Klinická biomechanika kyčelního kloubu

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Klinická biomechanika kyčelního kloubu"

Radim Liška
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Workshop Pokroky v biomedicínském inženýrství Laboratoř biomechaniky Ústav mechaniky, biomechaniky a mechatroniky Fakulta strojní ČVUT v Praze

2 Přehled 1 Kyčelní kloub 2 Kontaktní tlak biomechanický parameter Verifikace 3 Aseptická nekróza Totální endoprotéza 4 Návrh aktivní rehabilitace Životnost endoprotézy 5

3 Přehled Kyčelní kloub 1 Kyčelní kloub 2 Kontaktní tlak biomechanický parameter Verifikace 3 Aseptická nekróza Totální endoprotéza 4 Návrh aktivní rehabilitace Životnost endoprotézy 5

4 Kyčelní kloub Význam biomechaniky kyčelního kloubu Artróza postihuje 1 ze 3 jednotlivců starších než 6 let multifkatoriální etiologie způsobená také mechanickým přetěžováním kloubů

5 Systémová biomechanika Biomechanika celého kloubu Kyčelní kloub Objekt zájmu - Kyčelní kloub hlavní kloub jednoduchá geometrie častá artróza

Kyc elní kloub Metoda HIPSTRESS HR HL rr rl CR ϑcer zr l xr CL ϑce xl x ϑcel zl y ϑav RTG snímek z geometrie kloubu model svalů matematický model matematický model kontaktní tlak výslední síla Iglic

6 Kyc elní kloub Metoda HIPSTRESS HR HL rr rl CR ϑcer zr l xr CL ϑce xl x ϑcel zl y ϑav RTG snímek z geometrie kloubu model svalů matematický model matematický model kontaktní tlak výslední síla Iglic A, Kralj-Iglic V, Daniel M, Macek-Lebar A. (22) Computer determination of contact stress distribution in the human hip joint. Comput Methods Biomech Biomed Engin, 5(2): Klinická biomechanika kyc elního kloubu

7 Přehled Kontaktní tlak biomechanický parameter Verifikace 1 Kyčelní kloub 2 Kontaktní tlak biomechanický parameter Verifikace 3 Aseptická nekróza Totální endoprotéza 4 Návrh aktivní rehabilitace Životnost endoprotézy 5

biomechanický parameter Verifikace 3 Aseptická nekróza

8 Určení mechanického faktoru Kontaktní tlak biomechanický parameter Verifikace Hypotéza Zvýšený kontaktní tlak způsobuje vznik artrózy

9 Rychlá artróza Kontaktní tlak biomechanický parameter Verifikace Acetabulární dysplazie Aseptická nekroza hlavice femuru vrozené snížené pokrytí hlavice porucha krevního zásobení přetížení kloubu rozpad kosti Acetabulární fraktura trauma změna geometrie artróza

snížené pokrytí hlavice porucha krevního zásobení přetížení

10 Acetabulární dysplazie Kontaktní tlak biomechanický parameter Verifikace Analytické řešení sin 2 Θ a tan(ϑ Ra + Θ a ) = π Θ a + sin Θ a cos Θ a 3 R cos(ϑ Ra + Θ a ) p = 2 r 2 (π Θ a + sin Θ a cos Θ a ) Klinická studie - p max /W B Dysplazie 47 kloubů 7.1 kpa/n Kontrola 36 kloubů 3.5 kpa/n Mavcic B., Pompe B., Antolic V., Daniel M., Iglic A., Kralj-Iglic V. (22) Mathematical estimation of stress distribution in normal and dysplastic human hips, J. Orthop. Res. 2(5):125-3

Dysplazie 47 kloubů 7.1 kpa/n Kontrola 36 kloubů 3.5 kpa/n Mavcic B., Pompe B., Antolic V., Daniel M., Iglic A.

Aseptická nekroza hlavice femuru Kontaktní tlak biomechanický parameter Verifikace z y anterior Θ P superior R ϑ R ϑ N N ϑ x medial p / W max B [kpa/n] 7. 6. 5. 4. 3. 2.

11 Aseptická nekroza hlavice femuru Kontaktní tlak biomechanický parameter Verifikace z y anterior Θ P superior R ϑ R ϑ N N ϑ x medial p / W max B [kpa/n] ϑ = n [%] zborcení kosti zdravá kost ϑ = 3 ϑ = 2 Daniel M, Herman S, Dolinar D, Iglic A, Sochor M, Kralj-Iglic V (26). Contact stress in hips with osteonecrosis of the femoral head. Clin Orthop Relat Res., 447:92-9.

1 ϑ = 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 n [%] zborcení kosti zdravá kost ϑ = 3 ϑ = 2 Daniel M, Herman S, Dolinar D,

12 Intraartikulární fraktura acetabula Kontaktní tlak biomechanický parameter Verifikace Před frakturou Po fraktuře p / W max B [kpa/n] p / W max B

13 Rychlá artróza Kontaktní tlak biomechanický parameter Verifikace Klinická studie dysplastických kloubů p max /W B normalní klouby dysplastické klouby 2,7±7, kpa/n 7,±3,8 kpa/n Simulace aseptické nekrózy hlavice femuru p max /W B 7,2 kpa/n Simulace acetabulární fraktury p max /W B 9,1 kpa/n

dysplastické klouby 2,7±7, kpa/n 7,±3,8 kpa/n Simulace aseptické nekrózy

14 Rychlá artróza Kontaktní tlak biomechanický parameter Verifikace Acetabulární dysplazie Aseptická nekroza hlavice femuru vrozené snížené pokrytí hlavice porucha krevního zásobení přetížení kloubu rozpad kosti Acetabulární fraktura trauma změna geometrie zvýšený kontaktní tlak zvýšený kontaktní tlak artróza zvýšený kontaktní tlak

krevního zásobení přetížení kloubu rozpad kosti Acetabulární fraktura trauma změna

15 Kontaktní tlak biomechanický parameter Verifikace Verifikace hypotézy p max [%] 3 ženy 15 [kpa/n] [%] muži p max /W B p max /WB [kpa/n] Věk Iglic A., Daniel M., Kralj-Iglic V., Antolic V., Jaklic A. (21) Peak hip-joint contact stress in male and female populations, J. Musculoskeletal Res. 5:17-21.

[kpa/n] 1 2 4 6 8 1 Věk Iglic A., Daniel M., Kralj-Iglic V., Antolic V., Jaklic A.

16 Přehled Aseptická nekróza Totální endoprotéza 1 Kyčelní kloub 2 Kontaktní tlak biomechanický parameter Verifikace 3 Aseptická nekróza Totální endoprotéza 4 Návrh aktivní rehabilitace Životnost endoprotézy 5

parameter Verifikace 3 Aseptická nekróza Totální

17 Aseptická nekróza Totální endoprotéza Aseptická nekróza hlavice femuru Pacient A B Pozice trochanteru z / [mm] 7, 6, x / [mm] 5 1 Geometrie pánve l /[mm] C /[mm] 4 6 H / [mm] Geometrie kyčle r / [mm] ϑ CE / [ ] 35, 3, Pozice nekrózy ϑ N / [ ] 1 1 ϑ / [ ] 2 2 Bez nekrózy p max/w B /[kpa/n] 1,8 2,8 S nekrózou p max/w B / [kpa/n] 2,8 4,8 C x H z ϑce l z ϑn 2ϑ x

Geometrie kyčle r / [mm] 27 26 ϑ CE / [ ] 35, 3, Pozice nekrózy ϑ N / [ ] 1 1 ϑ / [ ] 2 2 Bez

18 Totální endoprotéza Aseptická nekróza Totální endoprotéza labrum acetabulare fossa acetabuli caput femoris ϑ facies lunata ligamentum capitis femoris Facies lunata - tvar kloubní chrupavky p max [MPa] ϑ [ ] Daniel M, Iglic A, Kralj-Iglic V. (25) The shape of acetabular cartilage optimizes hip contact stress distribution. J Anat. 27(1):

p max [MPa] 5 1 15 2 25 3 35 ϑ [ ] Daniel M, Iglic A, Kralj-Iglic V.

