Post on 01-Nov-2020
Het gebruik van musculoskeletale
gangsimulaties in het ontwerp van
prosthesen: toekomstperspectieven
Wouter Aerts
Biomechanics section
KU Leuven
Motivatie
Onderbeenprothese Dagdagelijkse activiteiten
Evolutie verbetering materiaal en functie
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 2
Motivatie
Onderbeenprothese Dagdagelijkse activiteiten
Evolutie verbetering materiaal en functie
Problematiek: Asymmetrisch gangpatroon:
- Overbelasting gezond been: osteoarthritis
- Onderbelasting geamputeerde been: osteoporosis
- Rugklachten
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 2
Motivatie
Onderbeenprothese Dagdagelijkse activiteiten
Evolutie verbetering materiaal en functie
Problematiek: Asymmetrisch gangpatroon:
- Overbelasting gezond been: osteoarthritis
- Onderbelasting geamputeerde been: osteoporosis
- Rugklachten
Stomp-koker: discomfort en pijn
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 2
Motivatie
Onderbeenprothese Dagdagelijkse activiteiten
Evolutie verbetering materiaal en functie
Problematiek: Asymmetrisch gangpatroon:
Stomp-koker: discomfort en pijn
Oplossing: correct afstellen prothese Statisch uitlijning
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 3
Motivatie
Onderbeenprothese Dagdagelijkse activiteiten
Evolutie verbetering materiaal en functie
Problematiek: Asymmetrisch gangpatroon:
Stomp-koker: discomfort en pijn
Oplossing: correct afstellen prothese Statisch uitlijning
Dynamische uitlijning
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 3
Motivatie
Onderbeenprothese Dagdagelijkse activiteiten
Evolutie verbetering materiaal en functie
Problematiek: Asymmetrisch gangpatroon:
Stomp-koker: discomfort en pijn
Oplossing: correct afstellen prothese Statisch uitlijning
Dynamische uitlijning
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 3
Effecten op kinematica en druk?
Motivatie
Onderbeenprothese Dagdagelijkse activiteiten
Evolutie verbetering materiaal en functie
Problematiek: Asymmetrisch gangpatroon:
Stomp-koker: discomfort en pijn
Oplossing: correct afstellen prothese Statisch uitlijning
Dynamische uitlijning
Twee benaderingen: Experimenteel gedreven: TICOON
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 3
Effecten op kinematica en druk?
Motivatie
Onderbeenprothese Dagdagelijkse activiteiten
Evolutie verbetering materiaal en functie
Problematiek: Asymmetrisch gangpatroon:
Stomp-koker: discomfort en pijn
Oplossing: correct afstellen prothese Statisch uitlijning
Dynamische uitlijning
Twee benaderingen: Experimenteel gedreven: TICOON
Simulatie gebaseerd: : voorspellen van functionele
uitkomst
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 3
Effecten op kinematica en druk?
Simulatie gebaseerd evaluatie-platform
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 4
Simulatie gebaseerd evaluatie-platform
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 4
Simulatie gebaseerd evaluatie-platform
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 4
Optimale uitlijning?
Simulatie gebaseerd evaluatie-platform
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 4
Optimale uitlijning?
Simulatie
Simulatie gebaseerd evaluatie-platform
Modellering: Patiënt + prothese
Druk stomp-koker
Wandelstrategie patiënt
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 4
Optimale uitlijning?
Simulatie
Simulatie gebaseerd evaluatie-platform
Modellering: Patiënt + prothese
Druk stomp-koker
Wandelstrategie patiënt
Evaluatie + input data: experimentele data TICOON
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 4
Optimale uitlijning?
