PELVIX: Entwicklung eines physiologisch relevanten, biomechanischen Versuchsaufbaus unter Berücksichtigung interner Muskelkräfte zur Untersuchung komplexer Beckenringfrakturen

Status:

abgeschlossen 07/2024

Zielsetzung:

Ziel des Projekts war es, einen validen biomechanischen Versuchsaufbau zu entwickeln, der in der Lage ist, die dynamische Wechselbelastung beim Gehen an Beckenknochen zu simulieren und dabei relevante Komponenten der Muskelkräfte zu berücksichtigen. Der neu entwickelte Versuchsaufbau wurde verwendet um die mechanische Stabilität drei verschiedener Versorgungsmöglichkeiten, die bei einer Symphysenruptur Anwendung finden, zu vergleichen.

Aktivitäten/Methoden:

Anhand einer Literaturrecherche und Daten aus einer Mehrkörpersimulation wurden die Kräfte und Randbedingungen definiert, die beim Gehen auf das Becken wirken. Anhand dieser Anforderungen wurde ein Prüfaufbau konstruiert und aufgebaut. Die Sensoren und Aktuatoren wurden in das Setup integriert und elektronisch an Micro Controller angeschlossen. Das Programm, das alle Aktuatoren in Abhängigkeit von den wirkenden Kräften, dem Belastungszyklus und Sensorstatus steuert, wurde programmiert und iterativ angepasst.

Für die Validierungsversuche und die biomechanischen Versuche an Osteosynthesen für die Symphyse wurden biomechanische Kunststoffknochen selbst hergestellt und die drei Beckenknochen miteinander verschraubt sowie Befestigungspunkte für die Applizierung von Muskelkräften integriert.

Eine simulierte Symphysenruptur wurde mit drei unterschiedlichen Osteosynthesen versorgt: Symphysenplatte mit konventionellen Schrauben, Symphysenplatte mit winkelstabilen Schrauben und Fixateur Interne. Pro Gruppe wurden fünf Kunststoffbecken in einem steigenden Lastprotokoll getestet und die Relativbewegungen der Os Pubi zueinander detektiert und ausgewertet.

Ergebnisse:

In einer Validierungsstudie konnte gezeigt werden, dass es mit dem neuen Prüfaufbau möglich ist, die alternierenden Kräfte, die beim Gehen auf den Beckenknochen wirken, dynamisch und im richtigen Verhältnis an den unterschiedlichen Krafteinleitungsstellen des Knochens zu applizieren. Dabei werden eine vertikale Kraft am Sakrum und pro Seite an zwei Stellen Muskelkräfte aufgebracht und diese alternierend über die beiden Hüftgelenke geleitet, ohne dass unerwünschte Zwangskräfte auftreten.

Bei der biomechanischen Studie, bei der drei unterschiedliche Versorgungsmöglichkeiten für Symphysenrupturen getestet wurden, wird die Stabilität am gesamten Beckenring anhand von Relativbewegungen der Knochenteile zueinander bewertet. Für eine umfangreiche Bewertung der Messergebnisse müssen in einer noch ausstehenden, detaillierten Analyse die Relativbewegungen an der Symphyse und an den Iliosakralgelenken ins Verhältnis zur jeweiligen, komplexen Lastsituation am Becken gesetzt werden. Diese Ergebnisse werden in einer Fachzeitschrift veröffentlicht und diskutiert werden.

Stand: