Bilddaten getriebene Kinematik-Simulation für den Roboter gestützten Kreuzband- und Kniegelenkersatz [online]

Kurzfassung In zunehmendem Maße wird in der Medizin eine immer höhere Präzision bei immer komplexeren Eingriffen gefordert. Beim Ersatz des Kniegelenks oder des vorderen Kreuzbandes wird dieser Forderung mit einem wachsenden Anteil an Computer und Roboter gestützten Operationstechniken begegnet. Da für die Planung einer Knieoperation die Bewegung im Kniegelenk von besonderer Bedeutung ist, wird in dieser Arbeit ein Verfahren entwickelt, um die Bewegung auf Basis der in den Computer gestützten Systemen verwendeten Bilddaten zu simulieren. Die Grundlage für das Simulationsmodell bilden Bild- und Bewegungsdaten von 26 Probanden. Da kein Verfahren für eine Bewegungsaufnahme bekannt ist, mit dem die Position der beteiligten Knochen ausreichend genau bestimmt werden kann, ohne den Patienten zu verletzen, wird ein neues Verfahren entwickelt und zusammen mit den Weiterentwicklungen von zwei bekannten invasiven Verfahren angewendet und validiert. Für die Modellbildung wird jeder Proband mit einem Merkmalvektor beschrieben, der sich aus Merkmalen für die Knochenform und aus Merkmalen für die Bewegung zusammensetzt. Da die Bewegung eines Kniegelenks zwingend mit der Form der Knochen verbunden ist, kann für einen neuen Patienten unter Verwendung seiner Formmerkmale im Merkmalraum ein ähnlicher Datensatz des Modells gefunden werden. Aus den gewonnenen Bewegungsmerkmalen lässt sich die komplette Bewegung zu einem neuen Patienten rekonstruieren, ohne diese Bewegung aufgenommen zu haben. Mit dem entwickelten Modell für die Simulation von Bewegungsdaten auf Basis der für viele Computer gestützte Knieoperationen verwendeten Volumendaten ist es gelungen, den neuen Operationstechniken wichtige Informationen über den individuellen Bewegungsablauf eines Knies zu liefern und die Qualität der Planungen zu steigern

Messung der Knorpeldicke am medialen Femurkondylus bei sportlich aktiven Kindern und Jugendlichen mittels Ultraschall : eine Reliabilitätsanalyse

Die hier vorliegende Studie zielt darauf ab, mittels Sonographietechnik an gesunden Kindern und Jugendlichen zwischen dem sechsten und 17. Lebensjahr beider Geschlechter1 die Knorpeldicke am medialen Femurkondylus des dominanten Beines zu ermitteln. Um verlässliche Ergebnisse erhalten zu können, wurde als erster Schritt die Sonographietechnik validiert. Für eine Reliabilität des Sonographiegerätes wurden drei aufeinanderfolgende Messungen an gleicher Stelle durchgeführt. Nach Durchführung dieser drei Messungen wurden die Teilnehmer gebeten, 30 Kniebeugen durchzuführen, was aufzeigen sollte, ob die Knorpeldicke bereits nach dieser Anzahl an Kniebeugen variiert. Nach Abschluss der Kniebeugen wurden wiederholt drei aufeinanderfolgende Sonographiemessungen durchgeführt. Mit den erzeugten Daten konnten nun die Reliabilität des Sonographiegerätes, und die individuellen durchschnittlichen Knorpeldicken des einzelnen Teilnehmers - aufgeteilt nach Sportarten, Alter, Geschlecht, Schulart und Jahrgangsstufe - errechnet und dargestellt werden. Zusätzlich wurden Fragebögen erstellt und an die Teilnehmer ausgehändigt. Hierbei konnten anlehnend an den Fragebogen EQ-5D-Y Daten zur allgemeinen Gesundheit, mentalen persönlichen Situation und psychischen Merkmalen wie Ängste, Depressionen etc. erhoben werden. 157 Kinder und Jugendliche nahmen an der Studie teil. Die sonographische Messung der Knorpeldicke war mit einem Wert von r= 0,99 sehr reliabel und eignet sich somit für künftige Studien. Weiterhin konnten sehr individuell unterschiedliche Knorpeldicken erhoben werden. In der Gesamtgruppe betrug die Knorpeldicke durchschnittlich 2,08 mm (± 0,02 mm) vor und 2,09 mm (± 0,01 mm) nach den 30 Kniebeugen. Die Durchführung von Kniebeugen führte zu diametralen Veränderungen der Knorpeldicke: Während einige Teilnehmer eine reduzierte Knorpeldicke aufwiesen, war sie bei anderen erhöht. Dies könnte auf unterschiedliche biomechanische Eigenschaften des Knorpels oder unterschiedlichen Belastungsmustern während der Kniebeugen beruhen. Die aktuelle empfundene Gesundheit der Studienteilnehmer schwankte in einzelnen Bereichen enorm. In den Bereichen der mentalen Verfassung und psychischen Merkmalen konnten allerdings keine auffälligen Ergebnisse erzielt werden. Gerade aufgrund der positiven Validierung der Sonographietechnik kann diese im Bereich der pädiatrischen und orthopädischen Früherkennung als eine kostengünstige und risikoarme Diagnostikmethode im Bereich des medialen Femurkondylus angewandt werden.This study aims to determine the cartilage thickness at the medial femoral condyle of the dominant leg of healthy children and adolescents between the ages of six and 17 of both sexes with sonography. To obtain reliable results, the sonography technique was validated as a first step. To ensure the reliability of the sonography device, three consecutive measurements were carried out at the same location. After taking these three measurements, participants were asked to perform 30 squats, with the intention to show whether cartilage thickness varied even after this number of squats. To demonstrate this, the three consecutive sonographic measurements were repeatedly carried out after the squats were completed. With the support of the generated data, the reliability of the sonography device as well as the individual average cartilage thicknesses of the individual participants - broken down by type of sport, age, gender, type of school and grade - could have been calculated and displayed. In addition, questionnaires were created and handed out to the participants. Based on the EQ- 5D-Y questionnaire, data on general health, personal mental situation and psychological characteristics such as fears, depression, etc. was collected. 157 children and adolescents were recruited for the study. With the value of r= 0,99 the sonographic measurement of the cartilage thickness was very reliable and therefore suitable for future studies. Furthermore, it has shown that there were very individually different cartilage thicknesses in all surveyed areas. The average cartilage sickness in the whole group was 2,08 mm (± 0,02 mm) prior and 2,09 mm (± 0,01 mm) after the 30 squats. The change in cartilage thickness after squatting also led to contradictory results. While some participants had reduced cartilage thickness, some had increased. This could be the result of different biomechanical characteristics of the cartilage or different strain patterns during the squats. The currently perceived health fluctuated enormously in individual areas. However, no relevant results could be obtained in the areas of mental condition and psychological characteristics. Particularly on the basis of the positive validation of the sonography technique, a cost-effective and low-risk diagnostic method can be used in the area of the medial femoral condyle in the area of pediatric and orthopedic early detection