VOORTGANGSVERSLAG april 2008

Transcriptie

1 Simulatie van driedimensionele gangkinematica van het onderste lidmaat met behulp van plantaire voetdrukken : een innovatie voor plantaire drukmeetsystemen met klinische implicaties -TETRA-project VOORTGANGSVERSLAG april 2008 TECHNISCH VERSLAG De technische activiteiten van de laatste maanden reflecteren de activiteiten van de maanden november 2007 tot en met maart Dit zijn 5 in plaats van de 4 gebruikelijke maanden. Dit komt omdat het project nog één maand verlengd werd wegens de vertraging in de levering van het tweede CODA-toestel. Dit impliceert dat het project officieel pas eind maart 2008 beëindigd werd. Uitgevoerde activiteiten 1. Kinematisch onderzoek van de voet en onderste ledematen In het verleden werden al verschillende malen, naarmate de metingen vorderden, de kinematische resultaten van de normale populatie gepresenteerd. Die waren telkens zeer gelijkend (cf. voortgangsverslag van mei 2007) Nu alle normale proefpersonen, inclusief de 3 e cohorte verwerkt zijn, kunnen globale referentiekurven voor de kinematica der onderste ledematen gepresenteerd worden. Deze zijn voor de normale populatie in appendix 1 en voor de prothesedragers in appendix 2 opgenomen. De positie van de markersop de prothesevoet was identiek aan die van de gezonde voet, doordat de markerlayout van de gezonde voetgewoon gewoon op de cosmetische overtrek van de prothesevoet overgenomen werd. (cf. onderstaande figuur).

2 Wat de referentiekurven voor de normale populatie betreft is er niets nieuws te vermelden. Deze blijven zeer gelijkend aan de eerder in vorige verslagen getoonde kurven. Bij het overlopen van de kinematicagrafieken van de prothesedragers, kan men kort samengevat stellen dat het gezonde been, in vergelijking met de normale populatie, een min of meer normaal, doch minder vloeiend bewegingspatroon volgt. De opvallendste afwijkingen van het prothesebeen situeren zich vooral in de onderste gewrichten zoals de enkel, het 1ste MTP-gewricht, de mediale en laterale middenvoet. Deze vertalen zich meestal in kleinere bewegingsuitwijkingen, vooral in het sagittaal vlak waar zich normaal ook de grootste bewegingsamplitudes situeren (cf. onderstaande grafieken). De beweging in heup en knie lijken minder te lijden onder het dragen van een onderbeenprothese.

3 Vergelijking van de FLEXIE-EXTENSIE-hoeken tussen de prothesedragers en de normale populatie PROTHESEDRAGERS NORMAAL prothesevoet normale voet linkse voet

4 De bovenstaande resultaten zijn afkomstig van de 17 proefpersonen die met het Vicon-systeem opgenomen werden.. Dit aantal moest dan verder aangevuld worden met enkele bijkomende opnames met het CODA-systeem van het Mobilab Katholieke Hogeschool Kempen in Geel. Het was echter wachten op een tweede toestel dat noodzakelijk was om op een coherente manier, zonder problemen driedimensionale opnames te realiseren met dezelfde markeropstelling als bij het Vicon-systeem en zo vergelijkbare kinematische resultaten te bekomen. Het is namelijk de bedoeling, zoals in een vorig verslag reeds gesteld, de komende jaren op het huidig SIMKIN-project verder te bouwen en de hier gehanteerde meetmethodes op basis van het CODA-meetsysteem in het MOBILAB-centrum te Geel verder te gebruiken en te verfijnen. Dit is reeds het geval in het reeds lopend Dyanalab-project (IWT-Tetra). In dit verslag zijn de referentiekurven van de prothesedragers dus nog beperkt tot de 17 Vicon-mensen. De opnames van de bijkomende prothesedragers met het CODA-systeem zijn wel reeds gemaakt maar de resultaten ervan zijn nog niet in dit voortgangsverslag opgenomen. De verwerking van de CODA-data gebeurt met een andere verwerkingssoftware en daarmee zijn heden nog onverwacht problemen opgetreden. Het is echter de verwachting op de komende gebruikerscommissievergadering toch al resultaten van enkele personen te tonen. Deze zullen zowel met het Vicon- als het CODA-systeem opgenomen zijn, waardoor een eerste onderlinge vergelijking tussen de twee meetsystemen mogelijk wordt. De resultaten van de rest van de CODA-mensen zullen dan in het eindverslag te vinden zijn. Ook de resultaten van de dubbele contactfase, wegens synchronisatieproblemen niet afgeraakt, komen in het eindverslag Het was in dit project ook de bedoeling, indien mogelijk, ook mensen met spierdisfuncties op te nemen. Het blijkt echter niet mogelijk dit op een consistente manier te organiseren daar het heel moeilijk is, binnen het beperkte aanbod van de toeleverende ziekenhuizen, genoeg proefpersonen te vinden die eenzelfde functionele afwijking vertonen en die verder aan de gestelde inclusiecriteria voldoen. Daarom zal het slechts mogelijk zijn enkele cases voor te stellen, die dan eveneens in het eindverslag zullen opgenomen zijn. 2. Plantaire drukken van de voet Samen met de kinematica werden ook de finale referentiekurven voor de plantaire drukken opgesteld, zowel voor de normale populatie (appendix 3) als voor de prothesedragers (appendix 4). De positie van de drukgebieden (masking) op de prothesevoet was identiek aan die van de gezonde voet, doordat de masking van de gezonde voetgewoon gewoon op de kosmetische overtrek van de prothesevoet overgenomen werd. Ter vergelijking kunnen in de figuur hieronder de plantaire voetdrukken van een normale voet onderling vergeleken worden met die van prothese- en niet-

