ScolioGroMod

Diese Studie stellt ein neuartiges, personalisiertes numerisches Simulationsverfahren vor, welches die Evaluation und Optimierung von skoliose-spezifischen Übungen zur Beeinflussung des Wirbelsäulenwachstums ermöglicht.

Steckbrief

  • Lead-Departement Gesundheit
  • Institut Physiotherapie
  • Forschungseinheit Bewegungsbiomechanik der Wirbelsäule
  • Förderorganisation SNF
  • Laufzeit (geplant) 01.10.2023 - 30.09.2027
  • Projektverantwortung Prof. Dr. Stefan Schmid
  • Projektleitung Prof. Dr. Stefan Schmid
  • Schlüsselwörter Muskuloskelettale Modellierung, Finite-Elemente-Methode, Optoelektronische Bewegungserfassung, Wirbelsäulenbelastung, Personalisierte Modelle, Wirbelsäulendeformität, Skoliose-spezifische Übungen, Modellierung des Wirbelsäulenwachstums, Quantifizierung des Wirbelwachstums

Ausgangslage

Die idiopathische Adoleszenten-Skoliose (AIS) ist eine komplexe 3D-Wirbelsäulenerkrankung, bei der das Wirbelwachstum durch biomechanische Kräfte beeinträchtigt wird. In schweren Fällen ist eine chirurgische Versteifung erforderlich, die zu einer steiferen Wirbelsäule führt und mit verschiedenen Komplikationen verbunden ist. Um dies zu vermeiden, ist ein frühzeitiges Eingreifen mit nicht-invasiven Methoden wie skoliose-spezifischen Übungen (SSE) unerlässlich. Den derzeitigen SSE-Protokollen mangelt es jedoch an einer biomechanischen Grundlage, und sie beruhen weitgehend auf der subjektiven Erfahrung von Kliniker*innen. Zwar wurde eine Vielzahl von Protokollen vorgeschlagen, doch fehlt ihnen die Art der Belastung, die erforderlich ist, um das Knochenwachstum der Wirbelsäule angemessen zu beeinflussen. Die Ziele dieser Studie sind daher die Entwicklung eines personalisierten numerischen Simulationsverfahren, um 1) die Belastung der Wirbelsäulenendplatten bei AIS-Patient*innen während Alltagsaktivitäten und verschiedenen SSEs zu bestimmen; 2) das Wachstum der Wirbelsäule bei diesen Patient*innen zu quantifizieren und zu modellieren; 3) das Potenzial von zwei neuartigen «High-Impact-SSEs» auf die Belastung und das Wachstum der Wirbelsäule zu evaluieren.

Vorgehen

Motion-Capture-gesteuerte muskuloskelettale Modelle werden mit Finite-Elemente-Simulationen kombiniert, um die Belastung der Wirbelsäulenendplatten bei 25 Patient*innen mit progressiver AIS während verschiedener Alltagsaktivitäten und SSEs zu quantifizieren. Die Endplattenbelastungen dieser Patient*innen werden mit wachstumsbedingten Veränderungen der Wirbelkörpermorphologie nach 24 Monaten korreliert, welche mittels MRT und biplanaren EOS-Röntgenaufnahmen quantifiziert werden. Die Kombination der berechneten Endplattenbelastungen mit dem gemessenen Wachstum wird es uns ermöglichen, personalisierte numerische Modelle zu entwickeln, zu kalibrieren und zu validieren, um das Wachstum der Wirbelsäule bei diesen Patient*innen zu simulieren. Diese personalisierten numerischen Modelle werden dann verwendet, um die Auswirkungen von zwei neuartigen «High-Impact SSEs» (Laufen auf dem Laufband und vertikale Sprünge mit der Wirbelsäule in korrigierter Position) auf die Entwicklung der Krümmung zu simulieren.

Dieses Projekt leistet einen Beitrag zu den folgenden SDGs

  • 3: Gesundheit und Wohlergehen