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One of the main goals in reconstructing rotator cuff tears is the restoration of glenohumeral joint stability, which is subsequently of utmost importance in order to prevent degenerative damage such as superior labral anterior posterior (SLAP) lesion, arthrosis, and malfunction. The goal of the current study was to facilitate musculoskeletal models in order to estimate glenohumeral instability introduced by muscle weakness due to cuff lesions. Inverse dynamics simulations were used to compute joint reaction forces for several static abduction tasks with different muscle weakness. Results were compared with the existing literature in order to ensure the model validity. Further arm positions taken from activities of daily living, requiring the rotator cuff muscles were modeled and their contribution to joint kinetics computed. Weakness of the superior rotator cuff muscles (supraspinatus; infraspinatus) leads to a deviation of the joint reaction force to the cranial dorsal rim of the glenoid. Massive rotator cuff defects showed higher potential for glenohumeral instability in contrast to single muscle ruptures. The teres minor muscle seems to substitute lost joint torque during several simulated muscle tears to maintain joint stability. Joint instability increases with cuff tear size. Weakness of the upper part of the rotator cuff leads to a joint reaction force closer to the upper glenoid rim. This indicates the comorbidity of cuff tears with SLAP lesions. The teres minor is crucial for maintaining joint stability in case of massive cuff defects and should be uprated in clinical decision-making.
Fragestellung
Es soll in dieser Computersimulationsstudie untersucht werden, wie der Osteosyntheseverbund Platte mit Schrauben im Verbund mit einer im mittleren Drittel gebrochenen Clavicula durch das Bewegungsausmaß
in vivo belastet ist. Was sind die grundlegenden Kräfte die auf Clavicula und Implantat wirken und welchen Einfl uss hat die Bruchform.
Methodik
Die Muskel- und Gelenkkräfte sowie die Belastung des Implantatverbundes wurden mit einer muskuloskelletalen
Simulationssoftware (AnyBody Technology, V.4) berechnet. Hierfür wurden mit einem komplexen Model des menschlichen Körpers folgende Bewegungen analysiert: eine Flexion von 160° und Abduktion 160° mit
einem Gewicht von 2 kg in der Hand. Aus CT-Patientendaten wurden zwei dreidimensionale Modelle des Clavicula-Implantat Verbundes gebildet, die sich in der Frakturform unterscheiden (Querfraktur und vertikale
Fraktur). In beiden Modellen wurde eine Claviculaosteosynthese in superiorer Position mit einer 6 Loch LCP mit 2 Schrauben pro Hauptfragment verwendet. Die Materialeigenschaften wurden aus der Dichte des Materials sowie aus Literaturdaten verwendet. Die Muskel- und Gelenkkräfte aus der muskuloskelletalen Berechnung wurden auf das Finite Elemente Modell übertragen und die Spannungen und Dehnungen des Implantat-Knochenverbundes
wurden berechnet.
Ergebnisse
Es zeigte sich, dass die simulierte in vivo Belastung stark abhängig vom Flexionswinkel ist. Das Implantat ist in der superioren Lage auf Biegung belastet, welche maximale Werte im Überschulterniveau erreicht. Die Bruchform mit anatomischer Reposition und Kontakt der Hauptfragmente zueinander führt zu einer deutlichen Entlastung des Osteosyntheseverbundes im Vergleich zu einer Bruchform mit vertikaler Fraktur.
Schlussfolgerung
Aus den Analysen ist eine Positionierung der Plattenosteosynthese für die im mittleren Drittel frakturierte Clavicula in anterior-superiorer Lage wünschenswert. Die anatomische Reposition entlastet den Osteosyntheseverbund und sollte möglichst erreicht werden. Die Nachbehandlung sollte ein Bewegungsausmaß für den Arm für 4 Wochen für einfache Bruchformen auf 70° Flexion und Abduktion limitieren und für komplexe Bruchformen diese Limitierung ausgedehnt werden.
To avoid dislocation of the shoulder joint after reverse total shoulder arthroplasty, it is important to achieve sufficient shoulder stability when placing the implant components during surgery. One parameter for assessing shoulder stability can be shoulder stiffness. The aim of this research was to develop a temporary reverse shoulder implant prototype that would allow intraoperative measurement of shoulder stiffness while varying the position of the implant components. Joint angle and torque measurement techniques were developed to determine shoulder stiffness. Hall sensors were used to measure the joint angles by converting the magnetic flux densities into angles. The accuracy of the joint angle measurements was tested using a test bench. Torques were determined by using thin-film pressure sensors. Various mechanical mechanisms for variable positioning of the implant components were integrated into the prototype. The results of the joint angle measurements showed measurement errors of less than 5° in a deflection range of ±15° adduction/abduction combined with ±45° flexion/extension. The proposed design provides a first approach for intra-operative assessment of shoulder stiffness. The findings can be used as a technological basis for further developments.