Röntgentechnologie vom Feinsten: Stillleben kann jeder, haben sich unsere Experten gedacht und stellen sich nunmehr der Herausforderung Röntgenaufnahmen während der laufenden Bewegung zu erforschen. Definitiv eine Kunst für sich.
Die dreidimensionale Bewegung eines Gelenkes ist das Resultat eines sehr komplexen Zusammenspiels aus physikalischen Gesetzmäßigkeiten (Schwerkraft, Beschleunigung, Trägheit), aktiver Muskelkraft und passiven Regulatoren (Gelenkflächen, Bänder, Menisken). Die für das einzelne Gelenk spezifische Kombination aus diesen Kräften ist bisher unbekannt. Mathematische Modelle versuchen auf der Basis anatomischer Studien eine möglichst realistische Abschätzung der am Gelenk einwirkenden Kräfte zu errechnen, ein reales Abbild können sie jedoch nicht bieten.
Agile Methodik gefragt
Die herkömmliche Bewegungsanalyse basiert auf der Erfassung von Oberflächenmarkierungen. Dabei werden Marker auf die Haut des Probanden aufgeklebt, in der Annahme, dass die Marker die Position darunter liegender Knochenvorsprünge repräsentieren. Mit Hilfe moderner Videotechnik können die Marker in der Bewegung gefilmt werden. Aufbauend auf dem Bewegungsmuster der Marker wird die Bewegung der darunter liegenden Knochen berechnet. Als fester Bestandteil klinischer Ganganalyse sind solche Systeme einfach und nicht-invasiv anwendbar.
Allerdings kommt es in der Bewegung zu einer Verschiebung der Haut über dem Knochen. Dies resultiert in einem Messfehler, da der an der Hautoberfläche angebrachte Marker nicht mehr über dem eigentlich zu messenden Knochenvorsprung zu liegen kommt. Solche Verschiebungsfehler können eine Größenordnung von mehreren Zentimetern erreichen und sind bei schnellerer Gangart bzw. dem Auftreten oder Abstoßen besonders ausgeprägt. Prinzipiell ist es möglich, Bewegungsartefakte rechnerisch zu kompensieren, dennoch bleibt die Messungenauigkeit im Bereich der Abduktion und Adduktion, sowie der Endo- und Exorotation erheblich.
Abhilfe schafft die Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenz-Kinematographie (FluoKin). Die Durchleuchtung des betroffenen Gelenkes mit Röntgenstrahlen ermöglicht die direkte Abbildung des Skelettsystems auf nicht-invasive Art und Weise und erlaubt eine Messgenauigkeit von <1 mm und <1°. Die Strahlendosen, dem der Proband bei den Messungen ausgesetzt ist, ist so gering, dass kein Gesundheitsrisiko besteht.
„LAUFENDE“ PROJEKTE
Die Anwendungsmöglichkeiten der FluoKin-Anlage sind enorm vielfältig: Ob Ratte, Ameisenbär, Pony – oder Mensch, bislang nahezu unerforschte Einblicke in die Funktionalität der Lokomotion sind möglich.
Kinematik beim Pferd
Quelle: Grandt FC et al. Hochpräzise Bewegungsanalysen in der Pferdemedizin mit FluoKin. 27-28/02/2018; Göttinger Pferdetage, Göttingen, Deutschland.
FluoKin-Untersuchungen mit Fokus auf die obere und untere Halswirbelsäule ermöglichen erstmalig genaueste Beschreibung der physiologischen Bewegung dieser Wirbelsäulenabschnitte beim Pferd.
Mitwirkende
- Lisa Borchard
- Franziska Wagner
- Jenny Hagen
- Nadine Blum (Tierklinik Lüsche)
Die Gliedmaßenkinematik mit Fokus auf den proximalen Bereich wird erstmalig beim Pferd in vivo mit FluoKin untersucht und mit optoelektronischen Aufnahmen abgeglichen.
Mitwirkende
- Franz Wilhelm Bauer (Institut für Zoologie und Evolutionsforschung, Uni Jena)
- Franziska Wagner
- Christoph Mülling
- Martin Fischer (Institut für Zoologie und Evolutionsforschung, Uni Jena)
Ex vivo und in vivo Messungen der metakarpalen Dehnung der OBS im gesunden, verletzten und heilendem Zustand.
