Validierung prädiktiver und funktionaler Methoden zur Lokalisierung des Mittelpunktes des menschlichen Hüftgelenkes

Wissemann, Inga (2010) Validierung prädiktiver und funktionaler Methoden zur Lokalisierung des Mittelpunktes des menschlichen Hüftgelenkes. Dissertation thesis, Deutsche Sporthochschule Köln.

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Kurzfassung

The location of the hip joint centre (HJC) is essential for calculations of hip moments, orientation of the femur and muscular lever arms. In clinical gait analysis, the HJC is normally estimated using predictive methods based on regression equations and anthropometric data. However, predictive methods are known to have limited accuracy with errors up to 3 cm. Functional methods for estimation of HJC are shown to be theoretically more accurate than predictive methods. In simulation tests errors in HJC location were smaller than 1 mm using functional methods. The accuracy of functional methods applied in realistic testing conditions has not been investigated systematically. Therefore the aims of the study were (1) comparing accuracy of functional methods in simulation tests and realistic testing conditions, (2) comparing accuracy of functional and predictive methods and (3) quantifying how mislocation errors propagate to gait analysis results. Eight predictive and two functional methods were tested: a quartic sphere-fit-method (S4) and a two-sided transformation technique (SCoRE). HJC estimation was validated by MRI of 27 subjects and a mechanical linkage. Gait analysis was performed at different speeds. Errors of functional methods applied to mechanical linkage were smaller than 1 mm. Errors of functional methods applied to subjects were 11 - 13 mm (SCoRE) and 19 - 22 mm (S4). Errors of predivtive methods were between 11 and 22 mm. Kinetic and kinematic parameters of hip and knee were influenced by HJC mislocation. The main findings of this study were that functional methods are more accurate in simulation tests than in realistic testing conditions. This seems to be caused by soft tissue artefacts. In this study functional methods were not significantly more accurate than all of the predictive methods. Functional methods may be improved by implementing optimization methods to reduce soft tissue artefacts. This study can be used to establish applications of functional methods in movement analyses and therefore to improve estimations of kinetic and kinematic parameters. Zur Durchführung von Bewegungsanalysen ist die Lagekenntnis von Gelenkmittelpunkten erforderlich, um Winkel und Momente eines Gelenkes berechnen zu können. Die präzise Lagebestimmung des Hüftgelenkmittelpunktes (HGM) stellt ein noch ungelöstes Problem biomechanischer Forschung dar. Zur Lageschätzung des HGM werden standardmäßig prädiktive Methoden verwendet, die auf empirischen Relationen zwischen anthropometrischen Daten und Lage des HGM beruhen. Aus Validierungsstudien prädiktiver Methoden ist jedoch bekannt, dass diese Methoden Fehler bis zu 3 cm aufweisen. Zur HGM-Lagebestimmung werden in der Literatur funktionale Methoden vorgestellt, die in theoretischen Überprüfungen Fehler unter 1 mm aufweisen. Die Anwendbarkeit funktionaler Methoden ist jedoch nicht systematisch untersucht. Daher war das Ziel dieser Studie, Präzision und Anwendbarkeit von prädiktiven und funktionalen Methoden zu validieren und somit dazu beizutragen, ein präziseres Verfahren als bislang möglich zur Bestimmung des HGM im Rahmen von Bewegungsanalysen zu etablieren. Acht prädiktive und zwei funktionale (sphere-fit-Technik S4, Transformationstechnik SCoRE) Methoden wurden anhand von MRT-Aufnahmen von 27 Probanden validiert. Die funktionalen Methoden wurden zusätzlich an einem mechanischen Modell unter Ausschluss von Bewegungsartefakten validiert. Basierend auf den berechneten HGMen wurden kinetische und kinematische Parameter von Gang und Lauf berechnet. Die Fehler der funktionalen Methoden am mechanischen Modell lagen im Bereich unter 1 mm. Die Fehler der funktionalen Methoden in der Anwendung an Probanden lagen bei 11 - 13 mm (SCoRE) bzw. 19 - 22 mm (S4). Die Fehler der prädiktiven Methoden lagen zwischen 11 und 22 mm. Kinetische und kinematische Parameter der Gang- und Laufanalysen wurden durch die HGM-Lageschätzung beeinflusst. In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass funktionale Methoden unter Ausschluss von Bewegungsartefakten deutlich präziser arbeiten als unter realen Versuchsbedingungen. In der Anwendung an Probanden zeigten sich funktionale Methoden nicht systematisch präziser als prädiktive Methoden. Die Hauptfehlerquelle der funktionalen Methoden scheinen Bewegungsartefakte darzustellen. Diese lassen sich durch die Anwendung von Optimierungsverfahren rechnerisch minimieren, so dass ein erhebliches Verbesserungspotential funktionaler HGM-Lagebestimmung zu erwarten ist. Diese Arbeit bietet die Grundlage dafür, die Anwendung funktionaler Methoden in Bewegungsanalysen zu integrieren und somit eine Qualitätsseigerung von Bewegungsanalysen zu erreichen.

Typ des Eintrags:Hochschulschrift (Dissertation)
Stichwörter:Hüftgelenk, Bewegungsanalyse, funktional, hip joint centre
Themengebiete:A Allgemeines > AC Alle Werke
ID-Code:219
Hinterlegt von:Inga Wissemann
Hinterlegt am:04 Mär 2011 12:29
Letzte Änderung:05 Mär 2011 13:23

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