Orthopädie Technik

360° Orthopädie Technik | Presented by BIV-OT

Biomechanik

Flowchart-Diagramm des Auswahlprozesses bezüglich der letztlich ausgewerteten Studien.
Flowchart-Diagramm des Auswahlprozesses bezüglich der letztlich ausgewerteten Studien.
Fachartikel Peer Review PLUS 

Die bio­me­cha­ni­sche Belas­tung des nicht betrof­fe­nen Beins bei Men­schen mit ein­sei­ti­ger trans­ti­bia­ler Ampu­ta­ti­on – ein sys­te­ma­ti­scher Literaturüberblick

Verlag OT , , , ,

L. M. Ties­ler, St. Willwacher
Ziel der vor­lie­gen­den Arbeit ist es, die Effek­te der Ver­sor­gung mit einer uni­la­te­ra­len Unter­schen­kel­pro­the­se auf die mecha­ni­sche Belas­tung des Knie- und des Hüft­ge­lenks der nicht betrof­fe­nen Sei­te von Men­schen mit Ampu­ta­ti­on auf der Basis der ein­schlä­gi­gen For­schungs­li­te­ra­tur zu bewer­ten. Dazu wur­de eine sys­te­ma­ti­sche Lite­ra­tur­re­cher­che in der Daten­bank Pub­Med durch­ge­führt. In den ein­ge­schlos­se­nen Stu­di­en wer­den Pro­ban­din­nen und Pro­ban­den mit uni­la­te­ra­ler trans­ti­bia­ler Ampu­ta­ti­on beim eben­erdi­gen Gehen aus­schließ­lich unter Ver­wen­dung pas­si­ver Pro­the­sen bei einer selbst­ge­wähl­ten Geh­ge­schwin­dig­keit bzw. einer Geh­ge­schwin­dig­keit im Bereich von 0,7 bis 1,4 m/s unter­sucht. Bezüg­lich des Knie­ge­lenks berich­ten vier von sechs Ana­ly­sen über eine Erhö­hung des exter­nen Knie­ad­duk­ti­ons­mo­ments auf der nicht betrof­fe­nen Sei­te zwi­schen + 5,1 % und + 31,6 % im Ver­gleich zu einer Kon­troll­grup­pe ohne Ampu­ta­ti­on. Im Ver­gleich zur betrof­fe­nen Sei­te zeig­ten alle ein­ge­schlos­se­nen Stu­di­en ein erhöh­tes exter­nes Knie­ad­duk­ti­ons­mo­ment (+ 5,3 % bis + 56,0 %) auf der nicht betrof­fe­nen Sei­te. Die Unter­su­chun­gen des Hüft­ge­lenks erga­ben bei drei von fünf ein­ge­schlos­se­nen Ana­ly­sen zwi­schen + 5,7 % und + 23,0 % erhöh­te exter­ne Adduk­ti­ons­mo­men­te im Ver­gleich zu einer Kon­troll­grup­pe ohne Ampu­ta­ti­on. Der Ver­gleich mit der betrof­fe­nen Sei­te zeig­te bei allen ein­ge­schlos­se­nen Stu­di­en höhe­re maxi­ma­le Hüft­ad­duk­ti­ons­mo­men­te zwi­schen + 3,1 % und + 39,7 %.

Eine Kom­bi­na­ti­on aus erhöh­ten maxi­ma­len exter­nen Knie- und Hüft­ad­duk­ti­ons­mo­men­ten und einer asym­me­tri­schen Belas­tung der unte­ren Extre­mi­tä­ten kann als Risi­ko­fak­tor für die Ent­ste­hung dege­ne­ra­ti­ver Erkran­kun­gen ange­se­hen wer­den. Die Ergeb­nis­se des Lite­ra­tur­über­blicks zei­gen, dass die mecha­ni­sche Belas­tung (und damit das Risi­ko für die beschleu­nig­te Ent­wick­lung einer Knie- bzw. Hüft­ge­len­kar­thro­se) des nicht betrof­fe­nen Beins nach einer uni­la­te­ra­len trans­ti­bia­len Ampu­ta­ti­on bei Ver­wen­dung pas­si­ver Pro­the­sen­sys­te­me erhöht ist.

