Lebenswissenschaften und Ethik
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Cybersecurity and Ethics
(2022)
The text aims to demonstrate that establishing cybersecurity is not only a technical challenge, but that legal, economic, or organizational aspects also play at least as important a role. The provision of cybersecurity raises ethical questions, since cybersecurity can affect moral values such as autonomy, freedom, or privacy. If measurements necessary for the provision of cybersecurity shall be accepted, it is essential to find a balance between the different claims of all stakeholders involved. This aim is achieved through a detailed ethical analysis accompanied by an extensive literature study. As the most important result of this analysis, it becomes obvious that cybersecurity is in competition or even conflict with other values and interests, and that establishing cybersecurity always involves a trade-off. Not only can there be no 100 percent cybersecurity for technical reasons, but if other values and interests are to be considered, this inevitably leads to compromises in cybersecurity.
Guest Editorial
(2005)
Die monetären Kosten, die jährlich weltweit durch Cyberattacken ent-stehen, wachsen stetig und bewegen sich in Dimensionen, die mit öffentlichen Haushalten ganzer Staaten verglichen werden können. Cyberattacken treffen Individuen, Unternehmen, öffentliche Einrichtun-gen, Behörden und Regierungen; sie treffen eine Infrastruktur, ohne die moderne Gesellschaften kaum mehr funktionieren. Doch die Gewähr-leistung von Cybersicherheit kann zu Zielkonflikten führen. Die Techno-logien zur Herstellung von Sicherheit und Resilienz dieser Infrastruktur sollten daher Gegenstand der Technikfolgenabschätzung sein.
Suchmaschinen spielen auch in politischen Prozessen eine wichtige
Rolle, da mit ihnen die entsprechenden Datenbestände des Internet erschlossen werden und so eine Netzöffentlichkeit (mit)erzeugt wird. Doch Suchmaschinen liefern kein objektives Bild politischer Debatten; wie in anderen Bereichen auch finden Verzerrungen und Auswahlprozesse statt. Nun ist diese Feststellung nicht neu, doch im folgenden Beitrag soll die Verschiebung von Funktionen und Aufgaben klassischer Massenmedien hin zum Internet und damit hin zum Wirkungsfeld von Suchmaschinen unter Regulierungsaspekten rekonstruiert werden. Anhand des Regulierungsmodells von Lawrence Lessig lässt sich zeigen, dass ein Wechsel der Regulierungsmodalitäten stattgefunden hat. Dabei
bekommen Suchmaschinenbetreiber nicht so sehr als Unternehmen in einem Markt Regulierungshoheit, sondern vor allem als Gestalter von Technik in Form von Programmcode.
Medienkonvergenz fördert die Entwicklung neuer Anbieter, die sich nicht nur als Konkurrenz, sondern als Antithese zu traditionellen Massenmedien sehen. Ihnen wird die Hoffnung entgegengebracht, zur Integration der medial vermittelten Öffentlichkeit beizutragen, andererseits existieren Befürchtungen, dass sie die bereits bestehende Fragmentierung der Öffentlichkeit verstärken. Am Beispiel der politischen Kommunikation in konvergenten Medien wird die Plausibilität entsprechender Prognosen untersucht.
Geocaching und Raumnutzung
(2012)
Geocaching ist eine Art internetbasierte Schnitzeljagd, die im öffentlichen Raum stattfindet. Der Artikel erläutert die Funktionsweise des Geocaching als Freizeitbeschäftigung und beschreibt anhand einer Datenerhebung die Verbreitung in Deutschland. Mit den stark steigenden Teilnehmerzahlen gehen Konflikte bei der Nutzung des öffentlichen Raums – insbesondere sind hiervon naturnahe Räume wie Wälder betroffen – und von Privatbesitz einher. Die Konfliktfelder werden exemplarisch aufgeführt, die Herausforderungen für die angewandte Geographie dargelegt. Durch die Anwendung neuer Technologien wie des GPS im Freizeitbereich bildet sich eine neue Form der Raumnutzung heraus. Damit verbunden sind für die angewandte Geographie noch weitgehend ungenutzte Möglichkeiten der Stadtentwicklung, des Regionalmanagements oder der Bildung. Zugleich treten mit der zunehmenden Verbreitung des Geocaching neue Konfliktfelder der Raumnutzung offen zu Tage.
Der Beitrag fasst sozialwissenschaftliche Erkenntnisse zur Impfbereitschaft und Impfung mit einem COVID-19 Vakzin zusammen. Diskutiert werden Impfskepsis und Einflussfaktoren wie Sozialstruktur, Verschwörungsüberzeugungen, kollektive Verantwortung, Einstellungen zu alternativen Heilverfahren und zur Impfpflicht.
In Deutschland werden 402 medizinische Register geführt, darunter ein Herzklappenregister und ein In-vitro-Fertilisationsregister. Doch nicht alle medizinischen Daten, für die der Bedarf eines Registers identifiziert wurde, sind tatsächlich verfügbar. So wird z.B. seit längerem ein nationales Mortalitätsregister gefordert und im Unterschied zu anderen europäischen Ländern existiert in Deutschland kein Impfregister. Dabei sind Gesundheitsdaten unerlässlich für medizinische Forschung, Versorgungsforschung oder Epidemiologie; deren Verfügbarkeit kann zur bedarfsgerechten Gesundheitsversorgung beitragen. Ein Element, um die aktuelle Situation zu verbessern, stellt die Nutzung von Daten der (einrichtungsübergreifenden) elektronischen Patientenakte (ePA) in Forschungsdatenzentren dar, ein anderes die Nutzbarkeit medizinischer Register.
Um belastbare Aussagen über die Bereitschaft der bundesdeutschen Bevölkerung treffen zu können, ob und welche Gesundheitsdaten für Forschungszwecke in Registern freigegeben würden, wurde im Zeitraum vom 01.06. bis zum 27.06.2022 eine computergestützte Telefonbefragung (Dual-Frame) bei einer Zufallsstichprobe der deutschen erwachsenen Gesamtbevölkerung durchgeführt (n=1.308). Der Fragebogen bestand aus 46 standardisierten Fragen. Die Telefonbefragung stellt einen Bevölkerungsquerschnitt dar; im Gegensatz zu Online-Befragungen ermöglicht dies, auch Personen mit geringer Internetaffinität einzubeziehen.
Cybersecurity in health care
(2022)
Künstliche Intelligenz (KI) stellt eine Schlüsseltechnologie des gesellschaftlichen Wandels im 21. Jahrhundert dar. Mittlerweile werden zahlreiche technologische Anwendungen genutzt, die auf maschinellem Lernen und den damit verbundenen Möglichkeiten der Datensamm¬lung, -nutzung und -verwertung aufbauen. Indem KI große Datenmengen beherrschbar und verborgene Muster und Zusammenhänge sichtbar macht, wird vieles schneller, einfacher und effizienter – sei es im Alltag, in der Arbeit oder in Organisationen. Offen bleibt jedoch nach wie vor die Frage, welche tiefgreifenden und teilweise latenten Folgen für den Menschen als soziales Wesen und das gesellschaftliche Zusammenleben mit dem Einsatz und der Entwick¬lung von KI verbunden sind. Wie wandelt sich das Verhältnis von Mensch und Technik durch KI und wie ist dieser Wandel zu bewerten? Welche Chancen, aber auch Risiken eröffnen sich durch den Einsatz und die Entwicklung von KI für Mensch und Gesellschaft? Welchen Grenzen unterliegt der Wandel und welche Gestaltungsmöglichkeiten bieten sich? Und nicht zuletzt: Was und wer bestimmt die Entwicklungspfade, die KI nimmt – mit welchen Folgen und für wen?
Ubiquitous Media
(2009)
Die durch das Internet und Web 2.0 mit angestoßene Medienkonvergenz
zwingt die Medien- und Contentindustrie zur stetigen Bereitstellung
neuer medialer Inhalte; die stetig wachsende Nachfrage zu decken wird
über deren unternehmerischen Erfolg entscheiden. Es wird ein Szenario
entwickelt, in dem die Konsumenten gleichzeitig Produzenten der In-
halte sind und dabei Kommunikationsinfrastrukturen wie Mobiltelefone
nutzen. Es werden die weitreichenden sozialen Konsequenzen dieser
Entwicklung skizziert.
One of the aims of technology assessment is to inform policy makers about possible future developments of technology, about their likelihood, and about the most probable impacts on individuals as well as on the fabric of society. Such information could be used to plan and create adequate regulations to minimize negative and maximize positive effects of the corresponding technology. However, certain innovations, which we call bottom up-innovations in this paper, make it quite difficult if not almost impossible to provide information of the kind technology assessment shall produce. After introducing the dichotomy of top down-and bottom up-innovations and bringing these types of innovation in the context of more established notions of innovation on a theoretical level we will use the examples of the quantified self-movement and the idea of participatory sensing to describe bottom up-innovations as they take place in real life. By depicting these examples we will try to identify some of the social consequences of the technology that is used in each of the contexts mentioned above. Finally, we will try to draw some more general conclusions concerning bottom up-innovations and technology assessment and its ability to provide reliable information with regard to possible futures. We shall argue that regulation of technology resulting from bottom up-innovations must go " beyond markets and state ".
Wie Untersuchungen zeigen, beeinträchtigen nicht medizinisch indizierte Verlegungen die Lebens- und Versorgungsqualität Sterbender stark. Das Projekt Avenue-Pal hat das Ziel, Leitlinien zu entwickeln, die diese unnötigen Verlegungen reduzieren sollen. Die hier vorgestellte Begleitstudie untersucht aus ethischer Sicht die im Sterbe- und Verlegungsprozess stattfinden Abläufe sowie deren potenziellen Gestaltungsmöglichkeiten. Mittels einer Literaturrecherche, der Teilnahme an einem Fokusgruppengespräch und einer modifizierten MEESTAR-Befragung werden die Bedingungen für eine optimale Betreuung
Sterbender sowie für ein würdevolles Sterben identifiziert und die aktuellen Abläufe im Rahmen des Verlegungsmanagements vor und während der Implementierung der Leitlinien unter Berücksichtigung der ethischen Dimensionen Selbstverständnis, Selbstbestimmung, Fürsorge, Gerechtigkeit, Privatheit und Teilhabe analysiert. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass Verlegungen v.a. aus Unsicherheiten, mangelndem palliativmedizinischem Wissen oder Personalmangel resultieren und dass die Etablierung der Leitlinien und eines palliativen Konsildienstes besonders die fachliche Kompetenz des Personal stärkt und dadurch unnötige Verlegungen reduziert werden konnten.
Der Einsatz von künstlicher Intelligenz im Gesundheitsbereich verspricht besonders großen Nutzen durch eine bessere Versorgung sowie effizientere Abläufe und bietet damit letztlich auch ökonomische Vorteile. Dem stehen unter anderem Befürchtungen entgegen, dass sich durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz das Arzt-Patienten-Verhältnis verändern könnte, Arbeitsplätze gefährdet seien oder die Ökonomisierung des Gesundheitswesens einen weiteren Schub erfahren könnte. Zuweilen wird die Debatte um diese Technologie, zumal in der Öffentlichkeit, emotional und fern sachlicher Argumente geführt. Die Autorinnen und Autoren untersuchen die Geschichte des KI-Einsatzes in der Medizin, deren öffentliche Wahrnehmung, Governance der KI, die Möglichkeiten und Grenzen der Technik sowie Einsatzgebiete, die bisher noch nicht oder nur wenig im Fokus der Aufmerksamkeit waren. Dabei erweist sich die KI als leistungsfähiges Werkzeug, das zahlreiche ethische und soziale Fragen aufwirft, die bei der Einführung anderer Technologien bereits gestellt wurden; allerdings gibt es auch neue Herausforderungen, denen sich Professionen, Politik und Gesellschaft stellen müssen.
