoring of the rehabilitation process.

P 32 Biomechanik des Laufens in der Ebene und auf dem Laufband M. Sanno1, S. Willwacher1, G.-P. Brüggemann1 1Deutsche Sporthochschule Köln, Inst. f. Biomechanik und Orthopädie, Köln, Deutschland

Fragestellung:

Laufbänder ermöglichen eine kontrollierte Betrachtung

der Kinematik des Laufens [1] und werden vereinzelt mit

Kraftmessplatten (KMP) zur Messung der

Bodenreaktionskraft (BRK) erweitert [2,3]. Die Studie

untersucht die Vergleichbarkeit von biomechanischen

Parametern auf einem armierten Laufband und dem

Laufen in der Ebene über eine KMP.

Methoden:

24 gesunde Sportstudenten (24 ± 4 Jahre, 79 ± 8 kg,

182 ± 7 cm) liefen mit 3,5 m/s sowohl in der Ebene

fünfmal über eine KMP (0,5 cm Tartanoberfläche, 1000

Hz, Kistler Instruments, Schweiz) als auch auf einem

armierten, (vier Kraftsensoren, 1000 Hz, MC3A-500,

AMTI, USA) single-belt Laufband (Treadmetrix, USA). In

beiden Fällen wurde die BRK mit 20 Hz (low pass, zero-

delay fourth-order Butterworth) gefiltert und eine 3D-

Postersessions

101

Bewegungsanalyse (250 Hz, Vicon Motion Systems, UK)

durchgeführt. Die Gelenkmomente der unteren Extremität

sowie die Oszillation des KSP wurden während der

Stützphase durch ein invers-dynamisches

Ganzkörpermodell berechnet.

Ergebnisse:

Es wurden statistisch signifikante Unterschiede sowohl

bei kinematischen als auch kinetischen Parametern

zwischen dem Laufbandlauf und dem Laufen in der

Ebene gefunden (siehe Tab. 1 und Fig. 1).

Schlussfolgerungen:

Laufbandlaufen führt zu kürzeren Stützzeiten und

Schrittlängen, höheren Schrittfrequenzen [4] sowie einem

flacheren Fußaufsatz und einem größeren

Knieflexionswinkel im Vergleich zum Lauf in der Ebene.

Die kleineren Impulse der BRK sind auf die kürzeren

Schrittlängen zurückzuführen. Die an das Laufband

angepasste Kinematik erfordert verringerte

Kniegelenkmomente und erhöhte Sprunggelenkmomente

in der ersten Hälfte der Stützphase. Diese Unterschiede

sind auch beim Barfußlaufen im Vergleich zum

beschuhten Laufen zu finden [5]. Die grundsätzliche

Vergleichbarkeit der biomechanischen Parameter

gemessen auf dem Laufband und in der Eben ist

gegeben und ermöglicht eine invers-dynamische

Betrachtung für eine Vielzahl von repetitiven Schritten

oder kontrollierten Langdistanzläufen.

Literatur:

[1] Nigg et al., Med Sci Sports Exerc, 1995

[2] Kram et al., J Appl Physiol, 1998

[3] Riley et al., Med. Sci. Sports Exerc, 2008

[4] Schache et al., Clin Biomech, 2001

[5] de Wit et al., J of Biomech, 2000

Anhang 1

Anhang 2

P 33 Segmentierte Wirbelsäulenbewegungen beim Gehen mit zwei Geschwindigkeiten innerhalb zweier Altersgruppen D. North1,2, A. Kranzl1, B. Attwenger1, B. Horsak3, C. Peham2 1Orthopädisches Spital Speising, Wien, Oesterreich 2Veterinärmedizinische Universität, Department/Universitätsklinik für Kleintiere und Pferde, Wien, Oesterreich 3Fachhochschule St. Pölten, Studiengang Physiotherapie, St. Pölten, Oesterreich

Einleitung

Die Auswirkung der Ganggeschwindigkeit auf die

Bewegungen der unteren Extremitäten ist bereits gut

dokumentiert. Welchen Einfluss die Geschwindigkeit

beim Gehen auf den Thorax hat, wurde nur von wenigen

Arbeiten beleuchtet. In dieser Studie wird diese

Auswirkung, mittels spezieller Betrachtung der

Wirbelsäulenbewegungen in verschiedenen

Segmentbereichen, untersucht. Neben der

Ganggeschwindigkeit wird das Alter als Co Faktor

ebenfalls untersucht.

Methoden

Tabelle 1 beschreibt die Wirbelsäulenbereiche, die

untersucht wurden. Insgesamt nahmen 24 Personen (je

12 zwischen 20-35, 40-50 Jahre) an dieser Studie teil.

Die Aufnahmen wurden mittels eines 3D Messsystems

erstellt. Eine Gehstrecke von 10 Metern musste 8-mal mit

normaler (self selected speed) und einer schnelleren

Ganggeschwindigkeit zurückgelegt werden. Die

Ergebnisse wurden mithilfe des T-Tests analysiert.

Ergebnisse

Altersunabhängig werden das Becken und der

Oberkörper beim schnellen Gehen mehr nach vorne

gekippt. Die Vorneigung des Oberkörpers ist gegenüber

dem Becken geringer ausgeprägt. Dieser Effekt hat seine

Ursache in der Lendenlordose, die bei erhöhter

Geschwindigkeit zunimmt. Die mittlere Stellung bei allen

Postersessions

102

anderen Wirbelsäulenwinkeln bleibt unverändert, der

Bewegungsumfang nimmt signifikant zu. Bei den

jüngeren Probanden ist das Becken mehr nach vorne

gekippt. Die Beckenkippung wird vor allem im Bereich

von L3 bis T10 mittels erhöhter Lordose ausgeglichen.

Die Oberkörpervorneigung ist bei den jüngeren

Probanden niedriger.

Diskussion

Zwischen den Altersgruppen zeigte sich bei der älteren

Gruppe eine stärkere Oberkörpervorneigung gegenüber

der jüngeren Gruppe, trotz signifikant niedrigerer

Ganggeschwindigkeit. Dies bedingt in der jüngeren

Gruppe eine vermehrte Lordose im Bereich von L3 bis

TH10, die zu einer vermehrten Oberkörperaufrichtung

führt. Bei erhöhter Geschwindigkeit nimmt der

Bewegungsumfang aller Wirbelsäulenbereiche in der

frontalen und sagittalen Ebene zu. Der

Bewegungsumfang des gesamten Thorax nimmt nur in

der frontalen Ebene zu. Die Ergebnisse zeigen, dass

eine Klassifizierung der Wirbelsäulenbewegungen in

verschiede Altersgruppen und Ganggeschwindigkeiten

unabdingbar für Normdaten ist.

Gefördert vom Fonds zur Förderung der

wissenschaftlichen Forschung (FWF P25832)

Anhang 1

P 34 Vergleich von plantaren Spitzenkraftwerten (Plattform-basiert vs. sensor-beladene Sohlen) unter Verwendung eines Neutralschuhes E. Westphal1, H.-D. Carl1, A. Jendrissek1, B. Swoboda1, T. Hotfiel1 1Universität Erlangen-Nürnberg, Orthopädische Rheumatologie , Erlangen, Deutschland

Fragestellung

Die dynamische Pedobarographie wurde in einer Vielzahl

wissenschaftlicher Fragestellungen angewandt.

Grundsätzlich können plantare kinetische Parameter

mithilfe einer ortsbasierten Messplatte oder mit flexiblen

Messsohlen im Innenschuhverfahren ermittelt werden. In

der Literatur finden sich widersprüchliche Ergebnisse

bzgl. der Vergleichbarkeit o.g. Messverfahren. Das Ziel

unserer Studie war es, in systematischer

Vorgehensweise die beiden oben genannten

Messverfahren gegenüberzustellen.

Methoden

Mithilfe des Innenschuhmesssystem pedar®-X (novel

GmbH, München) sowie der emed®-n50 Plattform wurde

die Größe „Maximalkraft“ bei 14 gesunden Probanden

(14 rechte und linke Schritte) unter 4 anatomischen Fuss-

Regionen gemessen. Die Datenerhebung erfolgte auf der

Messplatte unter Barfußbedingungen, zur Fixierung der

Messohlen im Innenschuhverfahren wurde ein in der

Literatur beschriebener Neutralschuh (Breidbach, Fulda)

verwendet. Die statistische Auswertung erfolgte bei

Normalverteilung der Messdaten mittels t-test für paarige

Stichproben; das Signifikanzniveau wurde auf p = 0.05

festgelegt.

Ergebnisse

Für alle definierten plantaren Regionen zeigte sich, bis

auf den Vorfuß des nicht bevorzugten Fußes, statistisch

signifikant erniedrigte Absolut-Werte für Maximalkraft auf

der Messplattform im Vergleich zum

Innenschuhmessverfahren. Für den Rückfuß zeigte sich

eine Differenz von 18 % (bevorzugter Fuß) und 15%

(nicht bevorzugt). Der größte Unterschied zeigte sich im

Mittelfußbereich (24% bzw. 33%). Im Bereich der

Mittelfußköpfchen (10% bzw. 6 %) und der Zehen (14%

bzw. 11%) zeigte sich die geringste Abweichung

zwischen beiden Verfahren.

Schlussfolgerung

Die von uns angewandten Messverfahren unterscheiden

sich in Bezug auf die plantare Maximalkraft.

Pedobarographische Messwerte müssen daher unter

Berücksichtigung des verwendeten Messverfahrens

beurteilt werden, und Messwerte unterschiedlicher Mess-

Systeme sind per se nicht übertragbar. Resultierende

Unterschiende sind nicht, wie früher angenommen, auf

Kräfte durch konfektionierte Schuhe zurückzuführen,

sondern durch unterschiedliche technischen

Voraussetzungen.

Postersessions

103

Anhang 1

Anhang 2

P 35 The Relationship between Plantar Pressures and Body Mass. A new Approach using Barefoot Shoes and Dynamic Pedobarography T. Hotfiel1, F. Wendler1, A. Jendrissek1, H.-D. Carl1, B. Swoboda1 1Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg, Abteilung für Orthopädische Rheumatologie, Erlangen, Deutschland

Background

Elevated Plantar pressure is a common risk factor for

incidence of foot ulcers or stress fractures. A clear

demarcation of a systematic raise of body load regarding

its effect on plantar pressure, applied to paired sample

under identical experimental conditions such as the

application of a neutral shoe, an individually adaptable

weighted vest and a clear defined running velocity has

not been described.

Methods

17 healthy volunteers with no history of foot complaints

were asked to participate. After an initial trial excluding

any weights, in trials body weight was loaded up with a

weighted vest with 10%, 20% and 30% of the individual

initial weight. To asses plantar pressure patterns we used

the Pedar ® X system (Novel Inc., Munich, Germany. In

case of shoe wear a neutral shoe was applicated.

Results

We were able to detect a statistically significant increase

of plantar pressure for both sides and for all defined foot

portions in case of a body load up to 20% and 30%.

Regarding the increase of 10% body load, all

measurements show a significant raise of plantar

pressure patterns, excluding the preferred hindfoot and

non-preferred forefoot. In consideration to the relative

increase of plantar pressure, the measurements

demonstrate the highest rise in midfoot area of 44% for

the preferred regarding 30% increase of body weight in

comparison to baseline.

Conclusion

Peak plantar pressure increases with loaded body

weight. Especially the midfoot area displays earlier (10%

load) a significant increase in peak pressure for both feet

between loaded body weight and baseline than hindfoot

and midfoot area.

Clinical Relevance

We see our measurements relevant for overweights and

persons handling with heavy equipment such as

protective gear, backpacks or tools in view of incidence

of plantar ulcers and stress fractures.

Anhang 1

Postersessions

104

Anhang 2

P 36 Tagesabhängige Veränderungen individueller Gangmuster F. Horst1, F. Kramer1, B. Schäfer1, A. Eekhoff1, P. Hegen1, W. I. Schöllhorn1 1Johannes Gutenberg Universität Mainz, Mainz, Deutschland

Einleitung

Biomechanische Diagnosen und Therapien gehen in der

Regel von einer weitestgehenden Konstanz der

Bewegungsmuster aus, solange keine Intervention

stattfindet. Trotz des Wissens um ständige Änderungen

in biologischen Systemen, wird zu beobachtenden

Bewegungsvariationen nur eine zu vernachlässigende

Bedeutung zugeschrieben [1]. Gegenstand dieser Studie

ist die Veränderung von individuellen Gangmustern an

verschiedenen Tagen.

Methoden

Acht gesunde und sportlich aktive Probanden (sechs

weiblich, zwei männlich; 23.5 ± 2.3 Jahre) gingen an acht

Tagen innerhalb von zwei Wochen jeweils 15-mal barfuß

mit selbstbestimmter Geschwindigkeit über zwei

Kraftmessplatten (Kistler, 1000 Hz) und wurden zeitgleich

mit einem Infrarotkamerasystem (Qualisys, 250 Hz)

aufgezeichnet. Die Auswertung wurde jeweils auf einen

Doppelschritt beschränkt. Die kinematischen Daten

wurden mit einem Butterworth-Tiefpassfilter 2. Ordnung

mit einer Grenzfrequenz von 18 Hz gefiltert.

Die Verläufe der Gelenkwinkel der unteren Extremitäten

sowie der Bodenreaktionskraft wurden mithilfe von

Support Vector Machines klassifiziert. Die Klassifikation

erfolgte für alle acht untersuchten Tage sowie für alle

Kombinationen aus jeweils zwei Tagen und wurde für

jeden Probanden individuell vorgenommen.

Ergebnisse

Die mittlere Klassifikationsrate der Acht-Tages-

Klassifikation beträgt 59.1 ± 9.4% für die

dynamometrischen und 95.5 ± 5.8% für die

kinematischen Daten. Die mittlere Klassifikationsrate der

Zwei-Tages-Klassifikation beträgt 86.2 ± 6.7% für die

dynamometrischen und 98.1 ± 1.2% für die

kinematischen Daten.

Diskussion

Die Erkennungsraten der Acht-Tages-Klassifikation von

59.1% bzw. 95.5% unterscheiden sich deutlich von der

zufälligen Klassifikationsrate von 12.5% und weisen auf

natürliche Unterschiede der Gangmuster an den

untersuchten Tagen ohne eine spezifische Intervention

hin. Die hohen Zwei-Tages-Klassifikationsraten

verdeutlichen zudem eine grundlegende Problematik von

Untersuchungen mit Prä-Post-Design.

Literatur

[1] Newell, K.M., Deutsch, K.M., Sosnoff, J.J. & Mayer-

Kress, G. (2006). Variability in motor output as noise: A

default and erroneous proposition? In K. Davids, S.

Bennet & K. Newell (Eds.), Movement system variability

(pp. 3-23). Champaign (Ill): Human Kinetics

Postersession 7 – Implantate

P 37 Influence of plate material and screw design on stiffness and ultimate load of locked plating in osteoporotic proximal humeral fractures J. C. Katthagen1, M. Schwarze2, M. Warnhoff1, C. Voigt1, C. Hurschler2, H. Lill1 1Diakoniekrankenhaus Friederikenstift , Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Hannover, Deutschland 2Medizinische Hochschule Hannover, Labor für Biomechanik, Hannover, Deutschland

Postersessions

105

Background

Locking-screw plating is an established and commonly

used treatment for dislocated proximal humeral fractures.

Despite advancement of implants, complication rates for

proximal humeral fixation remain high at up to 30%

attributed to varus loss of reduction and articular screw

perforation. Approaches to prevent complications include

adaption of plate stiffness by variation of geometry

material and material as well as increase of screw

diameter to so called locking bolts.

The main purpose of this study was to compare the

biomechanical properties of a carbon-fiber reinforced

polyetheretherketone (CF-PEEK) composite locking plate

with pre-existing data of a titanium-alloy plate when used

for fixation of an unstable 2-part fracture of the surgical

neck of the humerus. The secondary purpose was to

compare the mechanical behavior of locking bolts and

conventional locking cancellous screws.

Methods

7 pairs of fresh frozen human humeri were allocated to

two equal groups. All specimens were fixed after 10mm

osteotomy simulating an unstable 2-part fracture with the

CF-PEEK plate. One group was fixed with cancellous

screws and the other with locking bolts. Stiffness, fracture

gap deflection and ultimate load were assessed in a

servo-hydraulic testing machine. Stiffness was

determined with a load limit of 200N in axial loading and

20deg abduction / adduction. Ultimate load was

determined with constant displacement speed until visual

observation of failure. Results were compared between

groups and with pre-existing biomechanical data of a

titanium-alloy plate.

Results

The CF-PEEK plate featured significantly lower stiffness

compared to the titanium-alloy plate (p<0.001, Tab. 1). In

ultimate load testing, 6 out of 14 CF-PEEK plates failed

due to irreversible deformation and cracking. No

significant difference was observed between results of

locking bolts and cancellous screws (p>0.05, Tab. 1).

Conclusion

The CF-PEEK plate significantly increases movement in

an unstable proximal humeral fracture compared to the

commonly used titanium-alloy plate. These strains are

sufficiently high that they could conceivably have a

negative impact on bone healing. The high rate of

cracking plates poses a high risk of complete loss of

stabilization in vivo. The screw design however does not

affect the constructs mechanical behavior.

Anhang 1

P 38 Festsetzen von winkelstabilen Verriegelungsschrauben P. Varady1,2, M. Bowien1,2, P. Augat1,2 1Berufsgenossenschaftliche Unfallklinik Murnau, Institut für Biomechanik, Murnau, Deutschland 2Paracelsus Medizinische Privatuniversität, Institut für Biomechanik, Salzburg, Österreich, Deutschland

Fragestellung

Das Festsetzen von winkelstabilen, monoaxialen

Verriegelungsschrauben ist ein bekanntes Problem bei

der Metallentfernung von Osteosynthesen. Dabei sind

insbesondere 3,5mm-Schrauben betroffen. Ziel dieses

Projekts war es einen Testaufbau zu entwickeln, der das

Festsetzen von solchen Schrauben unter verschiedenen

Bedingungen reproduzieren kann und damit eine

Parameterstudie durchzuführen.

Methoden

Als Messgröße für das Festsetzen der winkelstabilen

Schrauben wurde die Veränderung des

Schraubenausdrehmoments gegenüber dem -

eindrehmoment untersucht. Die Schraubenverbindung

wurde dabei in einem praxisnahen in-situ-Versuch in

Kochsalzlösung getestet. Es wurden zwei

Teilkonstruktionen entworfen. Der erste Aufbau

ermöglichte das Ein- und Ausschrauben (Abb. 1: Aufbau

zum Schraubeneindrehen und -ausdrehen) mit

definiertem Moment und Winkel, der zweite Aufbau die

dynamische Belastung (Abb. 2: Aufbau für die

dynamische Belastung). Nach Eindrehen der Schraube

im ersten Aufbau folgte die dynamische Belastung im

zweiten Aufbau. Im Anschluss daran wurde die Schraube

im ersten Aufbau ausgedreht.

Für verschiedene Konfigurationen (0 ° und 3 ° Winkel,

100 % und 150 % des herstellervorgegebenem

Eindrehmoment von 1,5 Nm, 6faches Ein- und

Ausschrauben) wurde der Versuchsaufbau mit LCP-

Konstrukten (Johnson & Johnson, New Brunswick, US-

NJ) dynamisch (250000 Zyklen, 150 N Last) mit je 5

Proben je Gruppe getestet.

Postersessions

106

Ergebnisse

Für gerade Verschraubungen ergaben sich

durchschnittliche Vergrößerungen (bezogen auf das

Eindrehmoment) des Ausdrehmoments um 68 % (1,5

Nm) und 40 % (2,25 Nm), für schräge 3 °-

Verschraubungen um -73 % (1,5 Nm) und -37 % (2,25

Nm). Das 6fache Ein- und Ausschrauben (1,5 Nm) vor

der zyklischen Belastung führte bei 0 ° und 3 ° zu einer

Lockerung der Schrauben (26 % und 16 %).

Schlussfolgerungen

Der neue Prüfapparat ermöglichte die Reproduktion des

Festsetzungs-Phänomens unter bestimmten

Voraussetzungen. Eine Erhöhung des Ausdrehmoments

konnte bei gerader Verschraubung, ein Lösen der

Verbindung bei schräger Verschraubung oder bei

mehrfachem Ein- und Ausschrauben beobachtet werden.

Als Handlungsempfehlung lässt sich ableiten, dass für

ausreichende Festigkeit schräges und mehrfaches

Einschrauben vermieden werden sollte.

Anhang 1

Anhang 2

P 39 Quantifizierung der Effektivität des Neuro-Implantats “ActiGait“ bei Patienten mit Fußheberparese mittels instrumentierter Ganganalyse H. Boeth1, A. Agres1, G. N. Duda1, S. Weichelt2, G. Schackert2, L. Haubold1, K. D. Martin2 1Julius Wolff Institut, Berlin, Deutschland 2Universitätsklinikum Carl Gustav Carus , Neurochirurgie, Dresden, Deutschland

Einleitung

Eine zentral bedingte Fußheberparese ist eine der

häufigsten Ursachen für eine Immobilisation bei

Patienten mit einem ischämischen oder hämorragischen

Schlaganfall und bei Patienten, welche an einer Multiplen

Sklerose erkrankt sind. In 20% der Schlaganfallpatienten

ist der Fallfuß der Hauptgrund für ihre Immobilität, was zu

pathologischen kompensierenden Bewegungsmustern

führt und das Sturzrisiko erhöht [1]. Derzeit kann eine

oberflächliche Nervus peronaeus -Stimulation zwar das

Gangbild verbessern, allerdings geht diese Technik

einher mit einer aufwendigen Platzierung und Einstellung

der Elektrode, was durch z.B. eine Fehlplatzierung zu

Schmerzen führen kann. Aus diesem Grunde möchten

wir innerhalb dieser Studie die Effektivität des

implantierbaren Nervus peronaeus-Stimulation „ActiGait“

quantifizieren.

Postersessions

107

Methoden

5 Patienten mit einer zentral bedingten Fußheberparese

wurden präoperativ bei ein- und ausgeschaltetem

Oberflächenstimulator, welcher den Nervus peronaeus

stimuliert, einer Ganganalyse unterzogen. 10 Wochen

und 6 Monate nach der Implantation des „ActiGait“

werden die Messungen wiederholt. Es werden die

Kinematik und räumlich-zeitliche Parameter erhoben.

Ergebnisse

Die vorläufigen Ergebnisse der präoperativen

Messungen zeigen eine erhöhte Dorsiflexion bei

eingeschaltetem Oberflächenstimulator, die besonders in

der Schwungphase deutlich wird (Abbildung 1).

Außerdem kann eine erhöhte Geschwindigkeit, als auch

eine erhöhte Schrittlänge in allen 5 Patienten vermerkt

werden (Abbildung 2).

Anhang 1: Sagittaler Fussgelenkswinkel bei einem

Patienten während eines Gangzyklus mit

Oberflächenstimulation an (rosa) und aus (blau).

Anhang 2: Schrittlänge und Geschwindigkeit für alle 5

Patienten mit Stimulation an und aus.

Diskussion

Trotz einer geringen Patientenzahl können wir bei

eingeschaltetem Oberflächenstimulator deutliche

Verbesserungen des Gangbildes vermerken. Wir

erwarten, dass sich diese vorläufigen Ergebnisse auch

nach der Implantation des „ActiGait“ bestätigen und

dadurch eine entscheidende Verbesserung der

Lebensqualität der Patienten erzielt werden kann.

Referenzen

1. Fatone S, Effect of ankle-foot orthosis alignment and

foot-plate length on the gait of adults with poststroke,

Arch Phys Med Rehabil. 2009

Anhang 1

Anhang 2

P 40 Azetabuläre Perforation durch Cut through nach Marknagelosteosynthese trochantärer Frakturen. Mechanische in vitro Simulation. H. Grünewald1, L. Konstantinidis1, A. Hirschmüller1, N. Südkamp1, P. Helwig1 1Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, 79106, Deutschland

Fragestellung

Das „Cut through“ wird als zentrales Durchschneiden des

Schenkelhalslastträgers (SLT) durch das Hüftgelenk im

Rahmen von operativ stabilisierten proximalen

Femurfrakturen definiert, bei dem es zu keiner weiteren

Achsenabweichung des Femurkopf-Fragmentes kommt.

Die Ursache dieses Phänomens ist bisher nicht

ausreichend erklärt. Fragestellung der aktuellen Arbeit

ist, ob sich das Phänomen der Medialisierung

experimentell nachstellen lässt.

Methodik

Die Versuche wurden an 6 Marknägeln durchgeführt (3 x

PFNA-Synthes, 3 x TargonPFT-Aesculap). Die

Kraftkonfiguration erfolgte in Anlehnung an das Modell

von Loch et al. Die Kraftresultierende des SLT (FR)

wurde in zwei Kräfte aufgespalten, eine entlang des SLT

(F1) und eine senkrecht hierzu mit Kraftrichtung nach

kaudal (F2). Durch horizontale Lagerung der Nägel

wurde die Schwerkraft ausgeschaltet und zur Fixierung

der distale Nagelteil in Polymethylmetacrylat fixiert. An

der Spitze des SLT erfolgte eine zyklische Belastung

entlang F2 mit 0-70 Newton über 100 Zyklen. Der

Versuch wurde 3x/Nagel wiederholt. In einer 2. Serie

wurde der SLT identisch belastet, jedoch zusätzlich mit

einem elastischen Widerstand in Gegenrichtung von F2 (-

F2). Sie diente dem Wiedererlangen der Ausgangposition

des SLT während der Entlastungsphase. Jeder Versuch

wurde höchstens bis zu einer Medialisierung von 2 mm

durchgeführt.

Postersessions

108

Ergebnisse

Beim PFNA kam es unter Anwendung von F2 zu keiner

Medialisierung des SLT. Unter Anwendung der -F2 kam

es bei allen Versuchen zu einer reproduzierbaren

Medialisierung der Klinge (1. PFNA: im Mittel nach 15

Zyklen; 2. PFNA: im Mittel nach 2 Zyklen; 3. PFNA: im

Mittel nach 26 Zyklen). Der Targon zeigte weder mit,

noch ohne -F2 Kraft eine Medialisierung.

Schlussfolgerung

Es konnte festgestellt werden, dass es zur Medialisierung

im Rahmen einer Mikrobewegung kommt, dies sollte

beim Design neuer Frakturimplantate berücksichtigt

werden, z.B. durch Herstellung eines strafferen Interface

oder durch Entwicklung konischer Schrauben, die eine

Medialisierung blockieren, ohne dass der dynamische

Charakter der Osteosynthese kompromittiert wird. Die

fehlende Medialisierung des TargonPFT könnte durch die

engere Führung der Schraube in der Gleithülse und

damit einer geringeren Mikrobewegung erklärt werden.

41 Magnesiumbasierte orthopädische Implantate auf dem Prüfstand: Korrosionsermüdung eines intramedullären Nagels und die Cytotoxizität von LAE442 M. Krämer1, M. Schilling1, B. Hering2, J. Reifenrath3, H. Windhagen4, E. Willbold1, A. Weizbauer1 1Medizinische Hochschule Hannover, Labor für Biomechanik und Biomaterialien, Hannover, Deutschland 2Leibniz Universität Hannover, Institut für Fertigungstechnik, Hannover, Deutschland 3Tierärztliche Hochschule Hannover, Kleintierklinik, Hannover, Deutschland 4Medizinische Hochschule Hannover, Orthopädische Klinik, Hannover, Deutschland

Fragestellung

Die hohe mechanische Festigkeit, eine gute

Biokompatibilität und nicht zuletzt langsame

Korrosionsraten ließen in den letzten Jahren

Überlegungen zur Anwendung von Magnesium (Mg)

basierten Implantaten in lasttragenden Bereichen

aufkommen. Um die Eignung der Magnesiumlegierung

LAE442 als Implantatmaterial am Anwendungsbeispiel

des intramedullären Nagels (IN) abzuschätzen, hat die

vorliegende Studie zum Ziel: (i) Das Implantatversagen

unter zyklischer Belastung zu beurteilen, (ii) die

Korrosionsrate von LAE442 zu bestimmen sowie (iii) die

Cytotoxizität von LAE442 Extrakten zu identifizieren.

Methodik

Je 5 Mg basierte prototypische IN wurden zyklischen

Biegebelastungen in Aquadest bzw. Hank’s Balanced

Salt Solution (HBSS) unterzogen bis eine Grenze von

500.000 Zyklen erreicht wurde oder ein Versagen der

Probe eintrat. Die Bestimmung der Degradationsrate von

LAE442 in HBSS erfolgte durch eine 14 tägige

Immersion von 6 zylindrischen Proben mithilfe der

Erfassung des korrosionsbedingten Masseverlusts sowie

durch die Messung der bei der Degradation entwickelten

Gasmenge. Zudem wurde die Legierung einem

Cytotoxizitätstest an L929 Zellen nach ISO 10993-5

unterzogen.

Ergebnisse

Die Ermüdungsuntersuchungen zeigen ein signifikant (p

Für LAE442 in HBSS Lösung ergab sich eine

Korrosionsrate von 0,24 ± 0,12 mm/Jahr

(Masserverlustuntersuchungen) bzw. 0,21 ± 0,03

mm/Jahr (Gasfreisetzung). Die Cytotoxizitätsanalysen

ergab eine signifikant (p>0.05) geringere relative,

metabolische Zellaktivität in 100% Extrakt, verglichen mit

den Aktivitäten in 50%, 25%, 12.5% Extrakten (Abb 1).

Schlussfolgerungen

LAE442 zeigt eine niedrige Korrosionsrate in HBSS und

eine moderate Cytotoxizität, und eignet sich daher im

Vergleich mit anderen Legierungen gut für orthopädische

Anwendungen. Die Ursache für ein frühes Ermüden bei

zyklischer Belastung in HBSS deutet ein ablösen der

äußersten Mg(OH)2 Schicht gefolgt von der Bildung von

Lochkorrosion an, welche eine frühzeitige Rissinitiierung,

-ausbreitung begünstigt. Ohne eine

korrosionshemmende Beschichtung des

magnesiumbasierten, IN erscheint eine Anwendung in

lasttragenden Bereichen unrealistisch.

Anhang 1

Postersessions

109

Anhang 2

P 42 Einfluss der Angulation von Kopfverriegelungsschrauben auf die statischen und zyklischen biomechanischen Eigenschaften der winkelstabilen Plattenosteosynthese D. Wähnert1, M. Windolf2, B. Gueorguiev2, M. J. Raschke1 1Universitätsklinik Münster, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Deutschland 2AO Forschungsinstitut , Davos, Schweiz

Fragestellung

Die winkelstabile Plattenosteosynthese stellt die

Regelversorgung vieler osteoporotischer Frakturen dar.

Diese Studie soll den Einfluss der Schraubenangulation

auf die biomechanischen Eigenschaften klären.

Methoden

Selbst gefertigte Stahlplatten mit zwei

Kopfverriegelungslöchern in drei verschiedenen

Schraubeninsertionswinkeln (0°, 10° und 20° Divergenz)

wurden mittels 5 mm selbstschneidenden LCP-

Schrauben auf PU-Schaumblöcke (Dichte 0.32 g/cm3)

fixiert (N=8 je Gruppe). Die mechanische Testung

umfasste einen Plattenausrissversuch, dieser wurde

zusätzlich an bovinen Spongiosapräparaten

durchgeführt. Des weitern erfolgte eine zyklische Testung

bis zum Versagen. Die Kraft wurde in einem Winkel von

30° zur Vertikalen und mit einer Frequenz von 1 Hz in die

Platte eingeleitet. Der Kraftangriffswinkel wurde mit

7,2°/s zyklisch um 270° um die Vertikale variiert. Die

Vorlast betrug 20N, die Maximallast 50N, diese wurde

um 0.09N/Zyklus kontinuierlich erhöht. Das Versagen

wurde mittels zweier Bewegungssensoren erfasst.

Ausrisskräfte, Konstruktsteifigkeiten und Zyklen bis zum

Versagen wurden statistisch mittels ANOVA mit

Bonferroni post-hoc Korrektur zwischen den Gruppen

verglichen.

Ergebnisse

Die höchste mittlere Auszugskraft erreichten die Proben

mit Schrauben in 0° Position (10° - 60% bzw. 20° 54%

der Ausrisskraft der 0° Konstrukte; p<0,001). Dies

bestätigte sich auch in den bovinen Proben, hier

erreichten die 0° Proben signifikant höhere Werte als die

Proben mit 20° angulierten Schrauben (p≤0,006). Die

mittlere Steifigkeit war ebenfalls für die 0° Konstrukte

signifikant höher als für die angulierten (10° - 81% bzw.

20° - 69% der Steifigkeit der 0° Konstrukte; p<0,001).

Die Anzahl der Zyklen bis zum Versagen (cut-out der

Schrauben) sank mit zunehmender Angulation signifikant

ab (0° vs. 10> minus 22%, 0° vs. 20° minus 51%;

p≤0,01; Abb. 1).

Schlussfolgerungen

Diese Arbeit zeigt deutliche biomechanische Nachteile

von divergierenden Kopfverriegelungsschrauben sowohl

unter statischer als auch unter zyklischer Belastung. Die

Folgen für die klinische Anwendung können durch diese

in-vitro Arbeit allerdings nicht umfassend geklärt werden.

Abbildung 1: Anzahl der Zyklen bis zum Versagen nach

Angulationsgrad.

Anhang 1

P 43 Elastically Suspending the Screw Holes of a Locked Osteosynthesis Plate Can Dampen Impact Loads F. Capanni1, K. Hansen2, D. C. Fitzpatrick2, S. M. Madey2, M. Bottlang2 1Hochschule Ulm, Biomechanik, Produktentwicklung und Simulation, Ulm, Deutschland 2Biomechanics Laboratory, Legacy Research Institute, Portland, Oregon, U.S.A., Vereinigte Staaten Von Amerika

Introduction

Osteosynthesis plate constructs must sustain prolonged

load transmission across a fracture as the fracture

Postersessions

110

healing process gradually restores physiological load

transfer. Clinically, plate osteosynthesis represents a

race between fracture healing and fixation failure,

whereby prolonged or excessive loading increases the

risk of loosening or fatigue failure of the fixation

construct. Impact damping by elastic fixation is a principal

engineering strategy to increase the durability of load-

bearing structures exposed to prolonged dynamic

loading. In case of impact loading, elastic suspension can

act as a shock absorber that dampens the load

magnitude by distributing the impact energy over a

prolonged time to prevent structural damage. Elastic

suspension with elastomeric shock absorbers has been

successfully implemented in exoprotheses, dental

implants, hip protectors, and disc replacements to reduce

peak loading. This biomechanical study evaluated axial

impact damping provided by a novel “dynamic” locking

plate. In this design, locking screw holes are elastically

suspended within a silicone envelope inside the locking

plate (Figure 1).

Method

Axial impact damping (Figure 2) was assessed for three

fixation constructs applied to bridge a 10 mm fracture gap

of a femoral diaphysis surrogate: a standard locking

plate, an dynamic locking plate, and an Ilizarov ring

fixator. First, the three fixation constructs were

characterized by determining their axial stiffness.

Subsequently, constructs were subjected to a range of

axial impact loads to quantify damping of force

transmission.

Results

Compared to standard locked plating constructs, dynamic

plating constructs were 58% less stiff (p

Conclusion

In conclusion, lower construct stiffness correlated with

superior damping of axial impact loads. Dynamic locking

plates provide significantly greater impact damping

compared to standard locking plates.

Anhang 1

Anhang 2

P 44 Comparison of two Established Screw Configurations for Subtalar Arthrodesis in a Cyclic Loading Model: A Biomechanical Study M. Eichinger1, A. Bölderl1, R. Mayr1, A. Brunner1, W. Schmoelz1 1Medizinische Universität, Unfallchirurgie, Innsbruck, Oesterreich

Background

Screw fixation has evolved as the method of choice in

isolated subtalar arthrodesis and different screw

configurations have been described. During the

postoperative mobilisation of the patient repetitive loading

with the risk of screw loosening, loss of reduction and

nonunion occurs. The purpose of the present study was

to compare the effect of two clinically applied screw

configurations on the stability of the arthrodesis construct

in a cyclic loading model.

Methods

Eight paired human cadaver foot specimens underwent

subtalar arthrodesis with parallel or delta screw

configuration and were compared to each other. The

instrumented specimens were subjected to cyclic loading

(1000 cycles with ±5 Nm rotation moment and 50 N axial

force). Joint motion was quantified in the three main

motion planes of the subtalar joint with pure bending

moments of ±3 Nm after instrumentation and after cyclic

loading.

Results

After instrumentation delta screw configuration showed

significantly less range of motion (RoM) compared to

parallel screw configuration in internal/external rotation

(mean 1.42° ±2.18 vs. 3.27° ±2.75; P=0.006) and in pro-

/supination (mean 0.87° ±1.37 vs. 1.49° ±1.07;

P=0.049).

Postersessions

111

After cyclic loading delta screw configuration resulted in

significantly less RoM in internal/external rotation and

pro-/supination compared to parallel screw configuration

(mean 3.34° ±4.59 vs. 8.79° ±7.98, P=0.006 and mean

1.85° ±2.32 vs. 3.90° ±3.90, P =0.017).

In all measurements no significant differences were

found between the two groups in

dorsalextension/plantarflexion.

Conclusion

Delta screw configuration resulted in decreased joint

motion in the subtalar arthrodesis construct initially after

instrumentation and after cyclic loading compared to

parallel screw configuration.

The results suggest that delta screw configuration might

result in higher fusion rates than parallel screw

configuration due to increased resistance to repetitive

loading.

Postersession 8 – Wirbelsäule

P45 TESTING OF HYBRIDE-INSTRUMENTATION IN LUMBAR SPINE USING MAGNETIC TRACKING SYSTEM AND BIOREACTOR A. Beckmann1, C. Herren2, M. Mundt1, J. Siewe3, R. Sobottke4, M. Stoffel1, B. Markert1 1RWTH Aachen, Institut für Allgemeine Mechanik, Aachen, Deutschland 2RWTH Aachen, Department of Orthopedic Trauma and Reconstructive Surgery, Aachen, Deutschland 3Universitätsklinikum Köln, Department of Orthopedic Trauma and Reconstructive Surgery, Köln, Deutschland 4Medizinisches Zentrum StädteRegion Aachen, Department of Orthopedic Trauma and Trauma Surgery, Würselen, Deutschland

One of the most common age-related changes of the

spinal column is degenerative lumbar stenosis, where

open decompression has become the most popular

surgical intervention. If required, treatment may be

combined with fusion of spinal segments which may

cause onset of adjacent segment disease (ASD) [1].

Initial benefits after posterior rigid stabilization might be

outweighed by ASD. Dynamic “topping off” devices

combine rigid fusion with an elastic rod system to prevent

hypermobility with axial intradiscal overload, where the

elastic component shows a temperature-dependent

stiffness.

To investigate the effect of topping off systems on ASD,

30 human fresh frozen L2-L5 spines are loaded quasi-

statically with pure moments (Fig. 1). Several tests are

performed with each specimen to investigate the

combination of rigid (L4/L5) and dynamic (L3/L4)

stabilization and additionally the influence of spinal

decompression and facet joint resection. For rigid fixation

titanium devices and for topping off, three different

dynamic systems are used (DTO®,Zimmer Co;

BalanC™, Medtronic Co.; DSS®, Paradigm Spine Co.).

Each device is tested in 10 specimens.

To compare temperature dependencies, a bioreactor is

developed. With a Cardan shaft setup pure moments are

applied to the spine to enable unrestricted deformation in

six spatial degrees of freedom. Translational and

rotational vertebra motions are measured using a

magnetic tracking (MT) system. As for MT no direct sight

is mandatory, measurements can be performed within a

liquid-filled bioreactor, with MT micro-receivers implanted

in the bone. Additionally, pressure transducers are

implanted into the nuclei of the discs.

Range of motions, nucleus pressures and shifts of

rotational axes from L2 to L5 are analyzed to investigate

the risk of ASD.

Fig. 1: MT allows to measure displacements in a liquid-

filled cylindrical bioreactor.

1. Helgeson et al: Update on the evidence for adjacent

segment degeneration and disease. The spine journal

2013, 13(3):342-351.

Anhang 1

P47 Einfluss des vorderen und hinteren Längsbandes auf die Biomechanik der mittleren Halswirbelsäule bei wirbelsäulenchirurgischen Eingriffen von ventral/vorn M. Werner1, M. Leimert2, H. Steinke1,3, C. Rotsch1 1Fraunhofer IWU, Medizintechnik, Dresden, Deutschland 2Universitätsklinikum, Dresden, Deutschland 3Institut für Anatomie der Universität Leipzig, Leipzig, Deutschland

Postersessions

112

Die operative Therapie der Halswirbelsäule ist sehr

anspruchsvoll und verursacht Revisionsraten von 10-20

% [1], [2]. Die Auswahl geeigneter Implantate und deren

sichere Verankerung sind für den Therapieerfolg

entscheidend. Gerade bei älteren Patienten sind jedoch

die ossären Strukturen häufig degenerativ geschädigt.

Zusätzlich werden die bewegungshemmenden

Strukturen, wie die dorsalen Bandstrukturen oder das

vordere Längsband [3], bei derzeitigen

Standardoperationen durchtrennt und reseziert. Der

Einfluss der Bandstrukturen auf die Gesamtstabilität und

der biomechanische Einfluss eines ventralen Eingriffes

auf das Gesamtsystem wurden im Rahmen eines

Verbundforschungsprojektes untersucht. Vermutet wird,

dass besonders das vordere und hintere Längsband

einen wichtigen Einfluss auf die Gesamtstabilität der

mittleren HWS besitzen. Für die Serienuntersuchung

standen insgesamt 16 alkoholfixierte Präparate zur

Verfügung. Dekompressionsbewegungen,

Drehbewegungen um die axiale Rotationsachse und

kombinierte Bewegungscharakteristiken wurden in einer

Prüfvorrichtung untersucht und die dazugehörigen

Lastwerte aufgezeichnet. Die genannten

Untersuchungen wurden inklusive

Durchschneidungsversuchen und nach typischer

ventraler Fusion modifiziert nach Cloward (PEEK Cage,

Fa. Medtronic) durchgeführt.

Prä -und postinterventionelle Mikro CT Untersuchungen

verifizierten die Genauigkeit der stattgehabten

Intervention. Es konnte eindeutig ein Einfluss der Bänder

auf die Gesamtstabilität nachgewiesen werden. So sank

nach der Entfernung des hinteren Längsbandes die

Belastung im Mittel um 6 % bei einer Drehbewegung um

±10 Grad und um über 20 % bei einer Zugbelastung.

Weitere Untersuchungen müssen angeschlossen

werden, um letztlich klinisch zu definieren, ob die

operative Strategie der standardmäßigen Resektion

insbesondere des hinteren Längsbandes geändert

werden muß.

[1] Cinotti G, Patti AM, Vulcano A, Della Rocca C,

Polveroni G, Giannicola G, Postacchini F : Experimental

posterolateral spinal fusion with porous ceramics and

mesenchymal stem cells. J Bone Joint Surg Br 2004.

135-142.

[2] McAfee P C, Lee GA, Fedder I L, Cunningham BW:

Anterior BAK instrumentation and fusion: complete

versus partial discectomy. Clin Orthop Relat Res (Clin

Orthop Relat Res) 2002; 394: 55-63.

[3] Graichen H, Putz R: Anatomische und funktionelle

Aspekte von Brust- und Lendenwirbelsäule. Der

Orthopäde 1999; 28: 424-431.

P48 Offene vs. minimal invasive Operationstechnik bei Spondylodese: Einfluss der Operationstechnik auf die Muskelaktivität der Rumpfmuskulatur P. Schenk1,2, C. Anders2, B. Ullrich1, H. Stark3, M. Fischer3, A. Gussew4, R. Rzanny4, J. Reichenbach4, K. Wohlfarth5, H.-C. Scholle2, G. O. Hofmann1,2 1BG Kliniken Bergmannstrost, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Halle (Saale), Deutschland 2Universitätsklinikum Jena, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie - FB Motorik, Pathophysiologie und Biomechanik, Jena, Deutschland 3Friedrich Schiller Universität, Institut für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie mit Phyletischem Museum, Jena, Deutschland 4Universitätsklinikum Jena, Medizinische Physik / IDIR I, Jena, Deutschland 5BG Kliniken Bergmannstrost, Klinik für Neurologie und Klinik für fachübergreifende Frührehabilitation, Halle (Saale), Deutschland

Einleitung:

Fusionstechniken aufgrund traumatischer Verletzungen

der Wirbelsäule sind mittlerweile übliche Verfahren um

die biomechanische Integrität wieder herzustellen. Im

Wesentlichen haben sich hier zwei Techniken zum

Einbringen der Fixateure etabliert, die offene (OS-open

surgery) und minimal invasive Operation (MIS-minimal

invasive surgery).

Methode:

Es wurden 10 männliche Patienten untersucht, wovon je

fünf OS und MIS versorgt mit 29 rückengesunden

Männern verglichen. Jeder Patient wurde dreimal einer

Untersuchung unterzogen, am Prä-OP Tag (U1), sowie 6

Wochen (U2) und 6 Monate (U3) danach. Erfasst wurde

hierbei die elektromyographische Muskelaktivität

(OEMG) der paravertebralen Muskulatur, sowie der

Bauchmuskulatur während statischer und dynamischer

Belastungen. Die hier vorgestellten Ergebnisse beziehen

sich lediglich auf der Bauchmuskulatur während

statischer Belastungen. Die Intensität der Belastung

betrug 9%, 17%, 34%, 50%, 71%, 87% und 100% des

individuellen Oberkörpergewichts. Aufgetretene

Schmerzen wurden mit der VAS erfasst.

Ergebnis:

Ein OS-Patient gab bereits zu U1 Schmerzen im

operierten Bereich an. Vier gaben zu U2 Schmerzen im

operierten Bereich an und drei weiterhin zu U3. Bei den

Postersessions

113

MIS-Patienten gab lediglich ein Patient während U1 und

zwei Patienten bei den beiden weiteren

Untersuchungsterminen Schmerzen an. Lediglich ein

OS-Patient und drei MIS-Patienten gaben bei allen

Untersuchungen keine Schmerzen an. Nicht alle

Patienten konnten sämtliche Belastungsstufen aufgrund

aufgetretener Schmerzen oder muskulärer

Dekonditionierungen absolvieren. Das OEMG beider

Patientengruppen lagen jedoch grundsätzlich im Bereich

Gesunder (Abb. 1).

Diskussion:

Das OEMG der Bauchmuskulatur scheint bei Patienten

nach Spondylodese nicht beeinträchtigt zu sein. Lediglich

insgesamt zwei Patienten (je ein OS- und ein MIS-

Patient) gaben vor der ventralen thorakoskopischen

Operation Schmerzen im operierten Bereich an. Nach

diesem Eingriff stieg sowohl deren Anzahl, als auch die

Intensität der Schmerzen. Insofern scheint der

thorakoskopische Eingriff eine nicht unbedeutende

Ursache möglicher Schmerzen nach Spondylodesen

darzustellen.

Acknowledgement:


GesetzlichenUnfallversicherung unterstützt. Die

Verantwortung für den Inhalt dieserVeröffentlichung liegt

beim Autor.

Anhang 1

Postersession 9 – Muskeln und Sehnen

P50 Aktivität der Unterschenkelmuskulatur bei maximal willkürlichen isometrischen Kontraktionen M. Hagen1, G. Schwiertz1, K. Landorf2, H. Menz2, G. Murley2 1Universität Duisburg-Essen, Inst. für Sport- und Bewegungswissenschaften, Essen, Deutschland 2LaTrobe University, Melbourne, AUS, Australien

Fragestellung

‚Aufgrund der besonderen Geometrie des

Sprunggelenkkomplexes hat jeder Unterschenkelmuskel

eine plantar- oder dorsalflektierendeundeine pronierende

oder supinierende Wirkung. Trotz der wichtigen Rolle der

Pronatoren und Supinatoren bei der Verspannung der

Fußknochen und ist deren nervale Ansteuerung bei

isolierten Pronationen und Supinationen unbekannt. In

der vorliegenden Untersuchung sollte die Annahme

überprüft werden, dass jedem Unterschenkelmuskel ein

spezifisches Innervationsmuster zugrunde liegt, das von

seiner agonistischen Funktion dominiert wird und zudem

vom Fußtyp abhängig ist.

Methoden

An 49 jungen Erwachsenen (25 Normalfüße: 12 Männer,

13 Frauen; 24 Plattfüße: 13 Männer, 11 Frauen) wurde

die myoelektrische Aktivität von m. tibialis posterior (TP)

und m. peronaeus longus (PL) mit intramuskulären

Elektroden sowie von m. gastrocnemius medialis (GM)

und m. tibialis anterior (TA) mit Oberflächenelektroden

bei maximal willkürlichen isometrischen Kontraktionen

gegen manuellen Widerstand in 4 verschiedene

Bewegungsrichtungen (PF - Plantarflexion; DF -

Dorsalflexion; PRO - Pronation; SUP - Supination)

erfasst. Der Fußtyp wurde in Anlehnung an Murley et al.

(1) klassifiziert. Die Daten wurden mit zweifaktoriellen

ANOVAs analysiert.

Ergebnisse

Alle untersuchten Muskeln zeigen ihre höchste Aktivität,

wenn sie als Agonist tätig sind (TP bei SUP; PL bei PRO;

GM bei PF; TA bei DF). Signifikant geringer (P<0,0001)

ist das Aktivitätsniveau bei synergistischer Funktion (TP

bei PF: 23 %; PL bei PF: 52%; GM bei SUP: 23%; TA bei

SUP: 72%). Signifikante Interaktionen bezüglich des

Fußtyps zeigen sich bei PRO im TA (P<0,05) und bei PF

im PL (P<0,01).

Postersessions

114

Schlußfolgerung

In Übereinstimmung mit dem Prinzip des

‚neuromechanical matching‘ (2) zeigen alle

Unterschenkelmuskeln spezifische Innervationsmuster

auf, die von ihrer agonistischen Funktion dominiert

werden. Bei TA und PL wird diese zudem vom Fußtyp

beeinflusst. Diese Erkenntnisse sollten bei

therapeutischem Unterschenkelmuskeltraining


Literatur

(1) Murley GS, et al. J Foot Ankle Res 2009, 2:22.