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Windlass-Mechanismus; schematische Darstellung des Fußes mit Bogenform der knöchernen Strukturen (schwarz gestrichelt) und plantaren Strukturen (Plantaraponeurose, rot markiert); a) im Hintergrund (hellgrau gezeichnet): Fuß entspannt, Zehen gestreckt und medialer Längsbogen in Ausgangshöhe h0; b) im Vordergrund (schwarz ­gezeichnet): Dorsalextension der Zehen, daraus folgend Anheben der Höhe des medialen Bogens und Supination des Mittel- und Rückfußbereichs (h1 > h0) sowie Verriegelung des Mittel- und Rückfußbereichs.
Windlass-Mechanismus; schematische Darstellung des Fußes mit Bogenform der knöchernen Strukturen (schwarz gestrichelt) und plantaren Strukturen (Plantaraponeurose, rot markiert); a) im Hintergrund (hellgrau gezeichnet): Fuß entspannt, Zehen gestreckt und medialer Längsbogen in Ausgangshöhe h0; b) im Vordergrund (schwarz ­gezeichnet): Dorsalextension der Zehen, daraus folgend Anheben der Höhe des medialen Bogens und Supination des Mittel- und Rückfußbereichs (h1 > h0) sowie Verriegelung des Mittel- und Rückfußbereichs.
Fachartikel Peer Review PLUS 

Ent­wick­lung und Eva­lua­ti­on einer 3D-gedruck­ten bio­ni­schen Fuß­orthe­se mit Unter­stüt­zung des Windlass-Effekts

Verlag OT , , , , , ,

Th. Stief, T. Sprekelmeyer
Eine hohe Beweg­lich­keit des Fußes ist not­wen­dig, um Belas­tun­gen zu dämp­fen. Ande­rer­seits muss der Fuß aber auch eine star­re Kon­fi­gu­ra­ti­on ein­neh­men kön­nen, da er als Hebel für den Vor­trieb essen­zi­ell ist. Gewähr­leis­tet wird dies durch den soge­nann­ten Wind­lass-Mecha­nis­mus („Seil­win­den-Mecha­nis­mus“): Wer­den die Zehen dor­salex­ten­diert, span­nen sich die plan­taren Mus­keln, Seh­nen und Bän­der an – Mit­tel- und Rück­fuß wer­den auf­ge­rich­tet, supi­niert und auf die­se Wei­se ein rigi­der Hebel erzeugt. Bei vie­len Fehl­stel­lun­gen ist die­ser Mecha­nis­mus beein­träch­tigt oder gar nicht vor­han­den; kei­ne Ein­la­ge kann ihn bis­her aktiv unter­stüt­zen oder erset­zen. Die hier vor­ge­stell­te 3D-gedruck­te bio­ni­sche Fuß­orthe­se unter­stützt den Wind­lass-Mecha­nis­mus, wodurch eine dyna­mi­sche Unter­stüt­zung des Fußes ermög­licht wird. In einer bio­me­cha­ni­schen Stu­die konn­ten die posi­ti­ven Effek­te der 3D-gedruck­ten bio­ni­schen Fuß­orthe­se nach­ge­wie­sen werden.

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Lateraler Gegenhalt am Calcaneus.
Lateraler Gegenhalt am Calcaneus.
Fachartikel Peer Review PLUS 

„Sen­so­mo­to­ri­sche“ Ein­la­gen­ver­sor­gung – kri­ti­sche Dis­kus­si­on des Begriffs

