6.6 Methodik zur Durchführung von Messungen
6.6.7 Optimierung der Physiotherapie
Ziel / Hintergrund:
Messung der im Femur auftretenden Kräfte während des Fahrradergometertrainings in der Physiotherapie. Dabei handelt es sich um eine einfache und sichere Bewegung mit einer definierten äußeren Last. Durch die Art der Bewegung ist eine Überlastung des Implantates ausgeschlossen.
Bei dieser Messung werden die auftretenden Belastungen auf das Implantat erfasst.
Material:
Bewegungsanalysesystem und Fahrradergometer
Ablauf:
Proband wird mit Markern zur Bewegungsanalyse und dem externen Steuergerät mit Energiespule versehen. Die Bewegung wird aufgezeichnet und anschließend mit den Messwerten aus dem instrumentierten Distraktionsmarknagel synchronisiert. Die Messungen werden bei verschiedenen Geschwindigkeiten und Pedalkräften durchgeführt. Bei der Auswertung werden die maximalen Belastungen in Abhängigkeit der Geschwindigkeit und Pedalkraft analysiert.
6.6.7.2 Dehnungsübungen
Ziel / Hintergrund:
Optimierung der Physiotherapie durch Vergleich der Belastungen von verschiedenen Übungen. Dabei können die Belastungen des Implantats bei ausgewählten Übungen quantifiziert werden und so besonders geeignete Übungen bestimmt werden.
Material:
Verschiedene Physiotherapiehilfsmittel
Ablauf:
Vor, während und nach der Physiotherapie werden Messungen der Implantatbelastung durchgeführt. Als Kriterium zur Auswertung werden die Kraftrelaxation bei verschiedenen Übungen sowie die maximale Belastung des Implantats bei den verschiedenen Übungen herangezogen.
7 Diskussion
Ziel der Arbeit war es, einen Distraktionsmarknagel mit Sensorik zur Erfassung der Kräfte und Biegemomente bei der Kallusdistraktion sowie bei verschiedenen Bewegungen auszustatten.
Durch konsequente Miniaturisierung und Integration aller benötigten Komponenten ist es gelungen, das intramedulläre Verlängerungssystem um Sensoren zur Belastungsmessung zu erweitern. Durch umfangreiche Tests wurde die Funktionsfähigkeit des Implantats nachgewiesen. Insbesondere konnte ein negativer Einfluss der Sensoren auf die mechanischen Eigenschaften des Systems nach erfolgreichen Belastungstests ausgeschlossen werden.
Damit kann die Hypothese H1 (Durch Nutzung von stark miniaturisierter Elektronik und fortschreitender Integration kann das intramedulläre Verlängerungssystem FITBONE® mit Sensoren, Energieversorgung und Telemetrie ausgestattet werden.) bestätigt werden.
Der Einfluss der Implantatsteifigkeit auf die Messergebnisse konnte analytisch beschrieben werden. Durch einen Versuchsaufbau mit einem Composite-Femur Modell konnte eine ca. 10-mal höhere Marknagelsteifigkeit, verglichen mit einem externen Fixateur, ermittelt werden. Dadurch muss mit erheblich größeren Belastungen und Lastverteilungsfaktoren gerechnet werden. Vor einem Vergleich mit Literaturwerten müssen die Messwerte entsprechend korrigiert werden.
Die Hypothese H2 (Durch eine theoretische Untersuchung kann der Einfluss der mechanischen Steifigkeit des Fixateurs auf die Messergebnisse dargestellt werden. Durch einen in vitro Versuchsaufbau kann die Steifigkeit des instrumentierten Distraktionsmarknagels ermittelt werden und anschließend eine quantitative Aussage über den sich daraus ergebenden Einfluss auf die Messergebnisse hergeleitet werden.) kann uneingeschränkt verifiziert werden.
