An assistance system has been developed for the purpuse of supporting the surgeon during the repositioning phase of intramedullary nailing of femural shaft fractures. As a basic principle the high forces generated by femural muscles and ligaments are taken by a linear sledge and a threaded rod. In order to move bone fragments directly Schanz screws are used as bone-machine interface. Two more Schanz screws are used for fine tuning orientation and position of the fragments according to the well known Joystick technique. The screws are fixed to two articulated arms, one passive and one fully robotic with manipulator. Thanks to the serial kinematic configuration of the system only minmal space of the surgeons working area gets occupied. Running a realtime operating system, the central control unit consits could be implemented as an embedded system comprising of a ARM Cortex-M0 microcontroller at it’s heart. This enables realtime computation and motor control of each joints value of the robotic arm using inverse kinematics. As inverse kinematics solver the iterative FABRIK algorithm was chosen. Serving as innovative and single user interface for the surgeon an optical force-torque sensor is used. The robotic arm always follows the surgeons motion when interacting with the sensor. Using the proposed demonstrator system a positioning resulution of <0,1mm could be accomplished. Thus by using the proposed solution during intramedullary nailing of femural shaft fractures a tremendous gain in positioning precision of bone fragments can be achieved. Furthermore a massive reduction of x-ray exposition of the surgeon is possible when applying the proposed approach. Also this approach enables the chance of cost reduction of femural fracture therapy due to reduction of needed time and staff.

Die Arbeit stellt die Frage nach den Effekten einer tertiären Präventionsmaßnahme in Bezug auf Schmerzbewältigung und Schmerzveränderung bei chronischen Lumbalgiepatienten. Im Rahmen der Überprüfung werden ausdifferenzierte psychophysische Interventionsmaßnahmen aus den Bereichen der Physiotherapie/Krankengymnastik und Psychologie eingesetzt. Die Gruppenunterteilung erfolgt in eine behandelte Versuchsgruppe und eine unbehandelte Warte-Kontrollgruppe mit jeweils 100 Probanden (N=200). Die Ergebnisse der tertiären Präventionsmaßnahme zeigen statistisch und klinisch relevante sowie positive Veränderungen in den Bereichen der Schmerzbewältigung und Schmerzveränderung.

Die Wirbelsäule als tragende Säule des menschlichen Körpers ist bei vielen Bewegungsabläufen hohen Belastungen ausgesetzt. Fehl- und Überbelastungen rufen dabei oft dauerhafte Schädigungen hervor. Daher ist es von Interesse, die innerhalb der Wirbelsäule auftretenden Belastungen zu bestimmen. Eine moderne und zuverlässige Methode zur Belastungsbestimmung ist der Aufbau eines Berechnungsmodells. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Mehr-Körper-System (MKS) Modell der Lendenwirbelsäule erstellt. Mit Hilfe des Modells können sowohl die übertragenen Kräfte und Momente in allen inneren Strukturen berechnet als auch die Kinematik des Bewegungsablaufs simuliert werden. Die Grundstruktur des Modells bilden die als Starrkörper angenommenen knöchernen Strukturen der fünf Lendenwirbel L1 bis L5, des Os Sacrums und des Os iliums, die über die Segmentierung eines CT-Datensatzes des Abgusses der Wirbeloberflächen eines durchschnittlich großen Europäers gewonnen wurden. Die elastischen Elemente der Wirbelsäule wurden unter Berücksichtigung ihrer physikalischen Eigenschaften in das Modell implementiert. Grundlage für die Modellierung der Zwischenwirbelscheiben waren dabei eigens durchgeführte experimentelle Messungen. Das charakteristische Kraft-Deformations-Verhalten der Ligamente wurde der Literatur entnommen. Die Umsetzung im Computermodell berücksichtigt neben dem physikalischen Verhalten eines einzelnen Ligamentes zusätzlich durch einen Gewichtungsfaktor das Zusammenspiel aller Ligamente im komplex aufgebauten Ligamentapparat. Die Facettengelenke wurden durch Kontaktmodellierung in den Knorpelschichten realisiert. Daneben wurde ein Modell eines Implantatsystems entwickelt, das zur dynamischen Stabilisierung der Lendenwirbelsäule genutzt wird. Die Validierung der erstellten Modelle erfolgte über den Vergleich mit In-Vitro erhobenen Daten. Betrachtet wurden neben der intakten Wirbelsäule zudem degenerative Schädigungen der Zwischenwirbelscheibe und deren operative Versorgung durch Nukleotomie und dynamische Stabilisierung. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen dabei eine sehr gute Näherung an die experimentell ermittelten Messwerte. Durch Anwendung der Computermodelle konnten die Auswirkungen verschiedener operativer Eingriffe, wie Interlaminotomie, Hemilaminektomie und Laminektomie auf die unterschiedlichen Strukturen der Lendenwirbelsäule berechnet werden. Ein weiteres Anwendungsgebiet lag in der Untersuchung des momentanen Drehzentrums. Neben der Bestimmung der Drehpunktbahn bei intakter Wirbelsäule konnten die Effekte einer degenerativ geschädigten und operativ versorgten Zwischenwirbelscheibe auf den Verlauf des momentanen Drehzentrums berechnet und simuliert werden.