Verlag OT , , ,

L. Last­ring
Die Ver­wen­dung des Begriffs der „sen­so­mo­to­ri­schen“ Ein­la­gen­ver­sor­gung erin­nert bis­wei­len an die baby­lo­ni­sche Sprach­ver­wir­rung: Unter dem Sam­mel­be­griff „sen­so­mo­to­risch“ wer­den „propriozeptive“,„afferenzstimulierende“ oder „neu­ro­lo­gi­sche“ Ein­la­gen sub­su­miert, um nur eini­ge zu nen­nen. Manch­mal wer­den die Namen der Ent­wick­ler oder Her­stel­ler als Ergän­zung ange­fügt (z. B. Jahrling‑, Sprin­ger- oder Aich-Ein­la­gen), manch­mal wird in der Bezeich­nung auf die Bau­wei­se ange­spielt (z. B. „Plätt­chen-Ein­la­gen“), manch­mal wer­den Kunst­be­grif­fe gewählt (z. B. „podo­ä­tio­lo­gi­sche“ Ein­la­gen). Die­se sprach­li­che Viel­falt, die auch die tat­säch­li­che Viel­falt der unter­schied­li­chen Kon­zep­te unter dem Ober­be­griff „sen­so­mo­to­risch“ wider­spie­gelt, erschwert die fach­li­che Dis­kus­si­on dar­über, was die­se neue­ren Ein­la­gen­ty­pen tat­säch­lich bewir­ken und wodurch ihre Wir­kung her­vor­ge­ru­fen wird. Ziel die­ses Arti­kels ist es, die­se Viel­falt zu struk­tu­rie­ren, die mög­li­chen Wir­kungs­wei­sen zu dif­fe­ren­zie­ren und kla­re­re Bezeich­nun­gen für die genann­ten Ein­la­gen­ty­pen vorzuschlagen.

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Die Fähigkeit zur Dorsalextension in den Zehengrundgelenken (MTP) während der Abstoßphase ist einer der wichtigsten Evolutionsschritte, die es dem Menschen ermöglichen, effektiv und effizient zweibeinig zu gehen und zu laufen. a) Die Dorsalextension in den Zehengrundgelenken hilft, den Fuß durch den Windlass-Mechanismus zu versteifen. Bei diesem Vorgang wird durch die Dorsalextension der Zehen eine Spannung in der Plantaraponeurose erzeugt, die den Calcaneus in Richtung der Mittelfußköpfchen zu ziehen versucht. Diese Bewegung erzeugt resultierend eine Aufwärtskraft im Längsgewölbe. b) In der Abstoßphase sind die Metatarsalköpfchen und die distalen Phalangen die einzigen Berührungspunkte mit dem Boden am hinteren Bein und werden daher belastet. Infolgedessen wirkt die Bodenreaktionskraft (vGRF) auf die distalen Phalangen in einem Abstand R von der Achse der Grundgelenke und erzeugt somit ein Moment, das eine Dorsalextension der Grundgelenke bewirkt. c) Die intrinsischen Beugemuskeln sind am Ende der Standphase aktiv (Fflex) und gleichen die Dorsalextensionsmomente an den Grundgelenken aus (mit r als Hebelarm der wirkenden Beugemuskeln).
Die Fähigkeit zur Dorsalextension in den Zehengrundgelenken (MTP) während der Abstoßphase ist einer der wichtigsten Evolutionsschritte, die es dem Menschen ermöglichen, effektiv und effizient zweibeinig zu gehen und zu laufen. a) Die Dorsalextension in den Zehengrundgelenken hilft, den Fuß durch den Windlass-Mechanismus zu versteifen. Bei diesem Vorgang wird durch die Dorsalextension der Zehen eine Spannung in der Plantaraponeurose erzeugt, die den Calcaneus in Richtung der Mittelfußköpfchen zu ziehen versucht. Diese Bewegung erzeugt resultierend eine Aufwärtskraft im Längsgewölbe. b) In der Abstoßphase sind die Metatarsalköpfchen und die distalen Phalangen die einzigen Berührungspunkte mit dem Boden am hinteren Bein und werden daher belastet. Infolgedessen wirkt die Bodenreaktionskraft (vGRF) auf die distalen Phalangen in einem Abstand R von der Achse der Grundgelenke und erzeugt somit ein Moment, das eine Dorsalextension der Grundgelenke bewirkt. c) Die intrinsischen Beugemuskeln sind am Ende der Standphase aktiv (Fflex) und gleichen die Dorsalextensionsmomente an den Grundgelenken aus (mit r als Hebelarm der wirkenden Beugemuskeln).
Fachartikel Peer Review PLUS 

Wir­kung der Zehen­spren­gung im Schuh auf die Bio­me­cha­nik des mensch­li­chen Gangs