Noch immer vollzieht sich Technikentwicklung in erster Linie produktorientiert, Partizipation und Akzeptanz werden wenig berücksichtigt. Dabei hängt der Produkterfolg maßgeblich von der Akzeptanz der Nutzer ab. Grundannahme des folgenden Texts ist, dass bei Einbindung möglichst vieler Stakeholder in die Entwicklung von Technik diese noch vor Markteinführung verbessert werden kann und somit ein größerer Erfolg sowie eine nachhaltige Implementierung zu erwarten ist. Es werden Akzeptanzmodelle vorgestellt, die sich durch eine immer stärkere Einbeziehung der Nutzer auszeichnen. Danach wird ein ethisches Evaluierungsmodell skizziert, das im Kontext altersgerechter Assistenzsysteme bereits umfänglich genutzt wird. Zuletzt wird der Versuch unternommen Akzeptanzmodelle und ethische Evaluierungswerkzeuge zu integrieren, um einen Beitrag zur Entwicklung von besser an die Erwartungen der Stakeholder angepassten altersgerechten Assistenzsystemen zu leisten und dadurch deren Akzeptanz zu erhöhen.
Partizipative Technikgestaltung altersgerechter Assistenzsysteme als Verfahren der angewandten Ethik
(2015)
Ambient-Assisted-Living- (AAL) bzw. altersgerechte Assistenzsysteme sollen in der Pflege alter und hochbetagter Menschen, aber auch anderer physisch oder psychisch gehandicapter Personen, eingesetzt werden. Damit dieser Einsatz nicht zu sozialen und normativen Konflikten führt, muss die Technik so gestaltet werden, dass die in der Gesellschaft verankerten normativen Prinzipien ebenso wie die subjektiven Erwartungen der prospektiven Anwender adressiert werden. Diese Aufgabe gehört in den Bereich der Technikbewertung und partizipativen Technikgestaltung. Dazu gehören Methoden der ethischen Evaluierung der zu entwickelnden Technik, um Konfliktfelder identifizieren und mögliche Lösungsvorschläge entwickeln zu können, die dann in die Gestaltung der Technik einfließen sollten. Nachdem kurz auf die Herkunft altersgerechter Systeme und auf allgemeine normative Fragen des Einsatzes solcher Systeme eingegangen wurde, werden im Folgenden vier Verfahren zur Technikbewertung und partizipativen Technikgestaltung präsentiert, Bezüge zur Akzeptanzforschung hergestellt sowie kurz die Reichweite und die Grenzen ethischer Evaluierung behandelt.
Ambient Assisted Living- (AAL) bzw. altersgerechte Assistenzsysteme sollen in der Pflege alter und hochbetagter Menschen, aber auch anderer physisch oder psychisch gehandicapter Personen, eingesetzt werden. Dafür müssen diese Systeme hochverlässlich sein, aber gleichzeitig auch Erwartungen erfüllen, die weniger im technischen und stärker im sozialen Bereich angesiedelt sind. Nach einer kurzen Einführung der Geschichte dieser Systeme und der Beschreibung des Stands der Technik soll auf verschiedene Evaluationswerkzeuge eingegangen werden, die dazu genutzt werden können, eine partizipative Technikgestaltung von AAL-Systemen zu unterstützen
Verbesserte Menschen
(2015)
Was zunächst nur als verheißungsvolle Utopie am Zukunftshorizont der Gentechnik aufschien, ist längst dem bioethischen Diskurs entwachsen und konfrontiert uns mit grundlegenden Fragen unseres menschlichen Selbstverständnisses: die Verbesserung und zunehmende Technisierung des Menschen. In diesem Band wird das Thema Enhancement aus sozialphilosophischer und technikphilosophischer Perspektive behandelt. Thomas Zoglauer zeichnet die wesentlichen ethischen Argumentationslinien dieser Debatte nach und setzt sich kritisch mit dem Enhancement unter den Aspekten der Freiheit, sozialen Gerechtigkeit, Chancengleichheit und menschlichen Wohlergehens auseinander. Karsten Weber zeigt wie das Konzept des Cyborgs von der Science-Fiction-Literatur geprägt wurde und als utopisches Leitbild die Medizin- und Neurotechnik beeinflusst hat. Als Folge dieser Entwicklung beginnen sich die Unterschiede zwischen Mensch und Maschine und die damit verbundenen anthropologischen Dichotomien aufzulösen, was auch Konsequenzen für unser Menschenbild und die normative Bewertung des Enhancements hat.