5 prothesevoeten. De schaal is voor de respectievelijke grafieken overal dezelfde zodat de kurven direct met elkaar vergelijkbaar zijn. Als men de normale voet met de prothesevoet vergelijkt, valt het op dat bij deze laatste, de drukken globaal lager liggen, vooral voor de hielregio en de hallux. Dit geldt ook voor de respectievelijke belastingssnelheden ( load ratios ). Ook valt het op dat de metatarsaalkoppen, en dus de voorvoet, bij het dragen van een prothese later in contact met de grond komen. De niet-prothesevoet is vergelijkbaar met de normale voet, alleen is de afrol van de hallux en hiel wat onregelmatiger. Normale voet (links) Prothesevoet Niet-prothesevoet

6 3. Statistische relatie tussen kinematica der onderste gewrichten en plantaire drukken. Het toevoegen van de derde cohorte aan de reeds bestaande populatie normalen (1 e en 2 e cohorte) verandert niets significant aan de reeds vroeger gepresenteerde regressieresultaten. Zoals verwacht produceren ook de prothesedragers geen waardevolle relatie tussen drukdata en kinematica. Het beperkte aantal proefpersonen (17) gekoppeld aan een relatief grote uitval door het feit dat de sets van kinematica èn voetdrukken van de prothesedragers, niet altijd samen volledig waren, maakten een betrouwbare regressieanalyse onmogelijk. Daarom werd gepoogd door het maken van scattergrams mogelijke trends te ontdekken. De belangrijkste scattergrams (dit zijn deze met een hoge Pearsoncorrelatiecoëfficiënt r >.94 en met een significantie p<.0.01) zijn in appendix 5 opgenomen. Maar de variabelen overlopend, is het ook hier, spijts de hoge correlatie, moeilijk enige consistentie te vinden. Dit alles leidt tot een verdere bevestiging van het reeds in het vorig verslag gestelde algemeen besluit dat het voorspellen van kinematische variabelen van de voet aan de hand van plantaire voetdrukken met behulp van statistische regressietechnieken, weliswaar hoge correlatiecoëfficiënten kan opleveren die echter te sporadisch of te inconsistent (afhankelijk van links-rechts-symmetrie of van al dan niet automatische maskingtechniek) uitvallen om bruikbaar te zijn voor het opstellen van bruikbare algoritmes in de Footscan-software. De hoop om dit toch te kunnen realiseren ligt bij het gebruik van artificiële neurale netwerken die blijkbaar beloftevoller zijn (zie verder). 4. Opstellen van een biomechanisch model ter simulatie van voetbewegingen. Deze laatste fase werd vooral gewijd aan het operationeel krijgen van het visuele feedback-systeem in een footscan -applicatie (zie figuur hieronder). Er is hierbij verder gegaan op het model dat geïntroduceerd werd in het vorige rapport. Er werd nu veel werk gestoken in het functioneel maken van de interface waarbij het mogelijk wordt quasi on-line na een meting, direct resultaten te laten zien. Gezien het beperkte aantal significante correlaties tussen kinematica en drukdata, kunnen alleen eerder rudimentaire verbeteringen in de op het biomechanisch model gebaseerde berekeningen, geïntroduceerd worden. Verdere verfijningen van de implementatie van de gevonden relaties tussen druk en kinematica in de Footscan-sofware blijven dus mogelijk. Hiervoor is de nodige

7 kennis binnen RSscan International nu wel aanwezig zodat een continue update van deze implementaties in de toekomst mogelijk blijft. Op de aankomende vergadering van der gebruikerscommissie zal er een uitgebreide demonstratie gegeven worden van de visuele interface en de directe mogelijkheid om skeletbewegingen na een drukmeting te tonen. Figuur 1: visuele feedback vormgegeven binnen de footscan software. 5.Verband tussen plantaire voetdrukken en voetkinematica door middel van artificiële neurale netwerkanalyses. In het vorig verslag werd reeds aangetoond dat de absolute flexie-extensie, en in mindere mate, de eversie-inversie van de hiel, vanuit de drukdata op de hiel met artificiële neurale netwerken goed te voorspellen waren. Dit was ook het geval voor het voorspellen van de beweging in het 1 ste MTPgewricht en van de beweging van de mediale middenvoet t.o.v. de hiel, vetrekkend vanuit de drukken op de hallux, de 1 e metatarsaalkop en de middenvoet. Tenslotte werd gepoogd het netwerk op een alternatieve wijze te gebruiken, nl. door Fouriergetransformeerden als variabelen te gebruiken. Van het verloop van de kinematica en de plantaire voetdrukken werden de Fouriergetransformeerde berekend. Vervolgens werden van de 5 belangrijkste