Verlag OT , , ,

F. Sich­t­ing, N. B. Holow­ka, O. B. Han­sen, D. E. Lieberman
Obwohl die meis­ten kon­struk­ti­ven Merk­ma­le heu­ti­ger Schu­he inten­siv erforscht wur­den, ist die Wir­kung der Zehen­spren­gung bis­her kaum unter­sucht. Als Zehen­spren­gung wird der Win­kel zwi­schen der hori­zon­ta­len Boden­ebe­ne und einer Linie vom Abroll­punkt zur vor­de­ren Spit­ze der Schuh­soh­le defi­niert. Die­se bei fast allen Schu­hen vor­han­de­ne Auf­wärts­wöl­bung der Soh­le hebt die Zehen­box vom Boden ab und hält so die Zehen dau­er­haft in einer dor­sal­flek­tier­ten Posi­ti­on. Es ist bekannt, dass die Zehen­spren­gung die Abroll­be­we­gung des Vor­fu­ßes aus der mitt­le­ren Stand­pha­se her­aus erleich­tert, jedoch kann die Zehen­spren­gung auch Aus­wir­kun­gen auf die phy­sio­lo­gi­sche Fuß­funk­ti­on haben. Im Rah­men der vor­ge­stell­ten Stu­die wur­de in einem kon­trol­lier­ten Expe­ri­ment die Aus­wir­kung der Zehen­spren­gung auf die Bio­me­cha­nik des Fußes unter­sucht. Dabei lie­fen die Teil­neh­men­den in spe­zi­ell kon­stru­ier­ten San­da­len mit unter­schied­lich stark gewölb­tem Zehen­be­reich, wodurch Zehen­spren­gun­gen von 10 bis 40 Grad simu­liert wur­den. Mit­tels Tech­ni­ken der inver­sen Dyna­mik konn­te fest­ge­stellt wer­den, dass die Zehen­spren­gung die Gelenk­mo­men­te und die Arbeit an den Zehen in der Form beein­flusst, dass grö­ße­re Gra­de der Zehen­spren­gung zu einem gerin­ge­ren mecha­ni­schen Arbeits­auf­wand beim Gehen füh­ren. Die­se Ergeb­nis­se bie­ten eine Erklä­rung dafür, war­um die Zehen­spren­gung seit Jahr­hun­der­ten ein weit­ver­brei­te­tes Merk­mal von Schu­hen ist, deu­ten aber auch dar­auf hin, dass die Zehen­spren­gung zu einer Schwä­chung der Fuß­mus­ku­la­tur und mög­li­cher­wei­se zu einer erhöh­ten Anfäl­lig­keit für patho­lo­gi­sche Zustän­de wie Plan­t­ar­fas­zii­tis bei­tra­gen kann.

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Frei bewegliches Systemkniegelenk; a) ohne Rückverlagerung: die Positionierung der mechanischen Knieachse ( P ) ist kongruent zur anatomischen Kompromissachse (P1) nach Nietert; b) mit Rückverlagerung: die Positionierung der mechanischen Knieachse ( P ) erfolgt hinter der anatomischen Kompromissachse (P1) nach Nietert.
Frei bewegliches Systemkniegelenk; a) ohne Rückverlagerung: die Positionierung der mechanischen Knieachse (P) ist kongruent zur anatomischen Kompromissachse (P1) nach Nietert; b) mit Rückverlagerung: die Positionierung der mechanischen Knieachse (P) erfolgt hinter der anatomischen Kompromissachse (P1) nach Nietert.
Fachartikel Peer Review 

Bio­me­cha­ni­scher Nut­zen eines frei beweg­li­chen Sys­tem­knie­ge­len­kes mit dyna­mi­schem Extensionsanschlag

