In vivo Messung der Schultergelenksbelastung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Implantation und Messungen bei 8 Patienten. Mit der in vivo Messung der Gelenkbelastungen im glenohumeralen Schultergelenk wurde eine Basis geschaffen, um in Zukunft z.B. Dauertests von Implantaten, Fixierungstechniken bei proximalen Humerusfrakturen oder Nahttechniken bei anderen operativen Eingriffen am Schultergelenk mit realistischen Belastungsdaten durchzuführen. Auch für die Simulation von Schultergelenkbelastungen im Computer bieten diese Messungen erstmals die Möglichkeit, errechnete mit direkt im Patienten gemessenen Werten zu vergleichen. Einen ersten Einfluss hatten die Untersuchungen bereits bei der postoperativen Physiotherapie. Die Therapeuten konnten schon während einer Übung sehen, ob diese zu hohen Belastungen führt oder nicht. Überraschenderweise waren die Kräfte bei der Physiotherapie meist geringer als bei alltäglichen Bewegungen. Bei ersten Vergleichen zwischen den in vivo gemessenen Daten mit bisher genutzten Computermodellen zeigte sich zwar für einfache Bewegungen wie einer Abduktion bis 90 Grad eine relativ gute Übereinstimmung, aber schon bei Abduktionen über die Horizontale hinaus kam es zu großen Abweichungen. Bei der Abduktion gehen die bisherigen Modelle von einem Kraftmaximum bei 90° aus und von einer Abnahme der Last bei einer weiteren Abduktion bis in die Vertikale. Alle Patienten mit einer instrumentierten Prothese zeigten allerdings das Kraftmaximum erst zwischen 120° und 150°. Besonders bei komplexen Bewegungen des täglichen Lebens scheinen die bisherigen Rechenmodelle ungeeignet, um die korrekte Belastung des Schultergelenkes zu berechnen. Bei Alltagsbewegungen wurden entgegen bisherigen Berechnungen beim Tragen eines Getränkekastens nur geringe Kräfte von ca. 10% des Körpergewichtes gemessen, während eine scheinbar leichte Übung wie das Haare kämmen ohne großes externes Gewicht zu Belastungen von 75% des Körpergewichtes führten. Beim Abstellen eines Gegenstandes zeigten sich unerwartet größere Belastungen als beim Anheben desselben. Dies könnte an zusätzlichen Muskelkontraktionen liegen, um ein hartes Aufsetzen des Gegenstandes zu vermeiden. Mechanismen, die solche Effekte widerspiegeln, sind in bisherigen Muskelmodellen nicht berücksichtigt. Auch der beobachtete Effekt, dass eine Erhöhung der Geschwindigkeit einer Bewegung nicht zwangsläufig zu höheren, sondern teilweise sogar zu geringeren Belastungen im Gelenk führte, wenn der Schwung einer Bewegung effektiv ausgenutzt wurde, ist mit bisherigen muskuloskeletalen Modellen nicht nachzuempfinden. All diese Erkenntnisse werden die postoperative Therapie nach Ersatz der Glenohumeralgelenks beeinflussen und auch wertvolle Hinweise für Patienten mit Schulterproblemen geben.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2006. In vivo loading of a Shoulder implant - First postoperative data. Transact. 52 Ann. M. Orthopaedic Res. Soc. Chicago/IL.
Bergmann, G., Graichen, F., Rohlmann, A., Bender, A,. Westerhoff, P.
- 2007, Comparison of a musculoskeletal Shoulder Model with in-vivo Joint Forces, The Proceedings of the XXI Congress of International Society of Biomechanics (ISB 2007), Taipei. Taiwan
Rasmussen, J.; d. Zee, M.; Torholm, S.; Damsgaard, M.
- 2007, Einfluss der Bewegungsgeschwindigkeit auf die Belastung des Schultergelenks, Kongress für Biomechanik, Köln
Westerhoff, P., Graichen, F., Rohlmann, A., Bender, A., Dymke, J., Bergmann, G.
- 2007. In vivo glenohumeral contact forces-Measurements in the first patient 7 months postoperatively. Journal of Biomechanics 40, 2139-2149
Bergmann, G., Graichen, F., Bender, A., Kääb, M., Rohlmann, A,, Westerhoff, P.
- 2007. In vivo measurement of shoulder joint loads during activities of daily living, XXI Congress of the Intemational Society of Biomechanics. Taipei/Taiwan
Westerhoff, P., Graichen, F., Halder, A., Bender, A., Dymke, J., Beyer, A., Rohlmann, A., Bergmann, G.
- 2008, Belastung des Schultergelenks bei Abduktion und Elevation. 15. Jahreskongress der Deutschen Vereinigung für Schulter- und Ellenbogenchirurgie e. V. (DVSE), Hannover, Germany
Bergmann, G., Graichen, F., Halder, A., Westerhoff, P.
- 2008, Loading of the Glenohumeral Joint during everyday Life, 16th Congress of the European Society of Biomechanics, Lucerne, Switzerland
Bergmann, G., Graichen, F., Bender, A., Dymke, J., Rohlmann, A., Haider, A., Beyer, A. Westerhoff, P.
- 2008. An Instrumented Shoulder Endoprosthesis for Measuring Joint Loads in vivo, 16th Congress of the European Society of Biomechanics, Vol. 41 (SI), Journal of Biomechanics, Lucerne, Switzerland, pp. S447
Westerhoff, P., Graichen, F., Dymke, J., Bender, A., Rohlmann, A., Bergmann, G.
- 2008. Comparing Model-Predicted GH-Joint Contact Forces by in-vivo measured Forces, 16th Congress of the European Society of Biomechanics, Lucerne, Switzerland
Nikooyan, A., Veeger, H.E.J., Helm, F.C.T.v.d., Westerhoff, P., Graichen, F., Bergmann, G.
- 2008. Die Belastung des Schultergelenkes bei alltäglichen Bewegungen - In vivo Messung bei 4 Patienten bis zu 11 Monate postoperativ, Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie, Berlin, Germany
Westerhoff, P., Graichen, F., Rohlmann, A., Bender, A., Haider, A., Bergmann, G.
- 2008. In vivo Shoulder Joint Forces at Isolated Motions, 16th Congress of the European Society of Biomechanics, Lucerne, Switzerland
Westerhoff, P., Rohlmann, A., Bender, A., Graichen, F., Bergmann, G.
- 2009. An instrumented implant for in vivo measurement of contact forces and contact moments in the shoulder joint. Medical Engineering & Physics 31, 207-213
Westerhoff, P., Graichen, F., Bender, A., Rohlmann, A., Bergmann, G.
- 2009. In vivo Shoulder Joint Loads During Walking with Crutches, Transact. 55 Ann. M. Orthopaedic Res. Soc. Las Vegas/NV
Westerhoff, P., Graichen, F., Rohlmann, A., Bender, A., Dymke, J.