19 Totální endoprotéza Aseptická nekróza Totální endoprotéza labrum acetabulare fossa acetabuli caput femoris facies lunata ligamentum capitis femoris Facies lunata - tvar kloubní chrupavky Konvičková, S., Sýkora, J., Daniel, M. Hlavice totální náhrady kyčelního kloubu optimalizující rozlození kontaktního tlaku Užitný vzor Úřad průmyslového vlastnictví, č /17312

chrupavky Konvičková, S., Sýkora, J., Daniel, M.

facies lunata ligamentum capitis femoris Náš návrh Facies lunata

20 Aseptická nekróza Totální endoprotéza Totální endoprotéza Jamka typu Cambridge labrum acetabulare fossa acetabuli caput femoris facies lunata ligamentum capitis femoris Náš návrh Facies lunata - tvar kloubní chrupavky ϑ Klinická biomechanika kyc elního kloubu

21 Přehled Návrh aktivní rehabilitace Životnost endoprotézy 1 Kyčelní kloub 2 Kontaktní tlak biomechanický parameter Verifikace 3 Aseptická nekróza Totální endoprotéza 4 Návrh aktivní rehabilitace Životnost endoprotézy 5

22 Návrh aktivní rehabilitace Návrh aktivní rehabilitace Životnost endoprotézy F [kn].4.3 posterior superior anterior superior.2.1 posterior inferior anterior inferior posterior anterior anterior posterior superior inferior superior inferior quadrant quadrant quadrant quadrant Kristan A, Mavcic B, Cimerman M, Iglis A, Tonin M, Slivnik T, Kralj-Iglic V, Daniel M Acetabular loading in active abduction. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng 27 Jun; 15(2):252-7.

Životnost endoprotézy Návrh aktivní rehabilitace Životnost endoprotézy UHMWPE [mm] Lineární penetrace 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.

23 Životnost endoprotézy Návrh aktivní rehabilitace Životnost endoprotézy UHMWPE [mm] Lineární penetrace p max /Wb [kpa/n] Kosak R, Iglic A, Kralj-Iglic V, Daniel M. Role of patient specic loading on polyethylene wear after total hip arthroplasty: retrospective radiographic study of 8 patients. zasláno do Clin Orthop Rel Res

24 Souhrn poznatků Návrh aktivní rehabilitace Životnost endoprotézy Biomechanická analýza kloubu je vhodná diagnostiku onemocnení kloubů návrh vhodné terapie zlepšení rehabilitace

25 Přehled 1 Kyčelní kloub 2 Kontaktní tlak biomechanický parameter Verifikace 3 Aseptická nekróza Totální endoprotéza 4 Návrh aktivní rehabilitace Životnost endoprotézy 5

26 Zatížení kloubu R Rovnice rovnováhy a W + i (r i F i ) = R + i F i + W = Metoda optimalizace 27 svalů minimalizuj G(F) = ( ) 3 Fi PCSA i i za podmínek g(f) = ; l F F u F Daniel M., Iglic A., Kralj-Iglic V. (28) Hip contact stress during normal and staircase walking - influence of acetabular anteversion angle and lateral coverage of acetabulum, J App Biomech. 24(1):88-93

27 Výpočet kontaktního tlaku DEA - discrete element analysis U = 1 ( ) δ T [D]δ da 2 A U = 1 2 ut [K]u [K] = [B] T [D][B]dA A R = U u = [K]u

28 Program

29 Rs/Wb [1] Abduction [deg] Rs/Wb [1] R/Wb [1] Abduction [deg] Abduction [deg] z x y abduction angle Rs/Wb [1] z x y flexion angle Abduction [deg] Rs/Wb [1] Abduction [deg] Pmax/Wb [kpa/n] Abduction [deg] z x y rotation angle Grafy Posterior Superior Unsupported supine abduction Posterior Inferior Anterior Inferior Anterior Superior Hip Rotation Flexion [deg] Flexion [deg] Flexion [deg] Flexion [deg] Flexion [deg] Flexion [deg]

30 Děkuji za pozornost

Podobné dokumenty

Klinická biomechanika kyčelního kloubu a jeho náhrad

Klinická biomechanika kyčelního kloubu a jeho náhrad Matej DANIEL Odbor biomechaniky Ústav mechaniky, biomechaniky a mechatroniky Fakulta strojní ČVUT v Praze 15.4.2018, NTM 1 / 27 2 / 27 2 / 27 osteoartróza