Mittels feinauflösender Elektronik, Dehnmessstreifen-Sensoren und einer mehrachsigen Kalibrierung konnte eine ausreichende Genauigkeit der Belastungsmessung im Test nachgewiesen werden. Für diesen Fall kann die
Hypothese H3 (Die auf das Implantat einwirkenden Kräfte und Momente können durch die Sensoren hinreichend genau aufgenommen und ausgewertet werden, um damit die biomechanischen Fragestellungen zu untersuchen.) bestätigt werden.
Im in vivo Einsatz ist jedoch mit einer dynamischen Beanspruchung mit einer Vielzahl von Lastwechseln und eventuellen Lastspitzen über einen langen Zeitraum zu rechnen. Der Einfluss dieser Faktoren auf die Genauigkeit der Sensorik konnte nicht verifiziert werden.
Für alle Fragestellungen konnten aus angrenzenden Forschungsgebieten Hinweise zur Gestaltung der Messmethodik abgeleitet werden. Zusammen mit einem umfangreichen Messaufbau mit Bewegungs- und Belastungsanalyse können die für die Beantwortung der Fragestellungen notwendigen Messdaten erfasst werden.
Damit kann die Hypothese H4 (Durch eine umfassende Literaturrecherche und eine Analyse der relevanten Einflussfaktoren kann eine geeignete Methodik zur Erforschung der unterschiedlichen Fragestellungen erarbeitet werden.) bestätigt werden.
Bei der Durchführung der Sterilisationsvalidierung traten erhebliche Verzögerungen auf, die den zeitlichen Rahmen dieser Arbeit gesprengt haben.
Gründe hierfür waren die hohe Wiederbeschaffungszeit von mechanischen und elektronischen Komponenten wie auch die Verfügbarkeit akkreditierter Hygieneinstitute.
Ausgehend von der Sterilisationsvalidierung muss anschließend noch ein detaillierter Produktionslebenszyklus (Herstellungs- und Montageprozess) definiert werden. Erst nach Freigabe dieser Prozesse können Implantate für den in vivo Einsatz produziert werden.
Auf Grund dieser zeitlichen Verzögerung konnte kein in vivo Einsatz des instrumentierten Distraktionsmarknagel–Systems im Rahmen dieser Arbeit erfolgen.
8 Ausblick
Nach Abschluss der Sterilisationsvalidierung und Freigabe des Montage- und Produktionsprozesses kann mit dem in vivo Einsatz des Systems begonnen werden.
Zur Durchführung der Messungen steht eine Methodensammlung sowie ein Messaufbau zur biomechanischen Bewegungs- und Belastungsanalyse zur Verfügung. Die Messung der biomechanischen Belastungen bei verschiedenen Aktivitäten sollte zunächst nach Abschluss der Distraktion durchgeführt werden, um auszuschließen, dass das System durch zu hohe Kräfte bei den Aktivitäten beschädigt wird und der Behandlungsverlauf nicht zu Ende geführt werden kann. Wenn dabei die Messergebnisse im Arbeitsbereich des Implantats liegen, können die Messungen auch auf den aktiven Teil der Verlängerung ausgedehnt werden.
Nach der Explantation und Sterilisation des Systems, sollte die Sensorik nochmals überprüft werden, um so Veränderungen der Kalibrierung erkennen zu können.
Durch den Einsatz des instrumentierten Distraktionsmarknagels zur Knochenverlängerung kann schnell eine breite Basis von Messdaten zur Erforschung der Kallusdistraktion geschaffen werden. Durch die breite Datenbasis können schnell statistisch abgesicherte Ergebnisse ermittelt werden.
Nach Abschluss und Auswertung der Messungen können die Erkenntnisse in die Software des Systems implementiert werden, um die Systemparameter automatisch dem Behandlungsverlauf anzupassen. Dieses System kann dann als intelligentes Distraktionsmarknagel-System bezeichnet werden, da die Informationen aus den Sensorsignalen selbstständig eine optimale Anpassung der Behandlungsparameter durchführt.
Dieses intelligente Distraktionsmarknagel-System wird dann eine zuverlässigere und optimierte Behandlung von Beinlängendifferenzen ermöglichen.
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Orthofix signs deal with Orthodyne
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