Der Eigenständigkeitsanspruch der Maschinenethik steht und fällt mit der Frage, ob man autonome Maschinen als moralische Agenten betrachten kann. Zur Beantwortung dieser Frage wird untersucht, unter welchen Voraussetzungen man Maschinen als moralische Agenten betrachten und ob man Maschinen Autonomie und Verantwortungsfähigkeit zusprechen kann. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass es in absehbarer Zukunft zwar keine „moralische Maschinen“ geben mag, es aber Aufgabe der Maschinenethik sein sollte, Maschinen so zu gestalten, dass sie als quasi-moralische Akteure akzeptiert werden können. Dabei dürfen jedoch jene menschlichen Akteure, die entsprechende Maschinen gestalten, entwickeln, bauen und nutzen, nicht aus ihrer Verantwortung entlassen werden.
Der Eigenständigkeitsanspruch der Maschinenethik steht und fällt mit der Frage, ob man autonome Maschinen als moralische Agenten betrachten kann. Zur Beantwortung dieser Frage wird untersucht, unter welchen Voraussetzungen man Maschinen als moralische Agenten betrachten und ob man Maschinen Autonomie und Verantwortungsfähigkeit zusprechen kann. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass es in absehbarer Zukunft zwar keine „moralische Maschinen“ geben mag, es aber Aufgabe der Maschinenethik sein sollte, Maschinen so zu gestalten, dass sie als quasi-moralische Akteure akzeptiert werden können. Dabei dürfen jedoch jene menschlichen Akteure, die entsprechende Maschinen gestalten, entwickeln, bauen und nutzen, nicht aus ihrer Verantwortung entlassen werden.
Offset restoration in total hip arthroplasty (THA) is associated with postoperative range of motion (ROM) and gait kinematics. We aimed to research into the impact of high offset (HO) and standard stems on postoperative ROM. 121 patients received cementless THA through a minimally-invasive anterolateral approach. A 360° hip ROM analysis software calculated impingement-free hip movement based on postoperative 3D-CTs compared to ROM values necessary for activities of daily living (ADL). The same model was then run a second time after changing the stem geometry between standard and HO configuration with the implants in the same position. HO stems showed higher ROM for all directions between 4.6 and 8.9° (p < 0.001) compared with standard stems but with high interindividual variability. In the subgroup with HO stems for intraoperative offset restoration, the increase in ROM was even higher for all ROM directions with values between 6.1 and 14.4° (p < 0.001) compared to offset underrestoration with standard stems. Avoiding offset underrestoration resulted in a higher amount of patients of over 20% for each ROM direction that fulfilled the criteria for ADL (p < 0.001). In contrast, in patients with standard stems for offset restoration ROM did increase but not clinically relevant by offset overcorrection for all directions between 3.1 and 6.1° (p < 0.001). Offset overcorrection by replacing standard with HO stems improved ROM for ADL in a low number of patients below 10% (p > 0.03). Patient-individual restoration of offset is crucial for free ROM in THA. Both over and underrestoration of offset should be avoided.
