Das Holzknie – Eine Überprüfung des Untersuchungsaufbaus

In diesem Teil der Studie zur Entwicklung einer funktionellen Analyse pathologischer Kniebewegungen soll das Set-up zur Bewegungsanalyse an einem Modell validiert werden. Dazu wurde zunächst ein vereinfachtes Holzknie angefertigt und kontrolliert physiologisch und pathologisch bewegt (Videos 1 und 2). Die Pathologie wurde durch eine betonte Translation zum Auftakt der Knieflexion provoziert.

Im Folgendem sind die Bewegungen dargestellt:

Video 1: Physiologische Führung des Holzknies
Video 2: Pathologische Führung des Holzknies

Nach der Erfassung der Markerbewegung mit dem Infrarotlicht-Kamerasystem (OptiTrak) wurden die Markertrajektorien in ein kinematisches Modell übertragen (Video 3 und 4), in welchem die Marker den Gelenksegmenten zugeordnet werden. Über die Positionen der Marker werden zudem die lokalen Koordinatensysteme (Abbildung 1) der Segmente bestimmt, in welchen anschließend die Bewegung des virtuellen Zentrums des Tibiaplateaus beschrieben wird.

Video 3: Nach der Rekonstruktion der Markerbewegungen, werden die Marker in einem kinematischen Modell den Gelenksegmenten zugeordnet.
In diesem Fall werden die Segmente als Femur und Tibia dargestellt.
Abbildung 1: Die Marker definieren das lokale Koordinatensystem des Femursegments, in welchem anschließend die Bewegung eines virtuellen Zentrums des Tibiaplateaus abgebildet wird.

Ergebnisse

Abbildung 2: Abgebildet wird die Bewegung des tibialen Zentrums im fixen Koordinatensystem des Femurs – obwohl sich im Experiment das Femursegment bewegt. Dies bedarf zurzeit noch eines kniffligen Umdenkens im Kopf.
Abbildung 3: Dargestellt sind die Verläufe der Holzkniebewegung im Vergleich zu den Ergebnissen des ersten Experiments der Studie, als eine Testperson bei 5km/h auf dem Laufband ging.
Abbildung 4: Veranschaulichung der Trajektorie des virtuellen Zentrums des Tibiaplateaus. Hier im Vergleich die pathologische (blau) mit der physiologischen Bewegung (orange).

Zusammenfassung

  • Die Bewegung des Tibiaplateaus lässt sich reproduzierbar durch das Setup abbilden. Kleine Manipulationen in der Bewegung werden zuverlässig in den Bewegungsdaten erkannt.
  • Im Vergleich zur Analyse des Gehens einer Testperson wird eine deutlich stärkere Bewegung in A-P Richtung erwartet, was sicherlich auf den Belastungs- und Entlastungswechsel bzw. durch die Masse des Unterschenkels zurückzuführen ist.
  • Die Definition des lokalen Koordinatensystems hat einen Einfluss auf Darstellung der Ergebnisse. Ein gelenknaher Koordinatenursprung ermöglicht eine sensiblere Darstellung von individuellen Unterschieden.
  • Die Bewegungsdaten müssen normiert werden, um einen Vergleich zwischen Testpersonen mit anthropometrischen Unterschieden zu ermöglichen.