(2) Butler JE, et al. Prog Brain Res 2014, 209: 295-308.

P51 Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von equinen oberflächlichen Beugesehnen C. Freitag1, A. Ohrndorf1, H.-J. Christ1 1Universität Siegen, Institut für Werkstofftechnik, Siegen, Deutschland

Erkrankungen des equinen Bandapparates und

insbesondere eine Läsion der oberflächlichen

Beugesehne (OBS) führen in vielen Fällen trotz

adäquater chirurgischer Behandlung zu einer

Außerdienststellung des Pferdes. Dieser langwierige

Heilungsprozess liegt in einer zellarmen und wenig

durchbluteten Struktur der Sehne begründet.

Um das frühe Stadium der Schädigungsentstehung einer

equinen OBS ergründen zu können, wurde von der

Arbeitsgruppe Biomechanik des Lehrstuhls für

Materialkunde und Werkstoffprüfung ein

servohydraulisches in-vitro Prüfsystem gestaltet, welches

zyklische Versuchsreihen innerhalb einer

physiologischen Umgebung unter ultrasonographischer

Betrachtung der Sehne ermöglicht.

Durchgeführte Ermüdungsversuche an initial intakten

equinen OBS verdeutlichen eine Schädigungsentstehung

im mittleren Metakarpalbereich (Zone 2AB) ab einer

Belastung von etwa 60 MPa. Diese ist durch verstärkte

hyperechogene Erscheinungen im longitudinalen

Sonogramm visualisierbar, was auf eine

Strukturveränderung im Sehneninneren hindeutet. Die

zuvor in einer Helixanordnung parallel zur Längsachse

ausgerichteten Faserbündel verlieren ab einer definierten

Belastung ihre Struktur, was zu einer Unordnung und

daraus resultierender Verdichtung der Fasern und ihrer

umgebenden extrazellulären Matrix führt. In Korrelation

mit den anschließenden histologischen Untersuchungen

wird ein Versagen der innerhalb der extrazellulären

Matrix befindlichen Querverbindungen deutlich, bevor

eine Ruptur vollständiger Kollagenfaserbündel eintritt.

Mit Hilfe dieses Forschungsvorhabens soll das

Verständnis für die Schädigungsentstehung und den

Versagensfortschritt einer equinen OBS geschaffen

werden, um neue Therapiemöglichkeiten zu kreieren, die

über die veterinärmedizinische Anwendung hinaus für die

Humanmedizin von großer Bedeutung sein können.

P 52 Versagensverhalten humaner Muskelproben im Rahmen tumorendoprothetischer Versorgung des proximalen Femurs S. Schleifenbaum1, M. Schmidt1, R. Möbius2, N. Hammer2, T. Wolfskämpf2, T. Prietzel1, R. Grunert3 1KOUP Universitätsklinikum Leipzig , Gelenkphysikalisches Labor, Leipzig, Deutschland 2Universität Leipzig, Institut für Anatomie, Leipzig, Deutschland 3Fraunhofer IWU, Medizintechnik, Dresden, Deutschland

Einleitung

Bei tumororthopädischen Eingriffen müssen oftmals

umfangreiche Knochen- und Gelenkanteile reseziert und

durch Tumorendoprothesen ersetzt werden. Um

postoperativ eine adäquate Gelenkfunktion zu

gewährleisten, ist die Fixierung des zuvor abgelösten

Weichteilgewebes an das Implantat von großer

Bedeutung. Im Rahmen proximaler Femurversorgungen

kommen häufig feinmaschige textile Anbindungssysteme

(z.B. Trevira®) zum Einsatz.

Ziel der Untersuchung ist es erstmalig das mechanische

Versagensverhalten einer künstlichen

Weichteilanbindung zu untersuchen und auf

Unterschiede gegenüber einem nativ erhaltenen

Muskelansatz zu prüfen.

Methode

Es wurden vier Femura (post mortem) mit frei

präparierten Muskelanteilen des Quadriceps verwendet.

Die Proben dienten für folgende Versuchsreihen:

Test der Anbindung (Muskel - Knochen - original vs. Muskel - Implantat - Trevira®)

Test der Muskelmechanik (Abhängigkeit von Muskelfaserorientierung: parallel vs. senkrecht)

Zur Ermittlung des Versagensverhaltens wurden

uniaxiale Zugversuche unter Zuhilfenahme eines 3D-

Bildkorrelationssystems durchgeführt.

Postersessions

115

Ergebnis

Die native Muskel - Knochen Anbindung wies eine

Risslast von 26,7 ± 8,8 N und eine Dehnung von 94,8 ±

36,2 % und die Muskel - Implantat - Verbindung eine

Kraft von 18,1 ± 9,9 N und eine Dehnung von 79,3 ±

51,8 % auf. Das Versagen war überwiegend in den

Muskelfasern und nicht im Bereich der Nahtverbindung

zu beobachten. Die mechanische Prüfung in

Abhängigkeit zur Faserorientierung zeigte das parallel

orientierte Muskelfasern eine höhere Zugfestigkeit von

47,6 ± 11,5 N, gegenüber Fasern mit senkrechter

Orientierung von 14,8 ± 4,1 N aufweisen.

Schlussfolgerung

Ein Vergleich zwischen den Ergebnissen und

bestehender Literatur zeigt, dass in den Ursprungs- und

Ansatzbereichen größere Kräfte übertragen werden als

im Bereich der flächigen Weichteilanbindung. Für

zukünftige Tumorendoprothesen ist zu diskutieren, ob ein

Anbindungsschlauch mit regional differenzierten

Bereichen und potentiell anisotropen

Materialeigenschaften förderlich ist. Die verbesserte

Weichteilanbindung könnte geringere Komplikationsraten

und eine schnellere postoperative Rehabilitation des

Patienten ermöglichen.

Keywords

Tumorendoprothetik, Megaendoprothetik, proximaler

Femurersatz, Weichteilfixierung, Muskel-Knochen-

Anbindung, Trevira®-Anbindungsschlauch

P53 Loading rate dependency on in vivo gastrocnemius medialis tendon elongation K. D. Oberländer1, G. Epro1, P. Krauss1, K. Karamanidis1 1German Sport University Cologne, Institute of Movement and Sport Gerontology , Cologne, Deutschland

Introduction

The viscoelastic nature of tendons is generally accepted

and implies loading rate (LR) dependency on tendon

tensile strain1,2. Mechanically, it is possible to negate the

effect of LR dependency on strain calculation while giving

the object of interest (tendon) enough time to respond to

the desired target force. Hence, tensile tendon strain

should be higher compared to dynamic material testing

and stiffness calculations should be unbiased. This study

aimed to provide a novel approach to negate the effect of

LR on gastrocnemius medialis (GM) tendon strain

measurements and to investigate its reliability.

Methods

Ten young male adults performed isometric voluntary

plantar flexion contractions on a dynamometer and the

elongation of the GM tendon was synchronously

examined with ultrasonography (Temulab System). Three

different contraction tasks were examined: maximum

contractions with fast and medium LR, and contractions

at staged forces of 25%, 50% and 80% of maximal

tendon force. Each force level was held for three seconds

before release. Subjects were analyzed on two

consecutive days and the coefficient of multiple

correlations (CMC) was calculated. Statistical

comparison of GM tendon strain values from the staged

method was conducted between all contraction tasks and

days.

Results

There was a significant method effect on GM tendon

force-strain relationship (Figure 1), showing higher

tendon strain for the staged compared to the fast and

medium LR method. Medium in comparison to fast LR

demonstrated higher tendon strain values at 25% and

50% force levels. For all methods there was no day effect

and the CMC revealed 0.97 for the staged and 0.90 and

0.87 for the medium and fast methods.

Discussion

These results highlight the influence of LR on in vivo GM

strain measurements. The current staged approach

reduces the influence of viscoelasticity on force-strain

relationship of tendons and improves day-to-day

reliability and may therefore, be beneficial for clinical and

scientific settings.

Literature

1. Fung YC (1993) Biomechanics: Mechanical Properties

of Living Tissues. Springer-Verlag; 2. Gerus et al. (2011)

J. Biomech. 44: 2333-2336

Figure 1: Gastrocnemius medialis tendon force-strain

relationship

Anhang 1

Postersessions

116

P54 Auswirkung einer dynamisch zyklischen Belastung der Plantarfaszie auf deren Morphologie - eine Pilotstudie F. Ebrecht1, N. Kram1, R. Schrader1, F. Sichting1 1Technische Universität Chemnitz, Professur Bewegungswissenschaft, Chemnitz, Deutschland

Schlüsselwörter: Dehnung, Faszie, Plantarfaszie,

Ultraschall, Vorfußlauf

Fragestellung

Die Plantarfaszie (PF) wird als straffe fasziale

Bindegewebsstruktur beschrieben. Während des Gangs

ist sie einer permanenten Dehnungsbelastung

ausgesetzt. Bei in-vitro Untersuchungen an Tieren

konnte festgestellt werden, dass die Dehnung von

faszialem Gewebe zu erhöhter Wassereinlagerung

führen kann. Regenerations- und Anpassungsprozesse

werden in diesem Zusammenhang diskutiert. Im Rahmen

einer Pilotstudie soll überprüft werden, ob eine erhöhte

Wassereinlagerung Einfluss auf die Morphologie der PF

hat und mit Hilfe eines bildgebenden Verfahrens sichtbar

gemacht werden kann.

Methoden

An der Pilotstudie nahmen sechs Probanden teil. Die

Dicke der PF wurde im Übergangsbereich zum

Calcaneus mit Hilfe eines Ultraschallgeräts erfasst und

vermessen (Abb. 1). Insgesamt umfasste die Messung

drei Aufnahmen: unmittelbar vor einem 20-minütigem

Laufbandlauf, sowie drei und 30 Minuten nach dem Lauf.

Die Probanden wurden gebeten während des Laufens

bei selbst gewählter Geschwindigkeit auf dem Vorfuß zu

landen, um so die Belastung der PF zu erhöhen. Die

Vermessung der Aufnahmen erfolgte anschließend durch

einen Versuchsleiter.

Ergebnisse

Die Ergebnisse zeigen, dass drei Minuten nach einer

dynamisch zyklischen Belastung eine Verdickung der PF

um bis zu 11% messbar ist. 30 Minuten nach Belastung

ist dieser Effekt nicht mehr nachweisbar.

Schlussfolgerungen

Die zugrundeliegenden Ergebnisse widersprechen

bisherigen Annahmen einer Abnahme der Dicke der PF

nach unmittelbarer Belastung. Wenngleich die Daten

aufgrund des Pilotcharakters der Studie keine

repräsentativen Aussagen zulassen, so geben sie doch

ausreichend Anlass, die gefundenen Zusammenhänge

zwischen Belastung und Morphologie faszialer Strukturen

mit Hilfe eines bildgebenden Verfahrens vertiefend zu

untersuchen. Begleitende Kennwerte zur Reliabilität und

Objektivität der Ultraschallaufnahmen sind in diesem

Zusammenhang zwingend erforderlich. Auf dieser

Grundlage könnten zukünftig mögliche Regenerations-

oder Anpassungsprozesse der PF durch eine vermehrte

Wassereinlagerung diskutiert werden.

Abb. 1: Plantarfaszie und Messbereich (rot

gekennzeichnet) im Ultraschallbild

Literatur

Schleip, R. et al, J Bodyw Mov Ther 16: 94-100, 2012.

Anhang 1

P55 Reaktionen der Plantarfaszie auf eine medial wirkende Druckpunktmassage N. Kram1, R. Schrader1, D. Schuffenhauer1, M. Böhme1, P. Rudelt1, C. Schindler1, F. Sichting1 1TU Chemnitz, Institut für Angewandte Bewegungswissenschaften, Chemnitz, Deutschland

Fragestellung

Aktuelle Studien, welche den Einfluss dynamischer

Manipulationen der Plantarfaszie untersuchten, konnten

eine Steigerung der Beweglichkeit des dorsal

verlaufenden myofaszialen Systems feststellen. Die

Wirksamkeit sowie die zugrundeliegenden Mechanismen

vergleichbarer statischer Therapiebehandlungen wurden

dagegen bisher nicht untersucht. Im Rahmen dieser

Studie sollte die Frage beantwortet werden, welchen

Einfluss eine statische Druckpunktmassage der

Plantarfaszie auf die Beweglichkeit und das

Reflexverhalten des Bewegungsapparates hat.

Methoden

An der Studie nahmen 38 Probanden teil, zufällig

eingeteilt in Interventions- und Kontrollgruppe. Die

Manipulation bestand aus einer statischen 5- bzw. 10-

minütigen Druckpunktmassage der Plantarfaszie (Abb.

1). Zur Messung des Reflexverhaltens wurde die

Kraftwirkung des Achillessehnenreflexes erfasst. Die

Postersessions

117

Untersuchung der Beweglichkeit erfolgte mittels eines

Stand-and-Reach Tests (SRT). Der gesamte

Versuchsablauf ist Abbildung 2 zu entnehmen.

Ergebnisse

Es konnten keine signifikanten Unterschiede der

Parameter des Achillessehnenreflexes und des SRT

nach einer einmaligen Druckpunktmassage der

Plantarfaszie festgestellt werden.

Schlussfolgerungen

Es scheint fraglich zu sein, ob eine statisch wirkende

Manipulationstechnik eine Reaktion auf das myofasziale

System bewirken kann. Im Vergleich zu Ergebnissen

einer dynamischen Manipulation konnten für eine

statische Druckpunktmassage keine signifikanten

Ergebnisse nachgewiesen werden. Offen bleibt hierbei,

ob diese Ergebnisse auf nicht vorhandene

Gewebereaktionen oder mögliche Messfehler

zurückzuführen sind. Ziel weiterführender Studien sollte

es daher sein, statische und dynamische

Manipulationstechniken innerhalb eines

Versuchsaufbaus miteinander zu vergleichen um somit

trainings- und therapierelevante Empfehlungen geben zu

können.

Referenzen

Grieve et al, J Bodyw Mov Ther, in press, 2014.

Schleip, J Bodyw Mov Ther, 7:104-116, 2003.

Schleip et al, J Bodyw Mov Ther, 16:94-100, 2012.

Stecco et al, J Anat, 223: 665-676, 2013.

Anhang 1

Anhang 2

Postersession 10 – Kniegelenk

P 56 Funktionelle präoperative Defizite bei isolierter vorderer Kreuzbandverletzung A. Kranzl1, F. Wepner2, D. North1, B. Attwenger1, M. Enenkel2 1Orthopädisches Spital Speising, Labor für Gang- und Bewegungsanalyse, Wien, Oesterreich 2Orthopädisches Spital Speising, I. Orthopädische Abteilung, Wien, Oesterreich

Einleitung

Bei Sportlern stellt sich nach einer Verletzung des

vorderen Kreuzbandes die Frage, wann er wieder in

seine Sportart zurückkehren kann. Der

Rückkehrzeitpunkt ist jedoch sehr individuell und von

vielen Faktoren abhängig. Es gibt eine Vielzahl von

Versuchen den frühestmöglichen Zeitpunkt der Rückkehr

durch Einzeltests oder kombinierte Tests zu bestimmen.

Eine derzeit laufende Studie untersucht die Sportfähigkeit

nach vorderer Kreuzbandrekonstruktion, präoperativ wird

hierfür der aktuelle Ist-Zustand bei Patienten 6-30

Wochen nach vorderer Kreuzbandruptur erhoben. Ziel

der Arbeit ist es, präoperativ das vorhandene Defizit zur

nicht verletzten Seite aufzuzeigen.

Postersessions

118

Methode

10 Sportler mit isolierter vorderer Kreuzbandverletzung

konnten präoperativ untersucht werden. Neben den

erhobenen Fragebögen wurde der Oberschenkelumfang,

die isometrische Kraft der Kniestrecker und -beuger

sowie das einbeinige Landeverhalten (20 cm) auf der

Kraftmessplatte mittels dreidimensionaler

Bewegungserfassung erhoben.

Ergebnisse

Im Mittel zeigte sich auf der vorletzten Seite ein

reduzierter Oberschenkelumfang von 11 (±19) mm. Beim

Kraftverhältnis zwischen Kniestrecker und Kniebeuger

lag das Verhältnis auf der gesunden Seite bei 43,9% und

bei der verletzten Seite 39,08%. Der Kniegelenkswinkel

bei der Landung betrug 22,9° auf der verletzten Seite

und 16,08° auf der gesunden Seite. Der maximale

Kniewinkel während der Landung erreichte 51,05°

(verletzt) und 50,21° (gesund). Das interne Kniemoment

in der Sagittal- und Frontalebene betrug: verletzte Seite:

2248,79 und 647,11 Nm/kg, gesunde Seite: 2800,31 und

784,43 Nm/kg.