Static pelvic tilt impacts functional cup position in total hip arthroplasty (THA). In the current study we investigated the effect of kinematic pelvic changes on cup position. In the course of a prospective controlled trial postoperative 3D-computed tomography (CT) and gait analysis before and 6 and 12 months after THA were obtained in 60 patients. Kinematic pelvic motion during gait was measured using Anybody Modeling System. By fusion with 3D-CT, the impact of kinematic pelvic tilt alterations on cup anteversion and inclination was calculated. Furthermore, risk factors correlating with high pelvic mobility were evaluated. During gait a high pelvic range of motion up to 15.6° exceeding 5° in 61.7% (37/60) of patients before THA was found. After surgery, the pelvis tilted posteriorly by a mean of 4.0 ± 6.6° (p < .001). The pelvic anteflexion led to a mean decrease of −1.9 ± 2.2° (p < .001) for cup inclination and −15.1 ± 6.1° (p < .001) for anteversion in relation to the anterior pelvic plane (APP). Kinematic pelvic changes resulted in a further change up to 2.3° for inclination and up to 12.3° for anteversion. In relation to the preoperative situation differences in postoperative cup position ranged from −4.4 to 4.6° for inclination and from −7.8 to 17.9° for anteversion, respectively. Female sex (p < .001) and normal body weight (p < .001) correlated with high alterations in pelvic tilt. Kinematic pelvic changes highly impact cup anteversion in THA. Surgeons using the APP as reference should aim for a higher anteversion of about 15° due to the functional anteflexion of the pelvis during gait.
Different target areas within the concept of combined cup and stem anteversion have been published for total hip arthroplasty (THA). We asked whether component positioning according to eight standard combined anteversion rules is associated with (1) more physiological gait patterns, (2) higher improvement of gait variables and (3) better clinical outcome after THA.In a prospective clinical study, 60 patients received cementless THA through an anterolateral MIS approach in a lateral decubitus position. Six weeks postoperatively, implant position was analysed using 3D-CT by an independent external institute. Preoperatively, six and 12 months postoperatively range of motion, normalized walking speed and hip flexion symmetry index were measured using 3D motion-capture gait analysis. Patient-related outcome measures (HHS, HOOS, EQ-5D) were obtained by an observer blinded to 3D-CT results. Eight combined anteversion definitions and Lewinnek's "safe zone" were evaluated regarding their impact on gait patterns and clinical outcome.Combined cup and stem anteversion according to standard combined anteversion definitions as well as cup placement within Lewinnek's "safe zone" did not influence range of motion, normalized walking speed and/or hip flexion symmetry index six and 12 months after THA. Similarly, increase of gait parameters within the first year after THA was comparable between all eight combined anteversion rules. Clinical outcome measures like HHS, HOOS and EQ-5D did not show any benefit for either of the combined anteversion definitions.Standard combined cup and stem anteversion rules do not improve postoperative outcome as measured by gait analysis and clinical scores within one year after THA.
Vascular malformations (VMs) are a rare condition. They can be categorized into high-flow and low-flow VMs, which is a challenging task for radiologists. In this work, a very heterogeneous set of MRI images with only rough annotations are used for classification with a convolutional neural network. The main focus is to describe the challenging data set and strategies to deal with such data in terms of preprocessing, annotation usage and choice of the network architecture. We achieved a classification result of 89.47 % F1-score with a 3D ResNet 18.
A prospective randomized controlled trial is presented that is used to compare gait performance between the computer assisted Femur First (CAS FF) operation method and conventional THR (CON). 60 patients underwent a 3D gait analysis of the lower extremity at pre-operative, 6 months post-operative and twelve months post-operative. Detailed verification experiments were facilitated to ensure the quality of data as well as to avoid over-interpreting of the data. The results confirm a similar data-quality as reported in the literature. Walking speed, range of motion and symmetry thereof improved over the follow-up period, without significant differences between the groups. While all parameters do significantly increase over the follow-up period for both groups, there were no significant differences between them at any given time-point. Patients undergoing CAS FF showed a trend to improved hip flexion angle indicating a possible long-term benefit.