Simulatie
Experimentele data
Samenwerking met Mobilab, Thomas More, Geel IWT-TETRA project TICOON:
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 5
Experimentele data
Samenwerking met Mobilab, Thomas More, Geel IWT-TETRA project TICOON:
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 5
t med-lat (2.4-4.8 cm)
t ant-post (2.4-4.8 cm)
exo-endo (3-6°)
Experimentele data
Samenwerking met Mobilab, Thomas More, Geel IWT-TETRA project TICOON:
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 5
28 markers
2 krachtenplaten
EMG
Stomp-koker druk (M-flex sensoren)
t med-lat (2.4-4.8 cm)
t ant-post (2.4-4.8 cm)
exo-endo (3-6°)
flex-ext (3-6°)
abd-add (3-6°)
Gangsimulaties: OpenSim
OpenSim Open-source ganganalyse software
Maken van eigen modellen
Analyseren van beweging en ‘onmeetbare’ parameters berekenen
(vb. spierkracht)
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 6
Gangsimulaties: OpenSim
OpenSim Open-source ganganalyse software
Maken van eigen modellen
Analyseren van beweging en ‘onmeetbare’ parameters berekenen
(vb. spierkracht)
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 6
Input
Gangsimulaties: OpenSim
OpenSim Open-source ganganalyse software
Maken van eigen modellen
Analyseren van beweging en ‘onmeetbare’ parameters berekenen
(vb. spierkracht)
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 6
Input Output
Modelling: Patient
Gebaseerd op generische model: 13 lichamen
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 7
Modelling: Patient
Gebaseerd op generische model: 13 lichamen
23 vrijheidsgraden (DOF)- Bekken-grond (6 DOF)
- Heup (3 DOF)
- Knie (1 DOF)
- Enkel (1 DOF)
- Subtalair gewricht (1 DOF)
- Metatarsaal gewricht (1 DOF)
- Bekken-torso (3 DOF)
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 7
Modelling: Patient
Gebaseerd op generische model: 13 lichamen
23 vrijheidsgraden (DOF)- Bekken-grond (6 DOF)
- Heup (3 DOF)
- Knie (1 DOF)
- Enkel (1 DOF)
- Subtalair gewricht (1 DOF)
- Metatarsaal gewricht (1 DOF)
- Bekken-torso (3 DOF)
92 spieren
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 7
Modelling: Patient
Gebaseerd op generische model: 13 lichamen
23 vrijheidsgraden (DOF)- Bekken-grond (6 DOF)
- Heup (3 DOF)
- Knie (1 DOF)
- Enkel (1 DOF)
- Subtalair gewricht (1 DOF)
- Metatarsaal gewricht (1 DOF)
- Bekken-torso (3 DOF)
92 spieren
Verwijderen lichamen en spieren (onderbeen)
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 7
Modelling: Patient
Gebaseerd op generische model: 13 lichamen
23 vrijheidsgraden (DOF)- Bekken-grond (6 DOF)
- Heup (3 DOF)
- Knie (1 DOF)
- Enkel (1 DOF)
- Subtalair gewricht (1 DOF)
- Metatarsaal gewricht (1 DOF)
- Bekken-torso (3 DOF)
92 spieren
Verwijderen lichamen en spieren (onderbeen)
Verkorten gastrocnemius
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 7
Modellering: Prothese
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 8
Fotos (360°)
Modellering: Prothese
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 8
Fotos (360°)
VisualSFM
Modellering: Prothese
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 8
Fotos (360°)
VisualSFM
Meshlab
Modellering: Prothese
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 8
Fotos (360°)
VisualSFM
Meshlab
3-matics
Modellering: Prothese
Definitie vrijheidsgraden
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 9
t med-lat (2.4-4.8 cm)
t ant-post (2.4-4.8 cm)
exo-endo (3-6°)
flex-ext (3-6°)
abd-add (3-6°)
Koker
Pyloon
Prothesevoet
Modellering: Prothese
Inertie parameters: Massa
Massacentrum
Inertiemomenten
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 10
Modellering: Prothese
Inertie parameters: Massa
Massacentrum
Inertiemomenten
Modelleren onderdelen
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 10
Modellering: Prothese
Inertie parameters: Massa
Massacentrum
Inertiemomenten
Modelleren onderdelen
CT-scan Koker
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 10
Modellering: Prothese
Inertie parameters: Massa
Massacentrum
Inertiemomenten
Modelleren onderdelen
CT-scan Koker
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 10
Modellering: Patiënt + Prothese
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 11
+ =
Modellering: Patiënt + Prothese
6DOF beperkte beweging
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 11
+ =
Modellering: Patiënt + Prothese
6DOF beperkte beweging
Initiële stand: statische meting
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 11
+ =
Analysen: Spierkrachten en gewrichtskrachten
e
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 12
Analysen: Spierkrachten en gewrichtskrachten
e
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 12
Spierkrachten
Analysen: Spierkrachten en gewrichtskrachten
e
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 12
Spierkrachten Gewrichtskrachten
Analysen: Spierkrachten en gewrichtskrachten
e
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 12
Spierkrachten Gewrichtskrachten
1. Patiënt – gezonde persoon?
2. Aangedane been – gezonde been
3. Effect prothese uitlijning
Gewrichtskrachten in onderrug/knie/heup:
Analysen: Spierkrachten en gewrichtskrachten
e
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 12
Spierkrachten Gewrichtskrachten
1. Patiënt – gezonde persoon?
2. Aangedane been – gezonde been
3. Effect prothese uitlijning
Gewrichtskrachten in onderrug/knie/heup:
Osetoarthritis?