Poster zum Projekt
Mitwirkende
- Franziska Wagner
- Jovana Kuhlmann
- Jenny Hagen
- Christoph Mülling
- Peter Böttcher (Klinik für Kleine Haustiere, Fachbereich Veterinärmedizin, FU Berlin)
Promotion
Publikationen
Ex-vivo-Sehnendehnung:
FC Wagner et al. Cyclic tensile tests of Shetland pony superficial digital flexor tendons (SDFTs) with an optimized cryo-clamp combined with high-speed fluoroscopy. BMC Vet Res. 2021 Jun 25;17(1):223. doi: 10.1186/s12917-021-02914-w. Mehr Erfahren
In-vivo-Sehnendehnung:
FC Wagner et al. Biplanar High-Speed Fluoroscopy of Pony Superficial Digital Flexor Tendon (SDFT) - An In vivo Pilot Study. Vet Sci. 2021 May 27;8(6):92. doi: 10.3390/vetsci8060092. Mehr Erfahren
Erforschung der in vivo 3D-Kinematik von Pferden beim Kauen unterschiedlichen Futters.
Mitwirkende
- Ellen Schulz-Kornas (Max-Planck Institut für Evolutionäre Anthropologie, Leipzig)
- Franziska Wagner
- Peter Böttcher (Klinik für Kleine Haustiere, Fachbereich Veterinärmedizin, FU Berlin)
In vivo - Untersuchung des Einflusses von orthopädischen Beschlägen und unterschiedlichen Bodenbeschaffenheiten auf die Zehenkinematik.
Mitwirkende
- Sandra Geiger (Institut für Topographische Anatomie, Vetmed Uni Wien)
- Sabrina Thomeczeck
- Jenny Hagen
- Christoph Mülling
Promotionen zum Projekt
Kinematik beim Rind
Die 3D-Kinematik der distalen Rindergliedmaße wird in einer in vivo und ex vivo Studie untersucht, um eine wissenschaftliche Grundlage zur Optimierung von Bodenbelägen und Klauenpflegemaßnahmen zu schaffen.
Mitwirkende
- Monique Weiß (Tierärztin)
- Sandra Geiger (Institut für Topographische Anatomie, Vetmed Uni Wien)
- Enrico Reich (Informatiker)
- Sarah Grund
- Christoph Mülling
Promotion
Publikation
M Weiß. Validation of 2 noninvasive, markerless reconstruction techniques in biplane high-speed fluoroscopy for 3Dimensional research of bovine distal limb kinematics. J Dairy Sci. 2017; 100 (10): 8372-8384. doi: 10.3168/jds .2017-12563. Mehr erfahren
Kinematik beim Hund
Die Kinematik des Kniegelenkes nach TPLO (tibia plateau leveling osteotomy) oder TTA (tibial tuberosity advancement) in Hunden mit Kreuzbandpathologie wird erstmalig in vivo erforscht.
Mitwirkende
- Janna Rey (Klinik für Kleintiere, VMF, Uni Leipzig)
- Maartje Schwede (Klinik für Kleintiere, VMF, Uni Leipzig)
- Pia Lina Rebentrost (Klinik für Kleintiere, VMF, Uni Leipzig)
- Peter Böttcher (Klinik für Kleine Haustiere, Fachbereich Veterinärmedizin, FU Berlin)
Promotionen
Pubklikationen
J Rey et al. Sagittal joint instability in the cranial cruciate ligament insufficient canine stifle. Caudal slippage of the femur and not cranial tibial subluxation. Tierarztl Prax Ausg K Kleintiere Heimtiere. 2014; 42 (3): 151-6. Mehr erfahren
Die 3D-Bewegung und Kinematik des radio-ulnar und humero-radial Gelenkes bei Hunden wird gemessen.
