Kantonsspital Aarau. Labor für f r Bewegungsanalyse Fusszentrum Orthopädische Klinik.

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1 Kantonsspital Aarau Labor für f r Bewegungsanalyse Fusszentrum Orthopädische Klinik

2 Muscle Modelling mit ANYBODY Dr. med. Christian Wyss Labor für Bewegungsanalyse Fusszentrum orthopädische Klinik Kantonsspital Aarau AG CH-5001 Aarau

3 Ganganalysen Kinetik (AMTI Kraftmessplatte, Novel SF Druckmessplatte) Kinematik (Vicon 3D Bewegungsanalyse = Mo Cap) Elektromyographie (MEGA 6000, 1000 Hz)

4 Bone to Bone Model Knochen: E-Modul = MPa Poisson = 0.45 Knorpel (Meniskus): E-Modul = 100 Mpa Poisson = 0.3 Kontakte: Verbund

5 Quasi Statische Analyse

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7 Vertikale Komponente der Reaktionskraft im Knie (Laterales Kompartiment) Lateral 40 % Körpergewicht Erhöhung im Fersenbereich Neutral USG versteift % Standphase

8 Muskuläre Kräfte und intraartikulare Kräft im Vorfuss F pl F2 M 1' + F1 = ( D1 + D2 + M 1' ) K 6 F hl K5 F hb K 4 F hl F1 D = K1 1 α F hb F1 = ( D1 + D2) K 3 F hl K 2 yss, C., Forces acting in the forefoot during ormal gait a clinical application. Clinical Biomechanics 0, S41-S42. ww.ksa.ch >> Orthopädische Klinik >> Fusszentrum

9 Muskelkräfte als zusätzliche Randbedingungen

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11 Entstehung eines Modelles Segmente Gelenke Muskeln Mo Cap Driver

12 Komplexe Modelle

13 Umlenkungen über via Points oder Wrapping Via Point Wrapping

14 Ursprungs- und Ansatzpunkte der Muskeln

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16 ANYBODY Model: GaitVaughan AnyBody Version : Repository: AMMRV1.0 GaitVaughan Model Vaughan et al: Dynamics of Human Gait

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20 Unilaterales Setup im Labor Kamera Kraftmessplatte

21 Anpassung des Modells aus dem Repository

22 Marker Modell/Dummy Modell Blaue Punkte = Dummy Modell Rote Punkte = Marker aus Mo Cap

23 Bestimmung der Markerpunkte als Lokale Segmentmarker

24 Uniform Scaling mit MATLAB Routinen

25 Muskelmodell: AnyMuscleModel3E (Hill-Type) Muskeleigenschaften: http: // isb.ri.ccf.org/data/delp/muscle_parameter_table.txt Solver: Polynomial muscle recruitement >> power p=3 oder 5

26 Validierung?? 400 % Body Weight % Stance Phase Knee TEP (Bergmann, Gesunde Barfuss n = 10 (ANYBODY)

27 Validierung?? 400 % Body Weight % Stance Phase Knee TEP (Bergmann, Gesunde mit Schuhen n = 10 (ANYBODY)

28 Wirkung von Einlagen auf die Gelenksreaktionskräfte und Muskelreaktionskräfte am Bein Wyss, Ch 1, Roethlisberger, M 2*, Gerber, H 2* 1 Labor für Bewegungsanalyse, Kantonsspital Aarau 2* Institut für Biomechanik, ETH Zurich

29 Einführung Gute klinische Resultate (Goodman, 2004) Biomechanische Wirkung nicht klar Viele Studien mit unterschiedlichen Resultaten (Goodman, 2004; Heiderscheit et al., 2001) Grosse individuelle Unterschiede (Crenshaw et al., 2000; Nigg et al., 2003; Stacoff et al., 2007; Tomaro und Burdett, 1993; and others)

30 Ziel der Arbeit Wirkung der von Einlagen auf: Reaktionskräfte im Sprunggelenk, Kniegelenk und Hüftgelenk Muskelkräfte am Bein

31 Methode Kinetik (AMTI Kraftmessplatte, Novel SF Druckmessplatte, Pedar Insoles) Kinematik (Vicon 3D Bewe- gungsanalyse) Elektromyographie (MEGA 6000, 1000 Hz)

32 Einlagen Mediale Erhöhung Ferse Mediale Erhöhung Mittelfuss Laterale Erhöhung Ferse Laterale Erhöhung Mittelfuss Retrokapitale Erhöhung

33 Setup 22 Marker: 5 Segment (Ober-, Unterschenkel, Rückfuss, Mittelfuss, Vorfuss) 4 Muskeln: M. tibialis anterior M. gastrocnemius med. M. tibialis posterior M. peroneus longus Setup und Methode (Steiger, Unternährer, List, Dettwyler, ETH Zürich) Gander, W., Least Squares Fit of Point Clouds. Chapter 23. Solving Problems in Scientific Computing Using Maple and Matlab Joint coordinate system: Vorschlag ISB (International Society of Biomechanics, Wu et al 2001, Clinical Biomechanics)

34 Protokoll second step protocol Ganggeschwidigkeit frei Mind. 10 Versuche für jede Einlage

35 Protokoll * * * * * * * * * * * ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** *** BF N A N B N C N D N E BF: Barfuss, N: neutrale Einlage, A - E: Test Einlage(randomisiert), * Zeroing EMG, ** Zeroing Insole Messung, *** Zeroing MoCap

36 Mediale versus Laterale Erhöhung hung M. Tibialis posterior % Körpergewicht Medial Lateral Gesund n=10 % Standphase

37 Mediale versus Laterale Erhöhung hung M. Flexor hallucis longus % Körpergewicht Medial Lateral Gesund n=10 % Standphase

38 Vertikale Komponente der intraartikulären Kraft im Kniegelenk Lateral Lateral y Medial y Medial % Body Weight % Standphase % Standphase Neutral Mediale Erhöhung Barfuss

39 Pseudarthrose calcaneo-cuboidal 3 mal revidiert

40 Modell nach Röntgenbild

41 Randbedingungen aus ganganalytischen Daten Nur Reaktionskräfte + Bewegungen

42 Zusätzliche Randbedingungen Muskel Modelling mit ANYBODY Aufbringen der Muskelkräfte

43 Ist - Zustand 50% Standphase

44 Ist - Zustand 50% Standphase Mit Problem im Sinus tarsi

45 Lapidus 50% Standphase

46 Med. Pfeiler versteift 50% Standphase

47 USG Arthrodese 50% Standphase

48 Triple Arthrodese 50% Standphase

49 Kantonsspital Aarau Labor für f r Bewegungsanalyse Fusszentrum Orthopädische Klinik