Better Leg Derotation
Verbesserung von Patientenergebnissen bei jungen Personen mit Knie- oder Hüftschmerzen nach Derotationsosteotomie durch Kombination von Ganganalyse, Bildgebung und muskuloskelettaler Modellierung zur Unterstützung der Operationsplanung.
Steckbrief
- Beteiligte Departemente Gesundheit
- Institut(e) Physiotherapie
- Forschungseinheit(en) Fussbiomechanik und Technologie
- Förderorganisation Andere
- Laufzeit 01.01.2021 - 31.12.2024
- Projektleitung Prof. Dr. Patric Eichelberger
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Projektmitarbeitende
Michael Streit
Prof. Dr. Patric Eichelberger
Prof. Dr. Heiner Baur
Philippe Bähler - Partner Lead - Dr. med. Emanuel Liechti
- Schlüsselwörter torsionale Deformitäten, patientenspezifische Modelle, Ganganalyse, muskuloskelettales Modelling, Operationsplanung
Ausgangslage
Torsionale Deformitäten an der unteren Extremität gelten als Risikofaktoren für eine Osteoarthritis im Hüft‑ und Kniegelenk. Eine erhöhte Femurtorsion wird mit einem posterioren extraartikulären Impingement der Hüfte sowie mit einer lateralen Patellahyperkompression oder Patellainstabilität in Verbindung gebracht. Femorale Derotationsosteotomien zur Korrektur der Deformität, sollen Schmerzen reduzieren, die Funktion verbessern und den Bedarf an einem Gelenkersatz verzögern. Heute basieren die chirurgische Entscheidungsfindung für die Derotationsosteotomie und das Ausmass der Korrektur hauptsächlich auf der Erfahrung des Operateurs. Darüber hinaus ist der Einfluss des Osteotomieniveaus (distal vs. proximal am Femur) auf die Gelenkkinematik und die Fussposition bislang unbekannt.
Vorgehen
Die Auswirkungen einer Derotationsosteotomie können mithilfe von muskuloskelettaler Modellierung und dynamischer Vorwärtssimulation von Gangmustern bewertet werden. Somit könnten muskuloskelettale Simulationen dabei helfen, chirurgische Entscheidungen zu optimieren, ein normales Gangmuster wiederherzustellen und das Risiko einer Osteoarthritis zu minimieren. Derzeit gibt es jedoch keinen etablierten Workflow, der nicht nur auf dem Skalieren eines Standardmodells während der muskuloskelettalen Simulation beruht, sondern auch medizinische Bilddaten integriert, um patientenspezifische muskuloskelettale Modelle für die Simulation zu erzeugen. Im Projekt sollen Lösungen entwickelt werden, welche die medizinische Bildgebung (MRT), 3‑D‑Ganganalyse und muskuloskelettale Modellierung in OpenSim in den chirurgischen Planungsprozess von Derotationsosteotomien an der unteren Extremität integrieren.
Ergebnisse
Eine Verarbeitungs- und Analyseroutine mit OpenSim wurde entwickelt, welche die automatisierte Skalierung des Modells integriert, um den manuellen Aufwand für den Nutzer zu reduzieren und die Reproduzierbarkeit zu verbessern. Basierend auf Gangmessungen von 20 gesunden Probanden zeigte die OpenSim‑Routine eine gute Gesamtübereinstimmung der Gelenkkinematik und -kinetik im Vergleich zum Standard in der klinischen Ganganalyse (Conventional Gait Model 2.3). Die Routine erweitert die Ganganalyse im Bern Movement Lab um die Möglichkeiten der Berechnung von Muskel- und internen Gelenkkräften und steht als Open Source Code zur Verfügung.
Ausblick
Obwohl ein stabiles Grundgerüst für die inverse dynamische Analyse von Gangmessungen mit OpenSim etabliert wurde, bleiben die Modellpersonalisierung über gängige Skalierungsverfahren hinaus sowie die Implementierung der dynamischen Vorwärtsanalyse zur Unterstützung der chirurgischen Planung offene Punkte.