8 frequenties zowel de amplitude als de fase geselecteerd en in het netwerk gebruikt (cf. appendix 6). Wederom waren de absolute oriëntatie van de hiel, de relatieve beweging van de mediale middenvoet t.o.v. de hiel en de beweging in het 1 ste MTP-gewricht, de enige kinematische variabelen die het best door drukvariabelen voorspeld werden (zie tabel hieronder). De voorspellende drukvariabelen waren weer dezelfde als vroeger, nl. druk op de hiel, de hallux, de 1 ste metatarsaalkop en de mediale middenvoet. Doch de voorspellingscriteria (zijnde het procent van de geëvalueerde trials die gedurende meer dan 90% van de gangcyclus binnen 1 standaarddeviatie blijven) presteerden hier duidelijk minder dan wanneer de rechtsreekse waarden van de kinematica en de drukvariabelen gebruikt werden (in de tabel hieronder tussen haakjes geplaatst). Hiel Flexie/Extensie Inversie/Eversie Adductie/Abductie Laterale 45 (94) 34 (65) 32 (40) achtervoet Mediale achtervoet 46 (95) 36 (69) 41 (43) Mediale middenvoet t.o.v. de hiel Flexie/Extensie Inversie/Eversie Adductie/Abductie Hallux 43 (70) 25 (52) 23 (49) Mediale 44 (72) 34 (50) 35 (53) metatarsaal 1ste MTPgewricht Flexie/Extensie Inversie/Eversie Adductie/Abductie Hallux 43 (74) 34 (59) 20 (47) Mediale metatarsaal 45 (78) 23 (51) 29 (46)

9 MANAGEMENTVERSLAG - Meetinstrumentatie Het tweede CODA-toestel is ondertussen, weliswaar met de nodige vertraging, toch geleverd en operationeel gemaakt. Zoals in vorig verslag reeds gezegd, wordt het nu mogelijk in het Mobilab te Geel, een volwaardige driedimensionale ganganalyse uit te voeren op dezelfde wijze en met dezelfde markeropstelling als in dit project met het Viconsysteem uitgevoerd werd. Alleen zijn er op het laatste nog problemen gerezen met de software voor de verwerking van de CODA-data. Daarom zullen de CODA-resultaten pas in het eindverslag kunnen opgenomen worden. - Personeelsbeleid Er zijn geen specifieke problemen te melden. - Prestatietabel is terug te vinden in appendix 7

10 VALORISATIEVERSLAG - Op zaterdagnamiddag 29 maart organiseerde de Paramedische afdeling van Fontys University Applied Sciences in Eindhoven een symposium Podotherapie 25, jaar ten voeten uit In de sessie Is er toekomst voor Evidence Based Podotherapie was Louis Peeraer sessievoorzitter en gaf Bart Van Gheluwe een uitgenodigde voordracht, getiteld Bewegingsanalyse en drukmetingen; weten is meten. - Erkenning van het huidig SIMKIN-project binnenin het pas in februari opgestarte Leuven Medical Technology Center. - Niet direct zichtbaar, maar in het kader van de valorisatie op lange termijn toch van onschatbare waarde, is dat het huidig SIMKIN-project niet alleen aanleiding heeft gegeven tot het opstarten van nieuwe biomechanischorthopedische projecten, maar hiervoor tevens technische en wetenschappelijke know-how heeft aangeleverd. In deze context zijn de volgende lopende projecten te vermelden: Dynalab (Tetra-project) waar de optimalisatie van de uitlijning van prothesen onderzocht wordt Orthopedische ZorgInnovatie (een Europees Interreg-3-project) in samenwerking met het UZ van de Universiteit van Maastricht, waar het effect van verschillende functionele orthesen (correctiezolen) onderzocht wordt. Pieken in de Delta (PID), een initiatief van het Nederlands Ministerie van Economische Zaken tot ondersteuning van onderzoeksprojecten in verband met het opstellen van functiorele eindige-elementen-modellen van de interactie voet-orthese. Mobilab van het Katholieke Hogeschool Kempen is hier de enige Vlaamse partner.

11 APPENDICES APPENDIX 1. Referentiekurven van de kinematica voor de normale proefpopulatie. APPENDIX 2. Referentiekurven van de kinematica voor de proefpopulatie van prothesedragers. APPENDIX 3. Referentiekurven van de plantaire drukkurven voor de normale proefpopulatie. APPENDIX 4. Referentiekurven van de plantaire drukkurven voor de proefpopulatie van prothesedragers. APPENDIX 5. Voorstelling van de belangrijkste correlaties tussen kinematica en drukdata bij de prothesedragers APPENDIX 6. Rapport over de alternatieve toepassing van artificiële neurale netwerken op van voetkinematica en drukvariabelen door middel van Fouriergetransformeerden APPENDIX 7. Prestatietabel van de werkzaamheden in de maand november 2007 tot maart 2008.