Diskussion

Neben der zu erwartenden Reduktion des

Oberschenkelumfangs und der reduzierten Kraft auf dem

verletzten Bein bestand beim Niedersprung aus 20 cm

Höhe bestand eine generelle Reduktion der

Kniemomente auf der verletzten Seite, wahrscheinlich

um die Belastungssituation für das Kniegelenk zu

verringern. Mit dem erhöhten Kniegelenkslandewinkel

sowie dem erhöhten Bewegungsumfang in der

Landebewegung auf der verletzten Seite ist eine weitere

Landestrategie zur Reduktion der Belastung

festzustellen. Insgesamt besteht jedoch ein nicht

durchgängig konstantes Landemuster (hohe

Standardabweichung), jedoch ein auffällig verändertes

Muster zur gesunden Seite.

P 57 Echtzeit-Audiofeedback von druckbasierten Sensorsohlen zur Reduktion des Knieadduktionsmomentes I. Stoller1,2, C. Ferrigno1, M. A. Wimmer1 1Rush University Med. Ctr., Chicago, Vereinigte Staaten Von Amerika 2Universität Stuttgart, Stuttgart, Vereinigte Staaten Von Amerika

Einleitung

Das Knieadduktionsmoment (KAM) ist eine klinisch

validierte Messgröße für die medio-laterale

Belastungsverteilung im Kniegelenk. Patienten mit

medialer Kniegelenksarthrose weisen im Vergleich zu

gesunden Probanden einen höheren Peak des KAM

(pKAM) auf, der durch geeignete Gangmodifikationen

reduziert werden kann.

In dieser Studie untersuchen wir, ob das Gehen mit

medialisierter Ganglinie eine Reduktion des pKAM zur

Folge hat, und ob diese Reduktionen vergleichbar mit der

etablierten medialen Thrust Gangart sind. Die

Medialisierung der Ganglinie wird durch Echtzeit-

Audiofeedback mittels einer Druckmesssohle erreicht.

Methodik

28 gesunde Probanden nahmen an der Studie teil.

Kinetik- und Kinematikdaten wurden anhand einer 3D-

Ganganalyse mit integrierter Kraftmessplatte

aufgenommen. Durchgeführt wurden jeweils 5

Messungen mit normalem Gang und anschließend 5

Messungen mit einer der folgenden Gangmodifikationen:

(Gruppe1, N=13) mediale Thrust Gangart und (Gruppe2,

N=15) Gehen mit medialisierter Ganglinie, die durch

Echtzeit-Audiofeedback bedingt wird.

Die Messung der plantaren Druckverteilung und die

Bereitstellung des Audiofeedbacks erfolgten durch das

Pedar Sensorsohlensystems (Novel, München).

Zum Vergleich der Werte des pKAM zwischen und

innerhalb der Gruppen wurden Student t-Tests

durchgeführt.

Ergebnisse

Bei normalem Gang gab es zwischen beiden Gruppen

keine statistisch signifikanten Unterschiede. Die pKAM

Mittelwerte sind in Tabelle1 dargestellt.

Insgesamt wurde im Vergleich zum normalen Gang

durch medialen Thrust bei 11/13 Probanden und durch

Feedback bei 11/15 Probanden der 1. pKAM reduziert.

Die mittlere Reduktion des 1. pKAM durch medialen

Thrust beträgt 0,47 %BW*HT (p=0,004) und bei

Feedback 0,22 %BW*HT (p=0,081).

Der Gesamt-pKAM wurde bei beiden Gruppen signifikant

reduziert. Für medialen Thrust um 0,33 %BW*HT

(p=0,004) und für Feedback um 0,38 %BW*HT (p

Diskussion

Diese Studie zeigt, dass eine Medialisierung der

Ganglinie zu einer Reduktion des pKAM führt.

Echtzeitfeedback basierend auf einem

Sensorsohlensystem kann dabei als Schulungswerkzeug

eingesetzt werden und ist bezüglich der Reduktion des

Postersessions

119

Gesamt-pKAM vergleichbar mit der medialen Thrust

Gangart.

Anhang 1

P 58 Einfluss des vorderen und hinteren Kreuzbandes auf den patellofemoralen Druck und die Kinematik der Patella A. Lorenz1, H. Röttgerkamp1, E. Bobrowitsch1, N. Wülker1, U. G. Leichtle1 1Universitätsklinikum Tübingen, Orthopädische Klinik, Tübingen, Deutschland

Fragestellung

Der anteriore Knieschmerz und retropatellare

Knorpelschäden sind häufige klinische Probleme, in

dessen Zusammenhang oft der patellofemorale Druck

und die Bewegung der Patella diskutiert werden. Die

Ruptur des vorderen Kreuzbandes (VKB) indes gehört zu

den häufigsten Sportverletzungen am Kniegelenk. Die

vorliegende in-vitro Studie untersucht nun, welchen

Einfluss der Zustand von vorderem und hinterem

Kreuzband (HKB) auf den patellofemoralen Druck und

die Kinematik der Patella hat und soll somit Aufschluss

geben, inwieweit eine patellofemorale Pathologie im

Rahmen von Kreuzbandrupturen diskutiert werden muss.

Methoden

Mithilfe eines etablierten Kniekinemators wurden an 10

humanen Kniepräparaten muskelbelastete Kniebeugen

simuliert. Während der Beugebewegung wurde der

patellofemorale Druck mittels resistiven Druckmessfolien

(Tekscan) gemessen. Die Relativbewegungen von Tibia,

Femur und Patella wurden mithilfe eines

Ultraschallbewegungsmesssystems (Zebris) ermittelt. Die

Messungen wurden in 4 Zuständen durchgeführt - am

nativen Kniegelenk, nach Durchtrennung des VKB, nach

Ersatz des VKB, sowie nach Durchtrennung beider

Kreuzbänder.

Ergebnisse

Über den gesamten Flexionsverlauf war der

patellofemorale Druck im nativen Zustand am größten.

Die Durchtrennung des VKB führte zu einem leichten

Druckabfall (ca. 8%), die zusätzliche Durchtrennung des

HKB zu einem weiteren, signifikanten Druckabfall,

ebenso der Ersatz des VKB (bis zu 20%, Abb. 1). Die

Kontaktfläche nahm in gleichem Maße ab. Hinsichtlich

der patellofemoralen Kinematik ergab sich nach der

Durchtrennung des VKB im Vergleich zum nativen Knie

eine laterale Verkippung der Patella um ca. 2°, welche

durch die OP nicht korrigiert wurde. Nach zusätzlicher

Durchtrennung des HKB wurde die laterale Verkippung

der Patella auf ca. 4° erhöht.

Schlussfolgerungen

Es konnte gezeigt werden, dass der Zustand der

Kreuzbänder einen nachweisbaren Einfluss auf den

patellofemoralen Druck und die Kinematik der Patella

haben. Interessant war die Beobachtung, dass sowohl

bei Durchtrennung der Kreuzbänder als auch bei deren

Ersatz der patellofemorale Druck abnahm. Die ebenfalls

abnehmende Kontaktfläche deutet darauf hin, dass diese

Druckabnahme durch eine Reduktion der Anpresskraft

entstand.

Abb. 1: Patellofemoraler Druck

Anhang 1

P 59 A novel technique, dynamic intraligamentary stabilization creates optimal conditions for primary ACL healing: A preliminary biomechanical study S. S. Ahmad1, H. Kohlhof1, S. Kohl1 1University of Bern, Department of Orthopaedic Surgery and Traumatology, Bern, Schweiz

Background: Anterior cruciate ligament (ACL) rupture is a

common lesion. Current treatment emphasizes arthro-

scopic ACL reconstruction via a graft, although this

approach is associated with potential drawbacks. A new

meth-od of dynamic intraligamentary stabilization (DIS)

was subjected to biomechanical analysis to determine

whether it provides the necessary knee stability for

optimal ACL healing. Methods: Six human knees from

cadavers were harvested. The patellar tendon, joint

capsule and all muscular attachments to the tibia and

femur were removed, leaving the collateral and the

cruciate ligaments intact. The knees were stabilized and

Postersessions

120

the ACL kinematics analyzed. Anterior-posterior (AP)

stability measurements evaluat-ed the knees in the

following conditions: (i) intact ACL, (ii) ACL rupture, (iii)

ACL rupture with primary stabiliza-tion, (iv) primary

stabilization after 50 motion cycles, (v) ACL rupture with

DIS, and (vi) DIS after 50 motion cycles. Results: After

primary suture stabilization, average AP laxity was 3.2

mm, which increased to an average of 11.26 mm after 50

movement cycles. With primary ACL stabilization using

DIS, however, average laxity values were consistently

lower than those of the intact ligament, increasing from

an initial AP laxity of 3.00 mm to just 3.2 mm after 50

movement cycles. Conclusions: Dynamic

intraligamentary stabilization established and maintained

close contact between the two ends of the ruptured ACL,

thus ensuring optimal conditions for potential healing

after primary reconstruction. The present ex vivo findings

show that the DIS technique is able to restore AP stability

of the knee.

Anhang 1

Anhang 2

Postersession 11 – Numerische

Modelle

P 60 A multiscale systems biology approach for computer simulation-based prediction of bone remodeling M.-I. Pastrama1, S. Scheiner1, P. Pivonka2, C. Hellmich1 1Technische Universität Wien, Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen, Wien, Oesterreich 2The University of Melbourne, Australian Institute for Musculoskeletal Science, St. Albans, Australien

Bone is a remarkable biological material due to its ability

to continuously renew itself and adapt to changing

mechanical loading. The bone remodeling process is

driven by cellular activities: mature bone is removed by

bone-resorbing osteoclasts and new bone is

subsequently formed by osteoblasts, while the

osteocytes embedded in the bone matrix sense the

mechanical loading and conduct the process. The

strongly interrelated cellular activities are governed by

biochemical factors, such as the molecular triad

RANK/RANKL/OPG, parathyroid hormone (PTH), and

transforming growth factor beta (TGF-β) [1].

Here a mathematical model derived from a previously

published modeling strategy [2] is presented, based on

which the dynamics of the bone remodeling process can

be accurately predicted. As a novelty, we consider the

different length scales found in bone by means of a

multiscale systems biology approach, and follow the

evolution of osteoclast and osteoblast concentrations

within a representative volume element, via biochemical

factors and changes in the mechanical loading. More

precisely, we consider the processes taking place at the

level of the vascular pores; for the first time, all equations

in the model are formulated length scale-specific and

take into account the effect of the change in vascular

porosity due to remodeling - increase of the vascular

space with bone absorption and decrease through

addition - thus moving a step closer to describing the real

physiology of bone. The mathematical systems biology-

based model is coupled with a continuum

micromechanics representation of bone [3], used for

scaling elasticity and strains at the different chosen

length scales.

Finally, the model is applied for studying the development

of the bone composition in the course of postmenopausal

osteoporosis, as well as of mechanical disuse and

overuse, with the simulation results being in good

agreement with related experimental data - thus opening

new possibilities for the use of computer-based

Postersessions

121

simulations in monitoring extreme bone remodeling

activity.

[1] S. Theoleyre et al. (2004). Cytokine Growth F R,

15(6): 457-75.

[2] S. Scheiner et al. (2013). Comput Methods Appl Mech

Eng, 254: 181-196.

[3] C. Hellmich et al. (2008). Ann Biomed Engrg 36(1):

108 - 122.

P 61 Spannungsanalyse der Achillessehne beim Laufen in Neutralstellung sowie in Abhängigkeit vom Fersenbein-Winkel hinsichtlich eines Verletzungsrisikos M. Kardeh1, T. Vogl2, S. L. Leong1, G. Silber1 1Frankfurt University of Applied Sciences, Institut für Materialwissenschaften , Frankfurt, Deutschland 2Klinikum der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Frankfurt am Main, Deutschland

Einleitung

Aufgrund der steigenden Sportaktivitäten in den letzten

Jahren ist eine Zunahme der Achillessehnenverletzung

zu beobachten. Gründe dafür sind unter anderen

exzentrische Belastungen in der Achillessehne, die durch

eine gestörte Fersenführung, wie etwa Über- und

Unterpronation hervorgerufen werden können. Das Ziel

dieser Arbeit soll die Auswirkung des Fersenbein-Winkels

auf die Achillessehne hinsichtlich des Verletzungsrisikos

mittels eines Finite-Elemente-(FE)-Fußmodells

untersuchen.

Methoden

Zunächst wurden in vivo-Materialeigenschaften der

Achillessehne auf Basis der LiveView-Sequenz (ultra-

schnelle MRT-Sequenz mit einer zeitlichen Auflösung

von 9Hz) ermittelt. Hierbei wurden während isometrischer

Plantarflexion des Fußes die Kraft-Verschiebungs-Daten

der Achillessehne gemessen. Die Messung der

Achillessehnen-Kraft am Calcaneus erfolgte mit Hilfe

einer MRT-kompatiblen Vorrichtung sowie einem

optischen Kraftsensor (Nichtinvasiv). Auf Basis dieser

Meßdaten (Kraft-Verschiebungs-Daten) gelang die

Identifizierung der Materialparameter der Achillessehne

mit Hilfe eines kontinuumsmechanischen

Materialgesetzes vom OGDEN-Typ. Zusammen mit

einem FE-Fußmodell wurde dann die Spannungsanalyse

der Achillessehne beim Laufen (barfuß und mit

Laufschuh) sowie in Abhängigkeit der Fersenbein-

Winkelstellungen (0 für Neutralstellung, ±6, ±12 und ±

18 negative Werte für den Fall von Pronation und positive

für den Fall von Supination) durchgeführt.

Ergebnisse

Beim Laufen in Neutralstellung (barfuß und mit Schuh)

wurden etwa 2-6 cm oberhalb der Insertion am

Calcaneus im sogenannten „kritischen Bereich“ höhere

Spannungen bis zum 76 MPa festgestellt. Bei

Winkelstellung von -18° (Überpronation) wurde eine 1,9-

fache Spannungsvergrößerung am medialen Rand der

Achillessehne und bei Winkelstellung von 18°

(Supination) sogar eine 2,6-fache

Spannungsvergrößerung am lateralen Rand im Vergleich

zur Neutralstellung beobachtet.

Diskussion

Es konnte festgestellt werden, dass die Supination

deutlich höhere Belastungen innerhalb der Achillessehne

im Vergleich zur Pronation bewirkt. Darüber hinaus liegt

das zentrale Potential dieses Verfahren in der

Entwicklung und Optimierung von Schuhen im Hinblick

auf das Verletzungsrisiko der Achillessehne.

P 62 Darstellung des femoroacetabulären Impingements mittels Mehrkörpersimulation auf Grundlage von Bewegungsdaten und MRT-Messungen R. Cichon1, D. Raab1, S. Hewera2, A. Lazik3, J. M. Theysohn3, S. Landgraeber2, W. Kowalczyk1 1Universität Duisburg-Essen, Lehrstuhl für Mechanik und Robotik, Duisburg, Deutschland 2Universitätsklinikum Essen, Klinik für Orthopädie, Essen, Deutschland 3Universitätsklinikum Essen, Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie und Neuroradiologie, Essen, Deutschland

Einleitung

Das femoroacetabuläre Impingement (FAI) ist eine

Funktionsstörung, bei der es zu einem unphysiologischen

Kontakt zwischen proximalem Femur und dem

Acetabulumrand kommt. Daraus folgen Schmerzen,

Bewegungseinschränkungen und langfristig

Knorpelschäden. Das FAI entsteht durch

Knochenüberbauten oder Fehlstellungen am

Schenkelhals oder Acetabulumrand [1]. Eine

arthroskopische Entfernung des überstehenden

Knochens wird angewendet, wobei diese Therapieform

momentan ausschließlich auf Beurteilung des Arztes aus

Bewegungstests und statischen bildgebenden

Untersuchungen beruht. Eine genauere

Operationsplanung wäre hingegen mit einer

dynamischen Mehrkörpersimulation möglich.

Methode

Zur Erkennung des FAIs wird eine Bewegungsanalyse

Postersessions

122

durchgeführt, in der das Bewegungsausmaß des

Patienten erfasst und per Motion Capture gemessen

wird. Dabei wird zeitsynchron der Schmerz über einen

Taster aufgezeichnet. MRT-Daten von Acetabulum und

Femur werden manuell segmentiert (vgl. Abb. 1) und

CAD-Modelle generiert. Die Bewegung der Knochen wird

mit den Bewegungsdaten aus dem Motion Capture

simuliert (Mehrkörpersimulation vgl. Abb. 2). Auf

Grundlagen dieser Methode ist ein patientenspezifischer

pre-und post-operativer Vergleich möglich.

Ergebnisse

Die vorgestellt Methode ermöglicht eine Visualisierung

der Knochenbewegung und -kontakte, die eine

reproduzierbare Bewertung des FAIs vor und nach der

Therapie unterstützen. Außerdem kann mit Hilfe dieser

Bewegungssimulationen eine genauere Resektion des

Knochens geplant werden.