Verlag OT , , , ,

D. Böh­le, D. Sab­bagh, J. Fior, R. Gentz
Ganz­bein­orthe­sen (KAFOs) mit frei beweg­li­chen Sys­tem­knie­ge­len­ken wer­den häu­fig bei Pati­en­ten mit neu­ro­lo­gisch beding­ten Geh­stö­run­gen ein­ge­setzt, um Sicher­heit und Sta­bi­li­tät beim Ste­hen und Gehen zu erzie­len. In sol­chen Orthe­sen­ge­len­ken kom­men Exten­si­ons­an­schlä­ge (EA) zum Ein­satz, um einer patho­lo­gi­schen Hyper­ex­ten­si­on des Knies vor­zu­beu­gen. Der dyna­mi­sche EA ermög­licht durch den ein­stell­ba­ren Wider­stand der ven­tra­len Feder­ein­heit eine kon­trol­lier­te Knie­ex­ten­si­on, ohne den Pati­en­ten in sei­nem Bewe­gungs­um­fang ein­zu­schrän­ken. Der Arti­kel erläu­tert zunächst den bio­me­cha­ni­schen Mehr­wert die­ses neu­ar­ti­gen Funk­ti­ons­ele­men­tes und ver­mit­telt sodann die Ergeb­nis­se einer Fall­stu­die, in der ermit­telt wer­den konn­te, dass eine KAFO mit dyna­mi­schem EA im Ver­gleich zum sta­ti­schen EA die Gelenk­ki­ne­ma­tik verbessert.

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KO-Grundprinzip: Durch das bekannte 3-Punkt-Wirkprinzip wird knienah ein abduzierendes Orthesenmoment (OM) generiert.
KO-Grundprinzip: Durch das bekannte 3-Punkt-Wirkprinzip wird knienah ein abduzierendes Orthesenmoment (OM) generiert.
Fachartikel Peer Review 

Orthe­sen zur Behand­lung der media­len Gonar­thro­se: Funk­ti­ons­prin­zi­pi­en und Wir­kung aus bio­me­cha­ni­scher Sicht – For­schungs­über­blick und prak­ti­sche Relevanz

Verlag OT , , , ,

Th. Schmalz, H. Dre­witz, K. Burkhardt
Das Poten­zi­al von Orthe­sen, die im Rah­men der kon­ser­va­ti­ven Behand­lung der Gonar­thro­se ver­wen­det wer­den kön­nen, wird bis­her nur unzu­rei­chend genutzt. Im Bei­trag wer­den die Wirk­prin­zi­pi­en der gegen­wär­tig nutz­ba­ren Orthe­sen­ar­ten (Knie­orthe­sen, Unter­schen­kel­orthe­sen und Schuhrand­er­hö­hun­gen) unter Aus­wer­tung der ein­schlä­gi­gen inter­na­tio­na­len For­schungs­li­te­ra­tur aus bio­me­cha­ni­scher Sicht zusam­men­ge­fasst und bezüg­lich Zuver­läs­sig­keit und quan­ti­ta­ti­ver Wir­kung mit­ein­an­der ver­gli­chen. Dies wird ergänzt durch Emp­feh­lun­gen aus der Ver­sor­gungs­pra­xis und soll somit Ortho­pä­die­tech­ni­ker bei der Aus­wahl der für den Pati­en­ten opti­ma­len indi­vi­du­el­len Lösung unterstützen.

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Anordnung der Marker nach dem CAST-Modell.
Anordnung der Marker nach dem CAST-Modell.
Fachartikel Peer Review 

Bio­me­cha­ni­sche Simu­la­ti­on orthe­ti­scher Teil­sys­te­me in der Entwurfsphase

Verlag OT , , , ,

M. Böh­me, J. Zentner
Mit Hil­fe bio­me­cha­ni­scher Simu­la­tio­nen kann die Ent­wick­lung orthe­ti­scher Sys­te­me ziel­si­che­rer sowie zeit- und res­sour­cen­ef­fi­zi­en­ter gestal­tet wer­den. In frü­hen Ent­wurfs­pha­sen, wenn die Man­nig­fal­tig­keit in Fra­ge kom­men­der prin­zi­pi­el­ler Lösun­gen noch rela­tiv hoch ist, kön­nen simu­la­ti­ons­ba­sier­te Metho­den hel­fen, die Pro­dukt­ent­wick­lung auf einen Weg mit höchs­ter Erfolgs­wahr­schein­lich­keit zu brin­gen. In die­sem Bei­trag wird für ein zu ent­wi­ckeln­des Bewe­gungs­un­ter­stüt­zungs­sys­tem die Knie­ex­ten­si­on beim Trep­pen­auf­stieg unter­sucht. Für die­se Funk­ti­on wer­den exem­pla­risch drei prin­zi­pi­el­le Lösun­gen (2 × pas­siv; 1 × aktiv) ana­ly­siert. Dazu wer­den die­se in ein Men­sch­mo­dell imple­men­tiert und das Knie­ex­ten­si­ons­mo­ment, basie­rend auf rea­len Bewe­gungs- und Kraft­da­ten, invers berech­net. Im Ergeb­nis zeigt sich, dass alle drei Vari­an­ten den Bewe­gungs­ap­pa­rat unter­stüt­zen, die akti­ve Vari­an­te im Ver­gleich aber bes­ser geeig­net ist.