Osteoporosis?
Rugklachten?
Analysen: Spierkrachten en gewrichtskrachten
e
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 12
Spierkrachten Gewrichtskrachten
1. Patiënt – gezonde persoon?
2. Aangedane been – gezonde been
3. Effect prothese uitlijning
Gewrichtskrachten in onderrug/knie/heup:
Osetoarthritis?
Osteoporosis?
Rugklachten?
Lopend 2-jarig Masterthesis project
Modellering: Druk stomp-koker
Eindige elementen modelering (EEM): Zeer accuraat
MAAR: grote rekentijd (veel elementen)
Statische situaties
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 13
Modellering: Druk stomp-koker
Eindige elementen modelering (EEM): Zeer accuraat
MAAR: grote rekentijd (veel elementen)
Statische situaties
Discrete elementen modelering (DEM) Onafhankelijke veer/demper elementen
Lagere rekentijd dynamische simulatie
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 13
𝑥 𝑡 , 𝑣(𝑡)
𝐹 𝑡
Modellering: Druk stomp-koker
Eindige elementen modelering (EEM): Zeer accuraat
MAAR: grote rekentijd (veel elementen)
Statische situaties
Discrete elementen modelering (DEM) Onafhankelijke veer/demper elementen
Lagere rekentijd dynamische simulatie
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 13
𝑥 𝑡 , 𝑣(𝑡)
𝐹 𝑡
Modellering: Druk stomp-koker
Eindige elementen modelering (EEM): Zeer accuraat
MAAR: grote rekentijd (veel elementen)
Statische situaties
Discrete elementen modelering (DEM) Onafhankelijke veer/demper elementen
Lagere rekentijd dynamische simulatie
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 13
𝑥 𝑡 , 𝑣(𝑡)
𝐹 𝑡
Modellering: Druk stomp-koker
Eindige elementen modelering (EEM): Zeer accuraat
MAAR: grote rekentijd (veel elementen)
Statische situaties
Discrete elementen modelering (DEM) Onafhankelijke veer/demper elementen
Lagere rekentijd dynamische simulatie
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 13
𝑥 𝑡 , 𝑣(𝑡)
𝐹 𝑡
Modellering: Druk stomp-koker
dfg
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 14
Modellering: Druk stomp-koker
dfg
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 14
Modellering: Druk stomp-koker
dfg
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 14
Evaluatie met opgemeten drukken
Toekomstig werk
Volledig voorspellende simulatie
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 15
Toekomstig werk
Volledig voorspellende simulatie Geen experimentele data
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 15
Toekomstig werk
Volledig voorspellende simulatie Geen experimentele data
aangedreven door spierexcitaties- Wandelstrategie? (v.b. minimale metabole energie, minimale druk)
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 15
Toekomstig werk
Volledig voorspellende simulatie Geen experimentele data
aangedreven door spierexcitaties- Wandelstrategie? (v.b. minimale metabole energie, minimale druk)
Grond reactiekracht simuleren
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 15
Toekomstig werk
Volledig voorspellende simulatie Geen experimentele data
aangedreven door spierexcitaties- Wandelstrategie? (v.b. minimale metabole energie, minimale druk)
Grond reactiekracht simuleren
Optimaliseren uitlijning
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 15
Toekomstig werk
Volledig voorspellende simulatie Geen experimentele data
aangedreven door spierexcitaties- Wandelstrategie? (v.b. minimale metabole energie, minimale druk)
Grond reactiekracht simuleren
Optimaliseren uitlijning
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 15
Toekomstig werk
Volledig voorspellende simulatie Geen experimentele data
aangedreven door spierexcitaties- Wandelstrategie? (v.b. minimale metabole energie, minimale druk)
Grond reactiekracht simuleren
Optimaliseren uitlijning
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 15
Klinische richtlijnen
Toekomstig werk
Volledig voorspellende simulatie Geen experimentele data
aangedreven door spierexcitaties- Wandelstrategie? (v.b. minimale metabole energie, minimale druk)
Grond reactiekracht simuleren
Optimaliseren uitlijning
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 15
Klinische richtlijnen
Evalueren van alternatieve
prosthese-ontwerpen
27/02/2015Wouter Aerts IWT-grant 131040 16
Acknowledgement:
Funding:
Agency for Innovation by Science and
Technology (IWT, grant 131040)
J. Vander Sloten
F. De Groote
I. Jonkers
Bedankt voor
uw aandacht