Evaluierung von biomechanischen Modellen zur Therapieplanung für die Hüftendoprothesenversorgung – direkter Vergleich zwischen Berechnungsergebnissen und In-vivo-Messungen

J. Eschweiler; M. Asseln; P. Damm; V. Quack; B. Rath; G. Bergmann; M. Tingart; K. Radermacher

doi:10.1055/s-0034-1383221

Zeitschrift für Orthopädie und Unfallchirurgie, Table of Contents

Z Orthop Unfall 2014; 152(6): 603-615
DOI: 10.1055/s-0034-1383221

Originalarbeit

Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Evaluierung von biomechanischen Modellen zur Therapieplanung für die Hüftendoprothesenversorgung – direkter Vergleich zwischen Berechnungsergebnissen und In-vivo-Messungen

Evaluation of Biomechanical Models for Therapy Planning of Total Hip Arthroplasty – Direct Comparison of Computational Results with In Vivo Measurements

J. Eschweiler

¹Lehrstuhl für Medizintechnik, Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik, RWTH Aachen

²Klinik für Orthopädie, Universitätsklinikum der RWTH Aachen

,

M. Asseln

¹Lehrstuhl für Medizintechnik, Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik, RWTH Aachen

,

P. Damm

³Julius Wolff Institut, Charité – Universitätsmedizin Berlin

,

V. Quack

²Klinik für Orthopädie, Universitätsklinikum der RWTH Aachen

,

B. Rath

²Klinik für Orthopädie, Universitätsklinikum der RWTH Aachen

,

G. Bergmann

³Julius Wolff Institut, Charité – Universitätsmedizin Berlin

,

M. Tingart

²Klinik für Orthopädie, Universitätsklinikum der RWTH Aachen

,

K. Radermacher

¹Lehrstuhl für Medizintechnik, Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik, RWTH Aachen

› Author Affiliations

Abstract

Zusammenfassung

Eine Berücksichtigung der individuellen biomechanischen Verhältnisse im Hüftgelenk stellt einen großen Vorteil im Kontext der Planung einer Hüftgelenkstotalendoprothese dar und kann das Ergebnis des Eingriffs positiv beeinflussen. Zum jetzigen Zeitpunkt erfolgt die Operationsplanung basierend auf dem klinischen Status des individuellen Hüftgelenks sowie dem röntgenologischen Befund. In der Literatur sind unterschiedliche Ansätze beschrieben, um zusätzliche Informationen aus Röntgenbildern zu akquirieren und als Eingabeparameter in Modellrechnungen zu überführen, die eine näherungsweise Berechnung der resultierenden Hüftgelenkskraft R zum Ziel haben. Vergleichende Untersuchungen im Rahmen der vorliegenden Arbeit zeigen, dass sich bei der Berechnung der Amplitude der resultierenden Hüftgelenkskraft R mittels der biomechanischen Modelle von Pauwels, Debrunner und Iglič akzeptable Ergebnisse im Vergleich zu In-vivo-Messungen mit instrumentierten Prothesen ergeben. Lediglich das Modell von Blumentritt zeigte deutlich abweichende resp. höhere Werte. Die Berechnungsergebnisse für die Orientierung von R zeigten eine große Variabilität. Die Ergebnisse waren mehr vom jeweiligen biomechanischen Modell abhängig als von patientenspezifischen Parametern.

Abstract

A consideration of the patient-specific biomechanical situation in the context of the surgical planning of total hip arthroplasty is highly recommended and may have a positive impact on the therapeutic outcome. In current clinical practice, surgical planning is based on the status of the individual hip and its radiographic appearance. Several authors proposed different biomechanical modeling approaches for the calculation of the resultant hip force R on the basis of parameters gathered from plain radiography. The comparative study presented in this paper shows that the biomechanical models by Pauwels, Debrunner, Blumentritt and Iglič provide a good approximation of the magnitude of R when compared to the in vivo data from instrumented prostheses. In contrast, the Blumentritt model resulted in abnormally high values. However, the computational results for the orientation of R show a high variability of all modeling approaches and seem to depend more on the model used than on patient-specific parameters.

Schlüsselwörter

Therapieplanung - Hüftendoprothese - Biomechanik - modellbasiert

Key words

therapy planning - hip joint prosthesis - biomechanics - models

Full Text

References

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