Mitwirkende
- Thomas Rohwedder (Klinik für Kleine Haustiere, Fachbereich Veterinärmedizin, FU Berlin)
- Peter Böttcher (Klinik für Kleine Haustiere, Fachbereich Veterinärmedizin, FU Berlin)
Promotion
Publikationen
T Rohwedder. In vivo axial humero-ulnar rotation in normal and dysplastic canine elbow joints. Tierarztl Prax Ausg K Kleintiere Heimtiere. 2018; 46 (2): 83-89. doi: 10.15654/TPK-170390. Mehr erfahren
T Rohwedder. In vivo fluoroscopic kinematography of dynamic radio-ulnar incongruence in dogs. Open Vet J. 2017; 7 (3): 221-228. doi: 10.4314/ovj.v7i3.4. Mehr erfahren
Kinematik bei Zoo- und Wildtieren
Ameisenbären sind exzellente Kletterer, verfügen aber ebenso über morphologische Anpassungen an das Graben. Mittels FluoKin werden die 3D-Bewegungen von Schulterblatt, Oberarmknochen, Elle und Speiche dargestellt und quantifiziert.
Poster zum Projekt
Mitwirkende
- Adrian Scheidt (Fakultät für Biologie, Humboldt-Universität Berlin)
- Franziska Wagner
- Sandra Geiger (Institut für Topographische Anatomie, Vetmed Uni Wien)
- Christoph Mülling
- John Nyakatura (Fakultät für Biologie, Humboldt-Universität Berlin)
Pubklikation
A Scheidt et al.A therian mammal with sprawling kinematics? Gait and 3D forelimb X-ray motion analysis in tamanduas. J Exp Biol. 2022 Jun 15;225(12):jeb243625. doi: 10.1242/jeb.243625. Epub 2022 Jun 14. Mehr erfahren
Entwickelte Techniken
Bestimmung von Kennwerten zur Präzision der FluoKin-Messtechnik ex vivo und in vivo in statischen und dynamischen Aufnahmen.
Mitwirkende
- Franziska Wagner
- Christoph Mülling
- Peter Böttcher (Klinik für Kleine Haustiere, Fachbereich Veterinärmedizin, FU Berlin)
Messgenauigkeit der Leipziger Anlage:
FC Wagner et al. Cyclic tensile tests of Shetland pony superficial digital flexor tendons (SDFTs) with an optimized cryo-clamp combined with high-speed fluoroscopy. BMC Vet Res. 2021 Jun 25;17(1):223. doi: 10.1186/s12917-021-02914-w. Mehr erfahren
Biomechanische Messungen, die auf rechentechnische 3D- Rekonstruktionen originärer Bewegungen basieren, sind von präzisen und reproduzierbaren Einbettung von Knochenkoordinatensystemen abhängig. Daher etablieren wir diese auf Grundlage mathematischer Prinzipien mit eindeutiger Zuordnung anstatt manuell anatomische Landmarken auszuwählen.
Mitwirkende
- Sandra Geiger (Institut für Topographische Anatomie, Vetmed Uni Wien)
- Christoph Mülling
Publikation
SM Geiger. Validation of biplane high-speed fluoroscopy combined with two different noninvasive tracking methodologies for measuring in vivo distal limb kinematics of the horse. Equine Vet J. 2018; 50 (2): 261-269. doi: 10.1111/evj.12717. Mehr erfahren
Exaktheit verschiedener nicht-invasiver Trackingmethoden an der equinen distalen Gliedmaße.
Mitwirkende
- Sandra Geiger (Institut für Topographische Anatomie, Vetmed Uni Wien)
- Peter Böttcher (Klinik für Kleine Haustiere, Fachbereich Veterinärmedizin, FU Berlin)
Promotion
Pubklikationen
M Weiß. Validation of 2 noninvasive, markerless reconstruction techniques in biplane high-speed fluoroscopy for 3Dimensional research of bovine distal limb kinematics. J Dairy Sci. 2017; 100 (10): 8372-8384. doi: 10.3168/jds .2017-12563. Mehr erfahren
SM Geiger. Validation of biplane high-speed fluoroscopy combined with two different noninvasive tracking methodologies for measuring in vivo distal limb kinematics of the horse. Equine Vet J. 2018; 50 (2): 261-269. doi: 10.1111/evj.12717. Mehr erfahren