Measuring functional outcome after total hip replacement with subject-specific hip joint loading
(2012)
Total hip replacement is an often-performed orthopedic surgical procedure; the amount of procedures undertaken will increase since our life expectancy is growing. In order to optimize function, hip biomechanics should be restored to as near normal as possible. The goal of this pilot study was to determine whether or not it is feasible to compute the vectorial hip reaction force pathways on the head of the prosthesis and the force angles relative to the cup of the prosthesis that occur during gait in total hip replacement patients, serving as an objective measurement of the functional outcome following hip replacement. A three-dimensional gait analysis, measuring ground reaction forces and kinematics, was performed. The data retrieved from the gait analysis was used as the input for the musculoskeletal model to compute vectorial joint reaction forces for data processing. To evaluate the position and orientation of the joint reaction forces, the force path, as well as the force angles for the operated and non-operated joint, has been calculated during the stance phase of the specific leg. The force path for subject 2 on the non-operated side is only located in the posterior-lateral quarter, as is the force path for subject 1. In contrast to this subject, the force path for subject 2 at the operated hip joint can be found only within the anterior quarter of the head of the implant, where it is nearly equally distributed in the medio-lateral half of the prosthesis head. The force-inclination angles on the cup of subject 1, with respect to the plane of the socket face, indicates that the force vector is mainly positioned in the same quadrant when compared with subject 2 (in a cup-fixed coordinate system). The force-anteversion angle behaves similarly to the force-inclination angle, even when the effects are not as pronounced. The proposed methods in this article are aiming to define two functional outcomes of total hip replacement that are related to wear and rim loading. It is accepted that wear is not only a function of time, but a function of use. Owing to the methods listed in this article, we are able to determine a) the applied force and b) the sliding distance (force pathway) in a subject-specific manner. The computed hip-reaction force angles and the distance to the rim cup are a measurement for cup or rim loading, and occurs in the so-called safe-zones. This method may well give us insight into the biomechanical situation during gait, after receiving total hip replacement, that we need to fully understand the mechanisms acting on a hip joint and to prove a possible increase of functional outcome after receiving total hip replacement.
We have developed a novel, computer-assisted operation method for minimal-invasive total hip replacement (THR) following the concept of “femur first/combined anteversion,” which incorporates various aspects of performing a functional optimization of the prosthetic stem and cup position (CAS FF). The purpose of this study is to assess whether the hip joint reaction forces and patient’s gait parameters are being improved by CAS FF in relation to conventional THR (CON). We enrolled 60 patients (28 CAS FF/32 CON) and invited them for gait analysis at three time points (preoperatively, postop six months, and postop 12 months). Data retrieved from gait analysis was processed using patient-specific musculoskeletal models. The target parameters were hip reaction force magnitude (hrf), symmetries, and orientation with respect to the cup. Hrf in the CAS FF group were closer to a young healthy normal. Phase-shift symmetry showed an increase in the CAS FF group. Hrf orientation in the CAS FF group was closer to optimum, though no edge or rim-loading occurred in the CON group as well. The CAS FF group showed an improved hrf orientation in an early stage and a trend to an improved long-term outcome.
Influence of minimally invasive total hip replacement on hip reaction forces and their orientations
(2014)
Minimally invasive surgery (MIS) is becoming increasingly popular. Supporters claim that the main advantages of MIS total hip replacement (THR) are less pain and a faster rehabilitation and recovery. Critics claim that safety and efficacy of MIS are yet to be determined. We focused on a biomechanical comparison between surgical standard and MIS approaches for THR during the early recovery of patients. A validated, parameterized musculoskeletal model was set to perform a squat of a 50th percentile healthy European male. A bilateral motion was chosen to investigate effects on the contralateral side. Surgical approaches were simulated by excluding the incised muscles from the computations. Resulting hip reaction forces and their symmetry and orientation were analyzed. MIS THR seemed less influential on the symmetry index of hip reaction forces between the operated and nonoperated leg when compared to the standard lateral approach. Hip reaction forces at peak loads of the standard transgluteal approach were 24% higher on the contralateral side when compared to MIS approaches. Our results suggest that MIS THR contributes to a greater symmetry of hip reaction forces in absolute value as well as force-orientation following THR.