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Messung der Kontaktzonen und Druckverteilung in Gelenken miltels Fuji-Folien

Praktikum I Druckfolien

Wozu dient die Messung der Kontaktzonen und der Druckverfeilung ?

informationen tiber Kontaktzonen und Druckverteilung konnen AufschluB uber die Funktion und Wirkungsweise cines Gelenkes sowie tiber Vernderungen nam operntiven Eingriffen geben. Dutch Messung der Druckverteilung beispielsweise vor und nach einer Meniskusresektion oder Umstell ungsosteotomie, kbnnen die Auswirkungen solcher Eingriffe beurteilt werden.

Aulbau und Wirkungsweise

Fuji-Folien werden zwischen zwei, sich beriihrende Flachen eingerugt. Der aul sic cinwirkende Druck wird als pink-farb ige Verfarbung mit unterschiedlicher optischer lntensitat aulgezeichnet. Unterhalb cines unteren Druckgrenzwertes werden keine Vcrfarbungen Cl.leugt, wahrend bei Oberschreitung cines obcren Grenzwertes cine 5attigung eintritt. Daher ist vor einer Anwendung zu beachten, daB man den zu messenden Druckbereich abschatzt.


AbbilduDg 1: Querschnitt durch Fuji-Folie (Unks), Zosammenhang zwischen r esultierender Verfirbung Dod Druck (rechts). Quelle: 111.

Abbildung 1 zeigt links den schematischcn Aufbau von FujiFolien. Sie sind aus zwei Teilen aufgebaut Zum Einen gibt es das "Transfer Sheet", das in zufaIliger VeTteilung fJilssigkeitsgefOUte Blasen im Durchmesser von 2 bis 25J.Ul1 [2] enthiilt. Zum Anderen gibt es ein "Developer Sheet" auf dem sich Aecken abzeichncn, wenn die farblose Fltissigkeit dec ersten Schicht (beim Platz.en dec Blasen) mit dem "Developer Sheet" in 8eriihru.ng kommt.

Da die Blasen mit unterschiedlichem Durchmesser auch bei unterschiedlichen Drticken platz.en, ist die lntensitat dec pink-farbigen Verfarbungen vom loka! wirkenden Druck abhangig. Die Verfarbungen werden feinkomig abgebildet. lhr Durchmesser reicht von 0.01 bis zu O.lmm.

Bei der KaJibrierung und Anwendung dec Fuji-Folien ist zu beachten, daB die resultierenden Verfaroungen auBer von dem lokal wirkenden Druck auch nom von der Umgebungstemperatur und vor aHem von der relativen Luftfeuchtigkeit abhangen. Unter Berti:cksichtigung dieser Parameter, kann eme KaHbrierkurve ersteHt werden, indem man Fuji.Folien unterschiedlichen, bekannten Driicken aussetzt und die dabei resultierenden Verlarbungen auswertet.

Versuchsvorbereifung

FUr diesen Versuch wurden zwei linke Knie von Schafen priipariert. Das proximale Ode des Femurs, sowie das rustale Ende der Tibia wurden abgeSigt und in Technovit eingegossen (Abbildung 2). Es wurde darauf geachtet, den Bandapparat und die Gelenkskapsel des Knies m5glichst intakt zu halten. Es wurde ein parapateUarer Zugang zur lateralen Femurkondyle prnpariert (Abbildung 2). Bei einem Knie wurde der meniscus laterafis im Knie belassen, bei dem anderen wurde er entfemt, so daB man nun die Druckverteilung mit und ohne meniscus fatemfis anhand der Druckmessfolien untersuchen kann.


Abbildung 2: Eingegossenes Priiparat.

An den eingegossenen Enden sind Plansche befestigt. Mit diesen lassen sich die Proparate in den WiroelsiiulenbelaslWlgssimulator (WISI) einspannen (Abbildung 3 links). Dor! wird dann ein bestimmter Flexionswinkel eingestellt. NWl kann man die Dnlckmessfotie vorsichtig einfiihren (AbbildWlg 3 rechts) Wld das Proparat mit 2oo N in axialer RichlWlg belasten. Nach anschtieflender EntlaslWlg kfumen die Polien entnommen und ausgewertet werden (Abbildung 4 ).


Abbildung 3: Einspannung ill WlSI (links); Eingefiihrte Folie (rechts)



Abbildung 4: Druckverteilung obne (links) und mit (rechls) Meniskus.

Literatur:

  1. Sensor Products, I., Pressurex tactile indicatingjilm. 2001.
  2. Liggins, AB., The practical application of Fuji Prescale pressuresensitive film., in Optical measurement methods in biomechrmics,
  3. J.C.S.a. J.P., Editor. 1997, Chapman and Hall: London.
  4. Bay, B.K., et al., Statically equivalent load and support conditions produce different hip joint contact pressures and perincetabltiar stmins. J Biomech, 1997. 30(2): p. 193-{;.
  5. Byls,ki-Austrow, D.I., et aI., Knee joint contact pressure d(~reases after chronic meniscectomy relative to the acutely meniscectomized joint: a mechanical study in the goof. J Orthop Res, 1993. 11(6): p. 79&,804.
  6. Fukubayashi, T. and H. Kurosawa, The contact area and pressure distribution pattern of the knee. A study of normal and osteoarthrotic knee joints. Acta Orthop Scand, 1980. 51(6): p. 871-9.
  7. Harris, M.L, et aJ., An improved method for mensuring fibioJemoral contact areas in total knee arthroplasty: a compari5()n of K-scan 5en5()r and FujiJilm. J Biomech, 1999. 32(9): p. 951-8.
  8. (naba, H. and M. Arai, A method for measuring contact pressures instantaneously in articular joints. J Biomech, 1989. 22(11-12): p. 1293"{;.
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