Ausblick

In einem nächsten Schritt folgt eine automatisierte MRT-

Segmentierung, um diese Diagnosemöglichkeit weiter

auszubauen und zu standardisieren. Aufbauend erfolgt

schließlich ein neuer Ansatz zur verbesserten Planung

von operativen Eingriffen mit dem Ziel, die knöchernen

Überbauten optimal zu entfernen. Computergestützte

Rechenverfahren wie Finite-Elemente-Methoden

ermöglichen eine weiterführende Auswertung. Als

weiteren Schritt empfiehlt sich eine navigationsgestützte

Operation.

Literatur

[1] O. Marin Pena: Femoroacetabular Impingement,

Auflage 1, Springer Verlag, 2012

Abbildungen:

Abb. 1: Segmentierung eines Femurs

Abb. 2: Mehrkörpermodell für Bewegungssimulation

Anhang 1

Anhang 2

P 63 Die Methodik zur Berücksichtigung der Knochenmineraldichte-Verteilung bei Finite-Elemente-Analysen beeinflusst das Simulationsergebnis: Eine (überfällige) Sensitivitätsstudie J. Mauck1, M. Kebbach1, C. Schulze1, R. Bader1, D. Kluess1 1Universitätsmedizin Rostock, Orthopädische Klinik und Poliklinik, Forschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie, Rostock, Deutschland

Einleitung

Für Untersuchungen zum Einfluss der

Knochenmineraldichte (BMD) auf die Knochenmechanik

können Computertomografie (CT)-Daten der knöchernen

Struktur für die Finite-Elemente (FE)-Simulation

bereitgestellt werden, da ein unmittelbarer

Zusammenhang zwischen der BMD und der Hounsfield

(HU)-Skala besteht. Problematisch ist, dass gewöhnlich

die Abstände zwischen den Knoten die Voxelgröße der

CT-Bilder weit überragen und demnach punktuelle

Schwankungen in der BMD die auszulesende mittlere

BMD-Verteilung beeinflussen können. In der

vorliegenden Sensitivitätsstudie soll daher das Vorgehen,

in dem pro Knoten mehrere Voxel im Umkreis betrachtet

und die HU-Werte gemittelt werden, evaluiert werden.

Methode

Ausgangspunkt der FE-Simulation war ein CT-Datensatz

eines proximalen humanen Femurs. Nach der

Rekonstruktion der Geometrie sowie der Vernetzung des

Modells in ABAQUS/CAE wurden die HU-Werte anhand

Postersessions

123

der Knotenkoordinaten aus den CT-Bildern ermittelt.

Dabei wurden die Netzdichte, das Volumen um die

Knoten sowie das angewandte Mittelungsverfahren

variiert. Die Materialzuweisung erfolgte über eine

Grauwert-abhängige, linear-elastische Materialdefinition.

Das Femurmodell wurde in Höhe des Isthmus fest

eingespannt und über eine Verschiebung um 5 mm am

Kopf belastet. Die Auswertung erfolgt anhand der

resultierenden Reaktionskraft.

Ergebnis

Die Sensitivitätsstudie zeigt, dass Netzdichte und

betrachtetes Mittelungsvolumen die ermittelte

Reaktionskraft stark beeinflussen, d.h. mit steigender

Netzdichte bzw. Volumenzunahme nimmt die Kraft und

deren Streuung ab. Das FE-Modell mit geringer

Netzdichte und großem Volumen liefert ein

vergleichbares Resultat wie ein Modell mit hoher

Netzdichte und kleinem Volumen. Das gröbere Netz zeigt

dabei eine um 2 % geringere Reaktionskraft gegenüber

dem feineren Netz. Die Gegenüberstellung

verschiedener Mittelungsverfahren ergab eine maximale

Abweichung von 0,3 %.

Diskussion

Die Mittelung des HU-Wertes und somit der BMD-

Verteilung aus mehreren Voxeln im Umkreis der Knoten

verringert die Abhängigkeit der FE-Ergebnisse von der

Netzdichte und fördert damit deren Reproduzierbarkeit.

Durch die Verwendung einer geringeren Netzdichte kann

Rechenzeit eingespart werden, jedoch nimmt mit

steigender Voxelanzahl das Auflösungsvermögen ab.

Anhang 1

P 64 Mathematisches Modell auf Grundlage von dynamischer Pedobarographie und FEM für Erzeugung der Oberflächentopographie in der Fuß-Schuh-Schnittstelle für Entlastung des plantaren Drucks C. J. Cortes-Rodriguez1, O. L. Rodríguez-Montaño2, O. Silva-Caicedo3 1Nationale Universität von Kolumbien, Facultät fur Maschinenbau, Bogotá, Kolumbien 2Nationale Universität von Kolumbien, Biomedical Engineering, Bogota, Kolumbien 3Nationale Universität von Kolumbien, School of Medicine, Bogota, Kolumbien

Die plantare Druckentlastung ist ein bedeutender Aspekt

für die Gesundheit des Fußes, vor allem in Fällen, in

denen Lasten zu Hochrisikoläsionen führen, wie in dem

Fall des diabetischen Fußes. Einer der wichtigsten

Faktoren bei der Reduzierung der Belastung auf dem

Plantarbereich ist die Topographie der Oberfläche des

Schuhs, die in Kontakt mit dem Fuß steht.

Die Gestaltung der Topographie von der Oberfläche des

Kontaktes zwischen dem Fuß und dem Schuh wird durch

verschiedene klinische Beurteilungstechniken von Lasten

bestimmt, meist basiert auf statische Methoden und die

Nutzung von vorgefertigten Elementen. Allerdings sind in

den oben genannten Methoden keine dynamischen

biomechanischen Kriterien enthalten, die erlauben eine

geeignete Geometrie auf personalisierte Weise zu

definieren.

In dieser Arbeit wird ein mathematisches Modell der

Oberflächentopographie in der Schuh-Fuß-Schnittstelle

auf einer individualisierten Weise entwickelt, die auf der

Grundlage der Informationen aus einer Messung der

plantaren Druckverteilung ausgearbeitet werden. Die

Daten werden durch eine Reihe von Algorithmen

verarbeitet, um eine Oberfläche zu erhalten, welche den

Druck des Fußes beim normalen Gang richtig

experimentieren kann (Abbildung 1). Nach der

Festlegung der Oberflächentopographie wird das

Volumen der Einlegesohle bestimmt. Die

biomechanische Auswirkungen der Einlegesohle

während des Gangs werden mit einem 3D- FEM-Modell

ausgewertet, wobei der Fuß-Oberflächen-Kontakt in

Betracht genommen wird (Abbildung 2).

Die Ergebnisse der Simulationen zeigen, dass die

erhaltene Ladungsverteilung aus der vorgeschlagenen

Geometrie des Algorithmus eine Reduktion des

Maximaldrucks von bis zu 67 % erzeugt, im Vergleich zu

denen nach dem herkömmlichen Verfahren ohne

Verwendung eines Computermodell hergestellt werden.

Postersessions

124

Es legt nahe, dass die Verwendung von Modellen

basierend auf dynamische Belastung biomechanischer

Berücksichtigungen nützlich für das Design von

personalisierten orthopädischen Schuhen für Entlastung

des plantaren Drucks sind.

Anhang 1

Anhang 2

P 65 Vergleich verschiedener Osteosyntheseverfahren am Beckenring mittels Finite-Elemente Simulationen P. Pieroh1, S. Kurz1, M. Lenk1, C. Josten1, J. Böhme1 1Universität Leipzig, Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie, Leipzig, Deutschland

Einleitung

Bisher wurden Osteosyntheseverfahren am Beckenring

stets mit Hilfe der klassischen biomechanischen

Testverfahren verglichen und deren Nutzung abhängig

vom Frakturtyp bewertet. Allerdings zeigte sich oftmals

klinisch ein Unterschied zu den experimentell erhobenen

Ergebnissen, was Auslockerungen oder sekundäre

Instabilitäten zur Folge hatte. Dieser Unterschied könnte

dem artifiziellen Versuchsaufbau und der

unterschiedlichen Konfigurationen der getesteten

Spenderbecken zu Grunde liegen. Die Finite-Elemente

Methode (FEM) konnte dagegen in den letzten Jahren

genutzt werden um neue Einblicke in das

Belastungsverhalten des Beckenrings, die

Implantatauslockerung und den Nutzen neuer

Osteosynthesen zu erlangen. Die vorliegende Studie

untersucht die Möglichkeit des Vergleichs verschiedener

Osteosyntheseverfahren an einer stetigen Geometrie zur

Erhebung vergleichbarer Ergebnisse.

Methodik

Zur Erstellung einer stetigen Geometrie wurde der

Computertomografie Datensatz einer 72-jährigen

Patientin ohne Beckenringfraktur in Mimics (Materialise,

Leuven, Belgien) segmentiert und anschließend in

SolidWorks (Dassault Systèmes, Velizy Villacoublay,

Frankreich) weiterbearbeitet und als STEP Datei

exportiert. Diese STEP Datei wurde in ANSYS

Workbench (ANSYS, Inc. Canonsburg, PA, USA)

überführt. Hier wurden die Frakturen von fünf

Patientinnen (n=5; n=1 Typ A, n=3 Typ B, n=1 Typ C

nach Tile) und die genutzten Osteosynthesen der

Versorgung vereinfacht im DesignModeler implementiert.

Anschließend wurden Die Bandstrukturen als

Federelemente eingefügt und der Lastfall Laufen nach

Bergmann et al. mit 404% des Körpergewichts auf dem

Standbein simuliert.

Ergebnisse

In den simulierten Fällen korrelierten die Ergebnisse der

FEM mit denen des klinisch beobachteten Verlaufs. Des

Weiteren konnte innerhalb der Typ B Beckenfrakturen

der Einfluss der ventralen Plattenosteosynthese

vergleichbar untersucht werden.

P 66 Mikrobewegungen als Ergebnisgröße in der Computersimulation des Knochen-Implantat-Verbundes - eine robuste Auswertungsstrategie auf Basis virtueller Knoten C. Voigt1, M. Dockhorn1, C. Klöhn2, R. Scholz1 1Universität Leipzig, Medizinische Fakultät, Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie, Labor für Biomechanik, Leipzig, Deutschland 2Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur (HTWK) Leipzig, Fakultät Maschinenbau und Energietechnik, Leipzig, Deutschland

Einleitung

Die computergestützte Simulation mittels Finite-

Elemente-Methode ist für Untersuchungen am Knochen-

Implantat-Verbund des künstlichen Hüftgelenks sehr gut

geeignet, da die reproduzierbare Modellierung

abgestufter Einflussfaktoren und die Ergebnisauswertung

im Inneren der modellierten Strukturen subtil

vergleichende Aussagen erst möglich machen. Für die

Ermittlung der Mikrobewegungen im Knochen-Implantat-

Interface wird in herkömmlichen Auswertungsstrategien

auf die zwei orthogonalen Komponenten der Sliding

distance (X, Y) und die Kontaktstatusgrößen Gap (+Z)

und Penetration (-Z) zurückgegriffen. Ziel der aktuellen

Studie ist es, unabhängig vom Simulationsmodell eine

reproduzierbare dreidimensionale Bestimmung der

Postersessions

125

Mikrobewegungen mit einer vergleichsweise höheren

Genauigkeit zu etablieren.

Methodik

Im Gegensatz zur herkömmlichen Methode wird auf

Knotenverschiebungen zurückgegriffen. Um unabhängig

von der gewählten Netzdichte und dem Vorhandensein

von Knotenkongruenz im Kontaktbereich zu sein und

gleichzeitig eine hohe Genauigkeit zu erreichen, werden

zusätzliche virtuelle Knoten im Kontaktbereich eingeführt.

Um auch bei Simulationsmodellen mit einer großen

Anzahl von Knoten die Verarbeitungsdauer gering zu

halten, werden hauptsächlich Vektoroperationen

verwendet. Der automatisierte Algorithmus wird

eigenständig innerhalb des Post-Processings

implementiert.

Ergebnisse

Für die Darstellung der Ergebnisse wird die vorgestellte

Methode anhand eines vorhandenen

Simulationsergebnisses einer hausinternen Arbeit

getestet und mit der herkömmlichen Strategie verglichen.

Diskussion

Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, dass die

herkömmliche Auswertungsstrategie auf Basis von

Kontaktergebnissen einen systematischen Fehler enthält.

In den Kontaktbereichen in denen der Kontaktstatus auf

Gap steht, kann keine Sliding Distance berechnet

werden. Damit geht ein wichtiger Teil der Ergebnisse

verloren und die Mikrobewegungen werden systematisch

unterrepräsentiert. Die neue Methode ist unabhängig von

der verwendeten Simulationssoftware, der

Vernetzungsdichte des Modells und auch für

nachträgliche Auswertungen bereits vorliegender

Ergebnisdaten geeignet.

Postersession 12 – Knorpel, Knochen

und Frakturheilung

P 67 Bestimmung der Frakturwahrscheinlichkeit des proximalen Femurs mittels in-vivo Computertomographie und Finiter Element Analyse bei Patienten mit osteoporotischen Frakturen - Ein Vergleich mit in-vitro Versuchen zur Bruchlastbestimmung. J. Bauer1, H. Liebl2, E. Grande Gracia3, F. Holzner3, R. Burgkart3, T. Baum4 1Klinikum rechts der Isar,Technische Universität München, Neuroradiologie, München, Deutschland 2Klinikum Oldenburg, Unfallchirurgie, Oldenburg,

Deutschland 3Technische Universität München, Orthopädie, München, Deutschland 4Technische Universität München, Radiologie, München, Deutschland

Fragestellung -

In dieser Studie sollte zunächst die Bruchlastbestimmung

des proximalen Femurs mittels Finiter Element Analyse

(FEA) basierend auf Routine-Multidetektor-

Computertomographie (MDCT) Daten biomechanisch in-

vitro validiert werden. Mittels solcher FEA sollte dann die

Frakturwahrscheinlichkeit für den proximalen Femur bei

Patienten in-vivo bestimmt werden. Wir postulierten, dass

sich diese zwischen Patienten mit und ohne

osteoporotische Wirbelkörperfrakturen stärker

unterscheidet als die Knochendichte.

Methoden -

Ein frischer Femur wurde im Wasserbad im MDCT

gescannt und anschließend biomechanisch getestet.

Dies erfolgte in Stand- und in der seitlichen Fall-

Konfiguration; bei letzterer wurde der Versuch bis zur

Fraktur durchgeführt. Nach Validierung der FEA wurde

mit diesem FEA-Protokoll auch für die in-vivo MDCT-

Bildgebung von 8 Patienten (4 mit, 4 ohne

osteoporotische Wirbelkörperfrakturen) die

Frakturwahrscheinlichkeit berechnet. Der Unterschied

dieser Frakturwahrscheinlichkeit wurde mit der

Knochendichte, gemessen an der Wirbelsäule,

verglichen.

Ergebnisse -

Die in-vitro Simulationen korrelierten hoch mit den

biomechanisch gemessenen Dehnungen sowohl in der

Stand- als auch in der Fall-Konfiguration (R² = 0.96 und

0.98). Die simulierte maximale Spannung war 14% höher

als die experimentell gemessene Bruchlast, die simulierte

Dehnung 4,7% hoher als die gemessene. Die in der FEA

prognostizierten versagenden Elemente stimmten genau

mit der Frakturlinie überein (siehe Abb).

Während sich die Knochendichte nicht zwischen den

Patienten mit und ohne Frakturen unterschied, war das

berechnete femorale Frakturrisiko in den Patienten mit

Frakturen signifikant höher (p

Schlussfolgerungen -

Die FEA konnten elastisch und destruktiv validiert

werden. Eine FEA-basierte Frakturrisikoanalyse kann

mittels in der klinischen Routinediagnostik gewonnenen

MDCT-Daten durchgeführt werden und kann das

Frakturrisiko signifikant besser vorhersagen als die

Knochendichte.

Postersessions

126

Anhang 1

P 68 Antagonisierung von Midkine erhöht die Mechanotransduktion in osteogenen Zellen M. Haffner-Luntzer1, S. Thorsten2, M. Amling2, A. Ignatius1, A. Liedert1 1Universitätsklinikum Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Ulm, Deutschland 2Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Institut für Osteologie und Biomechanik, Hamburg, Deutschland

Fragestellung

Tierexperimentelle Studien deuten auf eine

regulatorische Funktion des Wachstumsfaktors Midkine

(Mdk) im Knochenremodeling hin (Neunaber et al. JBMR

2010; Liedert et al. Bone 2011). Es konnte gezeigt

werden, dass die Knochenformation nach mechanischer

Belastung in Mdk-defizienten Mäusen erhöht ist. In vitro

wurde in osteogenen Zellen eine Inhibition der

Mechanotransduktion durch Mdk nachgewiesen. Das Ziel

dieser Studie war es daher, mögliche positive Effekte

einer Antagonisierung von Mdk auf die

Mechanotransduktion in osteogenen Zellen zu

untersuchen. Des Weiteren sollten Interaktionspartner

von Mdk nachgewiesen und auf ihre Rolle in der

Mechanotransduktion untersucht werden.

