Einfluss muskulo tendinöser Stabilisatoren auf die Schulterstabilität vor und nach Implantation einer inversen Schultergelenksprothese. Eine integrierte in silico und in vitro Studie unter Berücksichtigung passiver und aktiver Muskelzüge.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Forschungsvorhabens war es den Einfluss der muskulotendinösen Stabilisatoren auf die Stabilität der Schulter sowie eine optimales Weichteilmanagements mittels experimenteller Methoden zu untersuchen. Diese Ziele wurden aus unterschiedlichen Gründen, unter anderem durch die Pandemie, nicht erreicht. Insbesondere die Integrierung der unterschiedlichen Subsysteme (Roboter, Regelung der aktiven Bewegungsabläufe, Berücksichtigung der Skapulothorakischen Bewegung, Berücksichtigung der Muskelkraft anhand einer Mehrkörpersimulation) ist uns nicht gelungen. Jedes der einzelnen Subsysteme bzw. Arbeitspunkte sind jedoch erfolgreich abgeschlossen worden und es sind hierzu zahlreiche Abschlussarbeiten und drei wissenschaftliche Manuskripte erstellt worden. Im Rahmen dieses Projektes wurde erfolgreich ein aktiver Schultersimulator entwickelt, dessen Möglichkeit zur Erzeugung physiologischer Bewegungen für sowohl planare als auch nicht-planare Alltagsbewegungen des Glenohumeralgelenkes als SoA bezeichnet werden kann. Zusätzlich wurden die Limitationen des Prüfaufbaus hinsichtlich der fehlenden Möglichkeit zur Bewegung der Skapula sowie das Fehlen des Armgewichtes aufgrund der Abtrennung des Armes nach distal durch die Entwicklung entsprechender Software-Algorithmen entsprechend adressiert. Insbesondere die softwareseitige Simulation des humeroskapularen Rhythmus stellt dabei eine geschickte Lösung dar und ersetzt somit zusätzliche konstruktive und kostspielige Hardware-Erweiterungen des Prüfstandes. Dies ist auch eine signifikante Erweiterung des SoA. Es uns ist keine weitere Studie bekannt, die die Bewegung der Skapula in experimentellen Versuchen realistisch – in drei Dimensionen – darstellt. Durch das Einbringen einer inversen Schulterprothese mit veränderlichen Ausrichtungs- und Größenparametern in das Simulationsmodell, sowie dem Simulieren von muskulären Defekten, konnten Einflüsse auf die Schulterstabilität und mögliche Reduzierungen des Bewegungsumfangs aufgrund eines Impingement identifiziert werden. Die Etablierung eines ersten neuronalen Netzwerkes zur automatischen Segmentierung von 3D-MRT-Bilddaten bei uns im Labor verspricht vor allem in Hinblick auf zukünftige Segmentierungsaufgaben erfolgsversprechende Zeitersparnisse und lieferte wichtige Erkenntnisse und Erfahrungen für den zukünftigen Einsatz von KIs in anderen Bereichen wie bspw. der Ganganalyse. Die gesammelten Erfahrungen, vor allem hinsichtlich der regelungstechnischen Anforderung der Teilsysteme, stellen einen deutlichen Mehrwert für zukünftige und einige bereits laufende Projekte. Nichtsdestotrotz ist das Endergebnis des Vorhabens für alle Beteiligte nicht in der Gesamtheit wie ursprünglich konzipiert wurde als zufriedenstellend zu betrachten. Aus diesem Grund arbeiten wir weiterhin an der Integrierung der Subsysteme mit dem Ziel das bisher in den einzelnen AP Erreichte zur vollständigen Geltung kommen zu lassen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Simulation der Skapulabewegung am robotergestützten Schultersimulator durch Berechnung der Gravitationskraft. Poster: Tagung der Deutschen Gesellschaft für Biomechanik.
Dennis Nebel, Ruipeng Guo, Manuel Ferle & Christof Hurschler