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Abb. 1 Schematische Darstellung des mechanischen Modells zur Überprüfung der Achsbestimmung
Schematische Darstellung des mechanischen Modells zur Überprüfung der Achsbestimmung.
Fachartikel Peer Review 

Der Ein­satz iner­tia­ler Sen­so­rik zur Bestim­mung indi­vi­du­el­ler Rota­ti­ons­ach­sen im unte­ren Sprunggelenk

OT-Verlag , , , , , ,

S. Schlecht­weg, E.-M. Hau­ser, W. Alt
Indi­vi­du­el­le Prä­ven­ti­ons- und Behand­lungs­stra­te­gien erfor­dern pati­en­ten­spe­zi­fi­sche Kennt­nis­se über ana­to­mi­sche Struk­tu­ren. Obgleich häu­fig als rele­van­ter Fak­tor dis­ku­tiert, gibt es bis­lang kein dia­gnos­ti­sches Ver­fah­ren für die unte­re Sprung­ge­lenk­ach­se, mit dem die Ori­en­tie­rung der Rota­ti­ons­ach­se öko­no­misch und hin­rei­chend genau bestimmt wer­den kann. Ziel der Arbeit ist die Über­prü­fung eines Ver­fah­rens zur Bestim­mung der Ori­en­tie­rung der unte­ren Sprunggelenkachse.

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Gelenkeigenschaften des C-Leg 4 und des Rheo Knee XC
Zwei mikroprozessorgesteuerte Prothesenkniegelenke im Vergleich Foto: Otto Bock SE & Co. KGaA
Fachartikel Peer Review 

Zwei mikro­pro­zessor­ge­steu­er­te Pro­the­sen­knie­ge­len­ke im Ver­gleich: Gibt es Unter­schie­de in sicher­heits­re­le­van­ten Alltagssituationen?

OT-Verlag , , , , , , ,

T. M. Köh­ler, M. Bell­mann, T. Schmalz
Die zuver­läs­si­ge und siche­re Funkti­onsweise von Pro­the­sen­knie­ge­len­ken ist mit­ent­schei­dend für die erfolg­reiche Reha­bi­li­ta­ti­on von Men­schen mit einer Ober­schen­kel­am­pu­ta­ti­on. Im Rah­men der vor­lie­gen­den Stu­die wur­den sicher­heits­re­le­van­te Gehsi­tuationen (klei­ne Schrit­te, Gehen auf Trep­pe und Ram­pe, Rück­wärts­ge­hen, simu­lier­te Stö­rung der Schwung­phasenextensionsbewegung) an sechs uni­la­te­ral trans­fe­mo­ral am­putierten Per­so­nen mit zwei mikro­pro­zessor­ge­steu­er­ten Kniegelen­ken (C‑Leg 4, Rheo Knee XC) untersucht. 

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Vollständiges Anlegen der Prothese im Sitzen. Maßnehmen (v.l.n.r.) Länge der Kathete berechnen und Knieanschlussadapter bestimmen. Simulierter Testaufbau in der Werkstatt.
Fachartikel Peer Review 

Das endo­st­iel­adap­tier­te Exo-Pro­the­sen­ver­sor­gungs­kon­zept „nach Dr. Grundei“

OT-Verlag , , , , , , , , , ,

A. Tim­mer­mann, H. Grund­ei
Bereits in den Jah­ren 1999 und 2000 haben die Autoren den Beweis erbracht, dass oberschenkel­amputierte Pati­en­ten mit Pro­the­sen ohne Schaft ver­sorgt wer­den kön­nen. Seit­dem wur­den welt­weit rund 750 Pro­the­sen­an­wen­der mit ihrem ESKA-endo­st­iel­adap­tier­ten Exo-Pro­the­sen­ver­sor­gungs­kon­zept versorgt. 

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