Methoden

Präosteogene MC3T3-E1 Zellen wurden für 14 Tage

osteogen differenziert und anschließend für 30 Minuten

mittels 2% zyklischer Dehnung mit einer Frequenz von

1Hz mechanisch stimuliert. Die Zellen wurden während

der Stimulation mit rekombinantem Mdk und mit bzw.

ohne einen antagonisierenden Mdk-Antikörper (Mdk-Ak)

behandelt. Anschließend wurde die Proteinexpression

des mechanoresponsiven Proteins cFos, sowie von

aktivem beta-Catenin und LRP-6 ermittelt. Zur Detektion

von Mdk-Interaktionspartnern wurden die Zellen mit Mdk

behandelt und anschließend eine Immunpräzipitation (IP)

durchgeführt.

Ergebnisse

Die IP zeigte, dass Mdk mit dem Oberflächenrezeptor

LRP-6 interagiert. Rekombinantes Mdk verringerte die

Mechanotransduktion in den Zellen. Ebenso kam es zu

einer erniedrigten Phosphorylierung von LRP-6 und zu

einer geringeren Aktivierung von beta-Catenin. Diese

Effekte konnten durch Zugabe des Mdk-Ak signifikant

reduziert werden.

Schlussfolgerungen

Es ist bekannt, dass LRP-6 eine wichtige Rolle in der

Aktivierung des beta-Catenin Signalweges spielt (Niehrs

et al. Cell Mol Life Sci 2010) und dass dieser Signalweg

essentiell für die Mechanotransduktion in Osteoblasten

ist (Tu et al. Bone 2012). Unsere Ergebnisse legen nahe,

dass Mdk an LRP-6 auf Osteoblasten bindet, dessen

Phoshorylierung erniedrigt und dadurch auch den β-

Catenin-Signalweg und die Mechanotransduktion

beeinträchtigt. Die Antagonisierung von Mdk stellt somit

einen möglichen therapeutischen Ansatz zur Behandlung

von Patienten mit Störungen der mechanisch regulierten

Signaltransduktion im Knochen dar.

P 69 Ganzkörpervibration (LMHFV) führt zu einer Beeinträchtigung der Frakturheilung in alten Mäusen, aber verbessert die Frakturheilung in alten, ovarektomierten Mäusen E. Wehrle1, M. Haffner-Luntzer1, R. Bindl1, T. Wehner1, A. Heilmann1, F. Jakob2, T. Schinke3, M. Amling3, A. Liedert1, A. Ignatius1 1Universitätsklinikum Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Ulm, Deutschland 2Universität Würzburg , Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Würzburg, Deutschland 3Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Institut für Osteologie und Biomechanik, Hamburg, Deutschland

Fragestellung

Ein möglicher therapeutischer Ansatz zur Verbesserung

der gestörten Frakturheilung bei alten und

osteoporotischen Patienten stellt die gezielte Applikation

mechanischer Stimuli während der Frakturheilungszeit

dar (Rubin et al. 2004). Die sog. „low-magnitude high-

frequency vibration“ (LMHFV) wirkt im intakten und

osteoporotischen Knochen anabol (Slatkovska et al.

2010), wohingegen die wenigen bis jetzt durchgeführten

Frakturheilungsstudien widersprüchliche Ergebnisse

aufwiesen (Leung et al. 2009; Stuermer et al. 2010). Ziel

dieser Studie war es daher, den Einfluss von LMHFV auf

Postersessions

127

die Frakturheilung in alten und ovarektomierten Mäusen

zu untersuchen.

Methoden

Weibliche C57BL/6NCrl Mäuse (n=56) wurden mit 41

Wochen ovarektomiert (OVX) oder Sham-operiert, bevor

sie 8 Wochen später eine Femurosteotomie erhielten, die

mit einem Fixateur externe stabilisiert wurde. Ab dem 3.

postoperativen Tag erhielten die Tiere eine mechanische

Interventionstherapie (20 min/d; 5d/Woche), wozu sie auf

Vibrationsplattformen gesetzt wurden (45 Hz, a peak-to-

peak=0,3 g). Nach 10 und 21 Tagen wurden die Tiere

getötet und die Femora biomechanisch, mikro-

computertomographisch, histologisch und

molekularbiologisch analysiert.

Ergebnisse

OVX führte zu einer signifikant verschlechterten

Frakturheilung mit Abnahme der biomechanischen und

strukturellen Kalluseigenschaften im Vergleich zu nicht-

ovarektomierten Tieren. Durch die Applikation von

LMHFV konnte diese beeinträchtigte Frakturheilung

signifikant verbessert werden. Demgegenüber führte

LMHFV in Non-OVX Tieren zu einer signifikant

schlechteren Frakturheilung. Analysen an

Kallushomogenisaten zeigten eine Hochregulation des

Östrogen-Rezeptors alpha in OVX Tieren nach Vibration,

wohingegen der Östrogen-Rezeptor beta und Sost, ein

Inhibitor des Wnt-Signalweges, in Non-OVX Tieren nach

Vibration stärker exprimiert war.

Schlussfolgerungen

Die Vibration bewirkte unterschiedliche Effekte auf die

Frakturheilung in Abhängigkeit vom Östrogenstatus.

Während LMHFV den gestörten Frakturheilungsprozess

in den OVX Tieren signifikant verbesserte, führte die

Vibration bei Non-OVX Tieren zu einer signifikant

verschlechterten Frakturheilung. Dies deutet auf eine

entscheidende Rolle von Östrogen und dem

Östrogenrezeptor-Signalweg für die Mechanobiologie der

Frakturheilung hin.

P 70 Comparison between different methods for biomechanical assessment of ex vivo fracture callus stiffness in small animal bone healing studies N. Meyers1, M. Steiner1, D. Volkheimer1, T. Wehner1, H.-J. Wilke1, L. Claes1, A. Ignatius1 1Universität Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Ulm, Deutschland

Various methods, such as bending and torsion tests,

have been established for the ex vivo measurement of

fracture callus stiffness in small animals, and which is

most suitable is debated. The aim of this study was to

experimentally compare six different testing methods

regarding robustness against deviations in results due to

specimen alignment and asymmetric callus behavior.

Axial compression, three-point bending, four-point

bending, cantilever bending, constrained torsion, and

unconstrained torsion were investigated.

Standardized samples were created by selective laser

sintering to mimic size, asymmetric callus behavior, and

embedding variations of rat long bone specimens. Five

different geometries, each consisting of n = 5 specimens

per testing method, were used to exemplify embedding

inconsistency by shifting (S1, S2) or tilting (T7, T14) the

specimen axis relative to a control geometry (S0)

representing perfect alignment (Fig. 1). Specimens of

each group were tested from 0 - 90° of axial rotation (15°

steps) relative to the applied load to characterize the

influence of asymmetric callus orientation.

Axial compressive testing proved to be highly sensitive to

embedding variations. Each of the three bending tests

was highly dependent on the asymmetric callus

orientation. Although angular deviations < 15° produced

< 10% error, results varied by > 60% for angular

deviations > 60°. Among the bending tests, cantilever

bending yielded the greatest variation in the measured

stiffness. Measurement disparity between specimen

geometry under unconstrained torsion was < 4.2%.

Constrained torsion testing showed errors up to 16.8%

when comparing corresponding alignment in

unconstrained torsion (Fig. 2).

Due to its high sensitivity to experimental conditions,

axial compression testing cannot be recommended.

Three-point bending is easier to apply on small rat and

mouse bones than four-point bending and yields more

robust measurements than cantilever bending, provided

low variation in callus shape among the tested

specimens. Although experimentally difficult to realize,

unconstrained torsion testing was found to be the most

robust method, independent of both rotational alignment

and embedding uncertainties.

Postersessions

128

Anhang 1

Anhang 2

P 71 Schädigungsinteraktionen zwischen Zug und Druck in Osteonalem Knochen M. Mirzaali1, A. Bürki1, J. Schwiedrzik1, P. Zysset1, U. Wolfram1 1Institut für Chirurgische Technologie und Biomechanik, Bern, Schweiz

Skelettale Krankheiten stellen eine große sozio-

ökonomische Herausforderung für alternde

Gesellschaften dar. Eine abnehmende skelettale

Tragfähigkeit bedingt einen Anstieg der Frakturinzidenz

nach dem 65. Lebensjahr. Neunzig Prozent aller

Hüftfrakturen sind auf Stürze zurückzuführen und ein

Drittel aller über 65-jährigen stürzt einmal jährlich. Die

Belastungsrichtung während eines Sturzes ist

verschieden von der unter alltäglichen Belastungen. Die

Mechanismen wie Knochenschädigung unter

verschiedenen Belastungen akkumuliert und interagiert

sind derzeit unklar. Ein besseres Verständnis davon ist

hilfreich für die Optimierung moderner

Behandlungsmethoden. Wir vermuten, dass eine

Schädigung unter einer Belastungsrichtung das

Frakturrisiko unter einer anderen Belastungsrichtung

erhöht.

Es wurden 93 zylindrische Schulterproben mit einem

Durchmesser von 3 mm und einer Messlänge von 6.5

mm hergestellt. Diese wurden drei aufeinander

aufbauenden Versuchen zugeführt. Im ersten Versuch

wurden monotone Tests mit einer Geschwindigkeit von

0.0003 s⁻¹ durchgeführt. Im zweiten Versuch wurde die

Schädigungsinteraktion und im dritten Versuch die

Verfestigungsinteraktion in zyklischen Tests bestimmt.

Steifigkeit, Schädigung als Steifigkeitsreduktion,

plastische Dehnung und Spannungs-Dehnungskurven

wurden aufgenommen und ausgewertet.

Zugüberlastung führte zu einer apparenten Schädigung

von 60 % bei 0.65 % plastischer Dehnung und war als

Druckschädigung von 20 % detektierbar. Eine

Drucküberlastung führte zu einer Schädigung von 60 %

bei 0.75 % plastischer Dehnung und war als

Zugschädigung von 50 % detektierbar. Druck zeigte ein

postelastisches Entfestigungsverhalten, während Zug

eine exponentielle Verfestigung aufwies. Das

Verfestigungsverhalten unter Druck wurde durch eine

vorherige Zugüberlastung nicht beeinflusst. Umgekehrt

nimmt die Wiederbelastungsfestigkeit auf Zug nach einer

Drucküberlastung signifikant ab.

Die Studie demonstriert wie Knochenschädigung einer

Belastungsrichtung das mechanische Verhalten einer

anderen Belastungsrichtung beeinflusst. Eine

Drucküberlastung beeinträchtigt die mechanischen

Eigenschaften auf Zug stark während dies andersherum

kaum ausgeprägt ist. Die Ergebnisse helfen das

Verständnis von Hüftfrakturen zu verbessern.

P 72 Zyklische mechanische Belastung alsSchlüsselfaktor für die Chondrogenese bei der Herstellung von dreidimensionalen trägerfreien Knorpelkonstrukten I. Ponomarev1, T. Reuter1 1fzmb GmbH, AG Tissue Engineering, Bad Langensalza, Deutschland

Einleitung:

Tissue Engineering bietet zahlreiche Chancen bei der

Wiederherstellung von Gelenkknorpelschäden. Das am

meisten angewendete Verfahren ist die sogenannte

Matrize Assoziierte Chondrocyten Trans-plantation. Trotz

ihrer Biokompatibilität sind die Materialen der Matrizen

eine Fremdsubstanz. Aus diesem Grund wurde am fzmb

Postersessions

129

ein neues Verfahren zur Herstellung von

dreidimensionalen, trägerfreien Knorpelkonstrukten

(DTK) aus differenzierten Chondrozyten auf Basis einer

zyklisch manuellen mechanischen Stimulation entwickelt

[1].


Für die Herstellung der DTKs wurden equine

Chondrozyten aus Kniegelenken verwendet. Nach der

Vermehrung in Monolayer wurden die Zellen in einem

dreidimensionalen Zustand umgewandelt. Für die weitere

Kultivierung und Stimulation der Chondrogenese wurde

eine zyklische manuelle mechanische Belastung

appliziert. Während der 4-wöchigenKultivierungsdauer

wurde die mechanische Steifigkeit gemessen. Am Ende

der Kultivierung wurden die DTKs histologisch und

biochemisch untersucht. Als Kontrolle hierfür diente der

native equine Knorpel.

Resultate:

Während der Kultivierung der DTKs wurde eine

steigende Festigkeit der Transplantatkörper registriert.

So wurde in der ersten Kultivierungswoche eine

Steifigkeit von 0,186N ermittelt. Am Ende der Kultivierung

betrug diese 1,746N. Die Belastungszyklen sind in Abb. 1

und 2 dargestellt. Die histologischen

Vergleichsuntersuchungen zeigten eine hohe Ähnlichkeit

zwischen DTKs und nativem Knorpel. Aus den

biochemischen quantitativen Analysen ging hervor, dass

für die DTKs der Gehalt von GAG bei 35%, von

Hydroxyprolin bei 29,3% und von Hydroxylysin bei 12,7%

im Vergleich zu nativem Knorpel lag. Die während der

Herstellung verwendete mechanische Stimulation kann

ein Schlüsselfaktor für die Chondrogenese und

Adaptation der Knorpeltransplantate nach der

Implantation im Gelenk sein.

Danksagung:

Diese Arbeiten wurden unterstützt durch das BMWi im

Rahmen der Technologieförderung: INNO-WATT Reg.

Nr.: IW120099.

Literatur:

[1] Ponomarev I., Wilke I. Verfahren zur Herstellung

dreidimensionaler trägerfreier Gewebestrukturen und

nach diesem Verfahren hergestellte Gewebestrukturen.

Patent. Nr. 10 2004 001 225 des Deutschen Patent- und

Markenamtes, 2004.

Anhang 1

Anhang 2

150 Einfluss der Stempelporosität auf die viskoelastische Charakterisierung von Knorpel und Knorpelregeneraten P. Föhr1, I. N. Pflieger1, J. Stolberg-Stolberg1, M. Wittek1, C. von Deimling1, C. U. Große2, R. H. Burgkart1 1Technische Universität München, Lehrstuhl für Orthopädie und Sportorthopädie, München, Deutschland 2Technische Universität München, Lehrstuhl für Zerstörungsfreie Prüfung, München, Deutschland

Fragestellung

Im Rahmen einer BMBF-Initiative werden neue

Prüfsysteme und -verfahren entwickelt, um neben der

Histologie auch gezielt die biomechanische Kompetenz

von Knorpel und Regeneraten für zukünftige

Normenprüfungen zu etablieren. Ziel der Studie ist die

Erfassung der stempelabhängigen Steifigkeitsantwort

und der Messung der Erholungsfähigkeit des Gewebes.

Methoden

Proben aus gesunden ovinen Trochleae (n=10) wurden

an 6 benachbarten Messstellen (Abstand=2x StempelØ,

random. Zuordnung) orthogonal zur Knorpeloberfläche

mit 2 porösen (Porengröße/Porosität: 16 µm/50% resp.

40 µm/50%) und einem soliden Stempel untersucht (alle

Postersessions

130

Ø=1,5 mm). Als Belastungsprofil wurde eine

kraftgeregelte Kriech-Erholung und eine

positionsgeregelte Stress-Relaxation gewählt (je 3

Zyklen, Bild 1). Die Dehnung wurde mit Hilfe der

Nadelindentation bestimmt.

Ergebnisse

Bei den Messungen zeigte sich, dass die

Steifigkeitsantwort (3. Zyklus) des soliden Stempels um

bis zu 3-fach höher war, als bei den porösen Indentoren:

98±23 mN/mm vs. 34±4 mN/mm, resp. 46±15 mN/mm

(Bild 2). Allerdings besteht kein Unterschied zwischen

den Steifigkeiten bezüglich der verwendeten Regelung

pro Stempel. Bei der Gewebeerholung wurde erkennbar,

dass bei einem Vollzylinder die Erholung im Vergleich zu

den porösen Stempeln um 50 % reduziert ist.

Diskussion

Die Unterschiede der Steifigkeit in Abhängigkeit zur

Stempelporosität sind am ehesten durch einen

Flüssigkeitsaustausch an der Knorpeloberfläche zu

erklären. Ebenso das höhere Erholungspotenzial,

weswegen dieser Ansatz als der geeignetste angesehen

wird. Insbesondere Kriechindentationen sollen zukünftig

unter der Verwendung eines porösen Stempels

durchgeführt werden, um den beobachteten

Flüssigkeitsaustausch an der Knorpeloberfläche nicht zu

unterbinden (vgl. solider Stempel), sondern unter

Verwendung eines porösen Stempels zuzulassen.

Bild 1: Prüfsetup mit Videokamera (1), Belastungsachse

(2), Probe (3), Kraft- und Wegverlauf, hier während

Kraftregelung (4,5)

Bild 2: Übersicht zu den gemessenen Steifigkeiten bei

Stempel- und Reglervariation

Anhang 1

Anhang 2

Autorenindex

131

Abdalrahman, T. 42 Abegg, K. 45 Agres, A. 106 Ahmad, S. S. 119 Alexander, N. 99 Alfuth, M. 66 Alimusaj, M. 50 Al-Malat, R. 18, 19 Almohallami, A. 61 Álvarez-Galovich, L. 25 Amling, M. 126 Anders, C. 22, 112 Arampatzis, A. 26, 42 Aschoff, H.-H 15 Asseln, M. 58 Attal, R. 14, 67, 74 Attwenger, B. 29, 76, 101, 117 Augat, P. 35, 62, 105 Babisch, J. 33 Bader, R. 6, 37, 60, 81, 122 Bamboschek, D. 99 Barker, J. H. 27 Barnewitz, D. 36 Bartolini, L. 38 Bashkuev, M. 22, 46 Bauer, J. 125 Baum, T. 125 Baumbach, S. 44 Baur-Melnyk, A. 70 Baxmann, M. 82 Beckmann, A. 111 Begand, S. 37 Behrens, B.-A. 61 Ben Mansour, K. 91 Bender, A. 32, 95 Bender, T. 6 Bereiter-Hahn, J. 20 Berger-Roscher, N. 21 Bergmann, G. 32, 33, 34, 95 Berlemann, U. 24 Bernstein, A. 10 Berth, A. 96 Betancur Escobar, S. 61 Bezodis, I. 83 Bhattarai, A. 88 Bildhauer, T. 63 Binder, J. 44 Bindl, R. 126 Bischel, O. 57 Bishop, N. E. 4, 7 Bittmann, F. 67 Blab, F. 55 Blase, C. 20, 52 Blauth, M. 14 Bleuel, J. 69 Block, J. 50 Blum, A. 94 Blume, M. 20 Blunk, T. 13 Bobrowitsch, E. 92, 119 Boeth, H. 76, 106

Böhm, H. 26 Bohm, S. 42 Böhme, J. 124 Böhme, M. 116 Bölderl, A. 110 Bone, M. 11 Bostelmann, R. 23 Bottlang, M. 109 Bouguecha, A. 61 Bourauel, C. 16, 18, 19, 71, 85, 86 Bowien, M. 105 Brand, A. 62 Braunstein, B. 83 Brüggemann, G.-P. 28, 63, 69, 77, 83 89, 100 Brunner, A. 110 Burgkart, R. 125, 129 Bürki, A. 128 Büter, M. 45 Buttgereit, F. 76 Capanni, F. 109 Carl, H.-D. 102, 103 Chevalier, Y. 44 Christ, H.-J. 114 Cichon, R. 121 Ciritsis, A. 8 Ciritsis, B. 8 Claes, L. 127 Coppola, C. 67 Cortes-Rodriguez, C. J. 123 Dahmen, U. 88 Dallmann, F. 96 Damm, N. B. 7 Damm, P. 32, 33, 34, 95 Dammer, R. 81 Daniilidis, K. 91 David, S. 65 David, V. 90 de Marées, M. 69 Deehan, D. 11 Dennerlein, F. 55 Derwich, W. 52 Devos, P. 91 Dietrich, F. 10, 40 Dirk, C. 19 Dockhorn, M. 124 Döderlein, L. 26 Doht, S. 45 Dold, P. 11 Dreher, T. 47 Dreischarf, M. 22, 46 Dresing, K. 45 Drewitz, H. 48 Duda, G. 76 Duong, M. T. 88 Dupré, T. 65 Dürselen, L. 31, 68 Dussa, C. 26 Dymke, J. 34 Ebrecht, F. 116 Eckardt, F. 97

Autorenindex

132

Edelmann-Nusser, J. 97 Eekhoff, A. 104 Ehrig, R. 76 Eibl, D. 70 Eichinger, M. 67, 110 El Attal, R. 70 El Sayed, H. 86 Enenkel, M. 117 Engel, K. 89 Engelhardt, L. 38, 39 Epro, G. 28, 63, 115 Erdrich, S. 85 Erhard, S. 75 Eschweiler, J. 53, 58 Eysel-Gosepath, K. 28 Farr, S. 76 Favino, M. 18 Ferreira, P. 29 Ferrigno, C. 118 Firner, S. 69 Fischer, H. 72 Fischer, M. 22, 112 Fitzpatrick, D. C. 109 Fleck, C. 41 Flohr, M. 11, 12 Föhr, P. 129 Forjan, M. 90 Freitag, C. 114 Freutel, M. 68 Frey, S. 13, 45 Frias Cortez, M. A. 16 Friedrich, M. 64 Fritsche, A. 81 Fritzen, C.-P. 52 Frotscher, R. 40, 88 Funken, J. 83 Gabl, R. 79 Ganger, R. 76 Gasbarrini, A. 24 Geiger, M. E. 17 Geith, T. 70 Geurts, J. 64 Glitsch, U. 35 Goebel, S. 24 Goldhahn, J. 12 Goldmann, J.-P. 83 Goloborodko, E. 73 Goßmann, M. 40 Graf, E. 93, 99 Grande Gracia, E. 125 Greuling, A. 87 Große, C. U. 129 Grunert, R. 5, 94, 114 Grünewald, H. 107 Grupp, T. M. 82 Gueorguiev, B. 62, 79, 109 Gussew, A. 22, 112 Habenstein, B. 54 Habib, A. 20 Haffner-Luntzer, M. 126 Hagen, M. 113

Hahm, M. M. 66 Halle, M. 64 Hammer, N. 5, 43, 94, 114 Hamza, H. 86 Hansen, C. 91 Hansen, K. 109 Hanssen, H. 64 Hasan, I. 19, 71, 86 Haschke, H. 5 Haubold, L. 106 Hauspurg, C. 36 Häußler, K. L. 12 He, Y. 86 Hegen, P. 104 Heilig, J. 69 Heilmann, A. 126 Heimkes, B. 70 Heinemann, F. 71 Heinke, N. 67 Heinlein, B. 93 Heinrich, K. 77, 83 Heinrichs, C. 25, 67, 70, 74 Heitzmann, D. W. W. 50 Hellmich, C. 42, 120, 121 Helwig, P. 10, 40, 82, 107 Hering, B. 108 Herren, C. 111 Herrmann, V. 83 Heuer, F. 38 Hewera, S. 121 Hindenlang, U. 40 Hinzmann, D. 76 Hirschmüller, A. 10, 107 Hofmann, G. O. 22, 112 Hofmann-Fliri, L. 79 Höll, S. 94 Holland, J. 11 Hölscher-Doht, S. 13, 44 Hölzle, F. 73 Holzner, F. 125 Horsak, B. 101 Horst, F. 104 Hösl, M. 26 Hotfiel, T. 102, 103 Huber, G. 5, 59 Hurschler, C. 84, 91, 104 Ignatius, A. 31, 68, 126, 127 Irwin, G. 83 Ishaque, B. A. 57 Ivanovic, N. 79 Jäger, A. 16, 18 Jäger, R. 17, 74 Jahnke, A. 57, 80 Jakob, F. 126 Jakubowitz, E. 57, 80, 91 Jansen, H. 44 Jauch, S. Y. 59 Jendrissek, A. 102, 103 Jordan, M. 13, 44 Josten, C. 124 Kaiser, P. 70

Autorenindex

133

Kalkowsky, F. 60 Kalkum, E. 49 Kammel, A. 36 Karamanidis, K. 28, 63, 115 Kardeh, M. 121 Karl, M. 72 Katthagen, J. C. 104 Kebbach, M. 122 Kecskemethy, A. 29 Keiler, A. 24, 74 Keilig, L. 16, 18, 19, 71, 85, 86 Kienle, A. 21 Kiss, R. 100 Klima, H. 30 Klöhn, C. 124 Klöpfer-Krämer, I. 62 Kluess, D. 6, 122 Kofahl, A.-L. 54 Kohl, S. 119 Kohlhof, H. 119 Konermann, A. 18, 19 Konstantinidis, L. 10, 40, 82, 107 Kosack, D. 33 Kowalczyk, W. 121 Kraft, M. 42 Kram, N. 116 Kramer, F. 104 Krämer, M. 108 Kranzl, A. 29, 64, 76, 96, 101, 117 Krause, R. 18 Krauss, P. 115 Krautwurst, B. 47 Kröger, I. 62 Krull, A. 4 Kruse, C. 12 Kuhn, V. 79 Kuni, B. 49, 85 Kurz, S. 124 Kuster, R. P. 93 Kutzner, I. 34 Kutzner, P. 9 Lackner, J. 62 Lackner, R. 79 Laffer, D. 51 Landgraeber, S. 121 Landorf, K. 113 Lange, M. 88 Langenmair, E. 10, 82 Langhof, H. 99 Lapatki, B. 17, 74 Laub, M. 32 Layher, F. 33, 98 Lazik, A. 121 Lehmann, M. 24 Leichtle, U. G. 119 Leimert, M. 111 Lemmer, L. 54 Lenarz, K. 27 Lengnick, H. 30 Lenk, M. 124 Lenz, J. 16

Leong, S. L. 121 Lerch, M. 61 Leyendecker, M. 63 Liebl, H. 125 Liebold, S. 88 Liedert, A. 126 Liefeith, K. 96 Liehn, L. 80 Lill, H. 104 Lohse, T. 59 Lorenz, A. 92, 119 Lunkenheimer, P. P. 46 Lutz, T. A. 45 Madey, S. M. 109 Maier, K. 54 Maier, M. 75 Maile, S. 21 Marin, F. 91 Markert, B. 73, 111 Marotta, N. 24 Martin, K. D. 106 Martinez, S. 16 Maschke, R. 5 Matziolis, G. 98 Mauck, J. 122 Mayer, J. 24 Mayr, R. 14, 67, 74, 110 McCrum, C. 28 Meffert, R. 13, 44, 45 Meijer, K. 28 Menz, H. 113 Mersmann, F. 42 Meurer, A. 27, 47 Meyers, N. 127 Mick, E. 60 Mierau, A. 63 Milani, T. 43 Mirzaali, M. 128 Mittelmeier, W. 6 Möbius, R. 5, 94, 114 Modabber, A. 73 Morlock, M. M. 4, 5, 7, 12, 59, 82 Muanghong, D. 40 Mueller, A. 24 Müller, S. 47 Multerer, C. 26 Mündermann, A. 51, 64 Mundt, M. 111 Murley, G. 113 Naziris, K. 74 Nickel, T. 64 Niederer, P. 46 Niehoff, A. 69 Niem, T. 80 Niemeyer, F. 38 Nikolaus, A. 41 Nolte, I. 61 North, D. 29, 76, 101, 117 Nüesch, C. 51 Nußdorfer, A. 99 Oberbach, T. 37

Autorenindex

134

Oberländer, K. D. 115 Ohrndorf, A. 114 Orlowski, K. 97 Pahr, D. 44 Pallua, N. 53 Pandorf, T. 11 Partowi Pasto Mahalleh, S. 85 Pastrama, M.-I. 120 Payne, E. 30 Peham, C. 101 Pellikaan, P. 71 Pérez-Viana, D. 8 Pfaff, A. M. 82 Pfeil, D. 9 Pfeil, J. 9 Pflieger, I. N. 129 Pieroh, P. 124 Pilgram, R. 79 Pivonka, P. 120 Plegge, C. 56 Pobatschnig, B. 96 Ponomarev, I. 36, 128 Potthast, W. 65, 83 Prescher, A. 8 Preuß, R. 12 Pries, E. 22, 46 Prietzel, T. 5, 94, 114 Prokop, P. V. 88 Putzier, M. 22 Raab, D. 29, 121 Radermacher, K. 53, 58 Raith, S. 72 Rand, A. 87 Rasche, V. 21 Raschke, M. J. 79, 109 Rasse, M. 62 Rath, B. 53 Rauschmann, M. 47 Recheis, W. 79 Rehbein, P. 9 Reichel, M. 90 Reichenbach, J. 22, 112 Reichert, C. 16 Reifenrath, J. 108 Reimann, S. 16, 19, 85, 86 Rettig, O. 52 Reuter, T. 36, 88, 128 Rickert, M. 47, 57, 80 Riede, G. 62 Rodríguez-Montaño, O. L. 123 Rosenbaum, D. 94 Rosenthal, D. 29 Rost, J. 96 Roth, A. 98 Roth, K. 85 Rotsch, C. 5, 111 Röttgerkamp, H. 119 Rudelt, P. 116 Rzanny, R. 22, 112 Sackmann, S. 82 Sader, R. 20

Sander, K. 33, 98 Sanno, M. 89, 100 Sass, M. 6 Savelberg, H. 28 Schachinger, M. 96 Schackert, G. 106 Schaefer, L. 67 Schäfer, B. 104 Schafmeister, A. 39 Scheiner, S. 42, 120, 121 Schenk, P. 22, 112 Scherer, M. 90 Scheuer, R. 64 Scheuner, E. 93 Schilling, M. 108 Schindler, C. 116 Schindler, H. J. 16 Schinke, T. 126 Schlager, B. 24 Schleifenbaum, S. 94, 114 Schlottig, F. 12 Schmalz, T. 48 Schmidt, A. 27, 64 Schmidt, F. 17, 74 Schmidt, H. 22, 46 Schmidt, M. 5, 94, 114 Schmidt, S. 25 Schmidt-Trucksäss, A. 64 Schmitt, H. 85 Schmitz-Rixen, T. 52 Schmölz, W. 12, 14, 23, 24, 25, 62, 67, 70, 74 Schneider, U. 55 Scholle, H.-C. 22, 112 Schöllhorn, W. I. 104 Scholz, N. 31 Scholz, R. 124 Schöttle, P. 70, 74 Schrader, R. 116 Schuffenhauer, D. 116 Schulze, C. 37, 60, 122 Schwameder, H. 99 Schwarze, M. 84, 104 Schweizerhof, K. 16 Schwiedrzik, J. 128 Schwiertz, G. 113 Seehaus, F. 91 Seibl, J. 79 Seitz, A. 68 Sellenschloh, K. 59 Serry, M. 86 Shehadeh, M. 73 Sichting, F. 43, 116 Siewe, J. 111 Silber, G. 121 Silva-Caicedo, O. 123 Simmen, H.-P. 8 Simon, U. 38, 39 Skupin, J. 18 Sobottke, R. 111 Sommer, G. 94 Staat, M. 8, 40, 88

Autorenindex

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Stark, H. 22, 112 Stark, H. 85 Starker, F. 55 Steiger, H. J. 23 Steiner, M. 127 Steinke, H. 111 Stief, F. 27, 47 Stiesch, M. 87 Stigler, R. G. 62 Stöcker, K. 48 Stoffel, M. 73, 111 Stolberg-Stolberg, J. 129 Stoller, I. 118 Streicher, R. M. 12 Stromps, J.-P. 53 Strutzenberger, G. 83, 99 Stukenborg-Colsmann, C. 61 Stützle, M. 39 Südkamp, N. P. 10, 82, 107 Swoboda, B. 102, 103 Synek, A. 44 Taher, H. 86 Taylor, T. 72 Taylor, W. R. 76 Temiz-Artmann, A. 40 Tettke, M. 42 Theilenberg, S. 54 Theysohn, J. M. 121 Thorsten, S. 126 Timpner, M. 91 Trautwein, F. 38 Tremer, N. 91 Uhl, F. 58 Ullrich, B. 22, 112 Ullrich, M. 33 Ulucay, D. 54 Unterberg, L. 72 van Drongelen, S. 47, 75 Varady, P. 35, 105 Vogel, C. 85 Vogel, D. 37 Vogl, T. 121 Vogt, L. 27 Voigt, C. 104 Voigt, C. 124 Volkheimer, D. 127 von Deimling, C. 129 Wagenblast, F. 30 Wähnert, D. 79, 109 Walter, C. 92 Warnecke, D. 31 Warnhoff, M. 104 Weber, A. 86 Wegener, R. 30 Wehner, T. 126, 127 Wehrle, E. 126 Wei, W. 88 Weichelt, S. 106 Weizbauer, A. 108 Welke, B. 80, 84, 91 Wendler, F. 103

Wendler, T. 5 Wepner, F. 117 Weresch, P. 24 Werner, M. 111 Westphal, E. 102 Wienand, J. 47 Wild, J. 54 Wilke, H.-J. 21, 24, 38, 127 Willbold, E. 108 Willwacher, S. 69, 83, 100 Wimmer, M. A. 118 Windhagen, H. 108 Windolf, M. 79, 109 Wissel, H. 96 Witaschek, T. 76 Witte, K. 97 Wittek, A. 52 Wittek, M. 129 Wohlfarth, K. 22, 112 Wolf, A. 6 Wolf, S. 47, 49, 50, 52, 85 Wolfram, U. 128 Wolfskämpf, T. 114 Wörner, A. 10 Wöstmann, B. 80 Wülker, N. 92, 119 Zaslansky, P. 41 Zaucke, F. 69 Ziegler, C. M. 70 Zietz, C. 81 Zimmermann, C. 13 Zipfel, M. 98 Zysset, P. 128

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9. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biomechanik ... · joint forces. Subsequently, a time-dependent acoustic analysis was realized to investigate the eigenfrequencies