The biplanar bicycle is an experimental vehicle configuration that has been the focus of recent autonomous vehicle research at Virginia Tech. Although the vehicle can be advantageous due to its zero-radius turning and ability to traverse discontinuous terrain, one key disadvantage of the configuration is that it lacks a stable reference frame from which observations of the surroundings can be based. A solution to this problem is presented here in the form of actuators designed to actively control the oscillations of a reference frame. The orientation of a camera attached to a mast extended above the vehicle is specifically considered. Autonomous operation of the vehicle could utilize image processing to navigate, but the camera must maintain a fixed orientation for the data to be valid. The work presented examines not only the regulation of the reference frame, but also the effects of such regulation on the velocity response of the vehicle. Practical considerations such as sensors, actuators, cost, and complexity are addressed. Although this work is centered around the biplanar bicycle, similar approaches can be extended to orientation of an arbitrary body in space. / Master of Science

A graph is planar if it can be drawn on a piece of paper such that no two edges cross. The smallest complete and complete bipartite graphs that are not planar are K5 and K{3,3}. A biplanar graph is a graph whose edges can be colored using red and blue such that the red edges induce a planar subgraph and the blue edges induce a planar subgraph. In this thesis, we determine the smallest complete and complete bipartite graphs that are not biplanar.

The one- and two-sided bipartite graph drawing problem alms to find a layout of a bipartite graph, with vertices of the two parts placed on parallel imaginary lines, that has the minimum number of edge-crossings. Vertices of one part are in fixed positions for the one-sided problem, whereas all vertices are free to move along their lines in the two-sided version. Many different heuristics exist for finding approximations to these problems, which are NP-hard. New sequential and parallel methods for producing drawings with low edgecrossings are investigated and compared to existing algorithms, notably Penalty Minimisation and Sifting, the current leaders. For the one-sided problem, new methods that include those based on simple stochastic hillclimbing, simulated annealing and genet.ic algorithms were tested. The new block-crossover genetic algorithm produced very good results with lower crossings than existing methods, although it tended to be slower. However, time was a secondary aim, the priority being to achieve low numbers of crossings. This algorithm can also be seeded with the output of an existing algorithm to improve results; combining with Penalty Minimisation in this way improved both the speed and number of crossings. Four parallel methods for the one-sided problem have been created, although two were abandoned because they gave bad results for even simple graphs. The other two methods, based on stochastic hill-climbing, produced acceptable results in faster times than similar sequential methods. PVM was used as the parallel communication system. Two new heuristics were studied for the two-sided problem, for which the only known existing method is to apply one-sided algorithms iteratively. The first is based on a heuristic for the linear arrangment problem; the second is a method of performing stochastic hill-climbing on two sides. A way of applying anyone-sided algorithm iteratively was also created. The linear arrangement method based on the Koren-Harel multi-scale algorithm achieved the best results, outperforming iterative Barycentre (previously the best method) and iterative Penalty Minimisation. Another area of this work created three new heuristics for the k-planar drawing problem where k > 1. These are the first known practical algorithms to solve this problem. A sequential genetic algorithm based on TimGA is devised to work on k-planar graphs. Two parallel algorithms, one island model and the other a 'mesh' model, are also given. Comparison of results for k = 2 indicate that the parallel island method is better than the other two methods. MPI was used for the parallel communication. Overall, 14 new methods are introduced, of which 10 were developed into working algorithms. For the one-sided bipartite graph drawing problem the new block-crossover genetic algorithm can produce drawings with lower crossings than the current best available algorithms. The parallel methods do not perform as well as the sequential ones, although they generally achieved the same results faster. All of the new two-sided methods worked well; the weighted two-sided swap stochastic hill-climbing method was comparable to the existing best method, iterative Barycentre, and generally produced drawings with lower crossings, although it suffered with needing a good termination condition. The new methods based on the linear arrangement problem consistently produced drawings with lower crossings than iterative Barycentre, although they were nearly always slower. A new parallel algorithm for the k-planar drawing problem, based on the island model, generally created drawings with the lowest edge-crossings, although no algorithms were known to exist to make comparisons.

Målet med projektet var att undersöka ifall Siemens ARTIS Pheno hade fördelar jämfört med likvärdig utrustning såsom G-båge och C-arm och undersöka om ARTIS Pheno kan tillämpas inom andra områden än enbart rygg-, bäcken-och neurokirurgi. Resultatet ifrån rapporten visar att ARTIS Pheno kan med fördel användas inom andra områden, såsom traumaortopedi. Metoden för projektet var litteraturstudier, en intervju och undersökningar kring ARTIS Pheno, G-båge och C-arm. Litteraturstudiernas innehåll samt resultat sammanställdes i tabeller. På grund av bristen på artiklar kring ARTIS Pheno vidgades sökningarna till artiklar med liknande utrustning. En jämförelse mellan ARTIS Pheno, G-båge och C-arm gjordes för att se vilka för-och nackdelar ARTIS Pheno hade gentemot de andra och en praktisk mätning av ARTIS Pheno utfördes på Karolinska Universitets Sjukhuset Huddinge. Resultatet visade att majoriteten av artiklarna, 70%, talade för att användandet av en mer avancerad röntgenutrustning, ARTISPheno, inom traumaortopedi. Jämförelsen mellan ARTIS Pheno, G-båge och C-arm visade att ARTIS Pheno är dyrare men har mer fördelar och är bättre rustad än både G-bågen och C-armen. Mätningarna med ARTIS Pheno visar tydligt att det blir en bättre och tydligare bild på frakturen som kommer att hjälpa kirurgen i att utföra ett korrektare och säkrare ingrepp. Slutsatsen är att användandet av ARTIS Pheno vid traumaortopedi, kommer att hjälpa kirurgen att utföra ett mer korrekt och säkrare ingrepp vid komplexa frakturer. Vid Karolinska Universitetssjukhuset Huddinge skulle en installation och nyttjandet av ARTIS Pheno vid traumaortopedi medföra fördelar dock, vid en mindre vårdinrättning skulle det inte vara ekonomiskt hållbart. / The aim of the project was to investigate whether ARTIS Pheno had benefits compared with equivalent equipment such as the G-arch and C-arm and to investigate whether ARTIS Pheno can be applied in other fields of surgery than spinal-, pelvic-and neurosurgery. The results of the report showed that ARTIS Pheno can be used in other areas, such as trauma orthopedics. The method for the project was literaturestudies, an interview and to review ARTIS Pheno, G-arch and C-arm. The content and the results from the literature studies were compiledin charts. Due to the lack of articles regarding ARTIS Pheno the search was enlarged to articles with comparable devices. A comparison between ARTIS Pheno, G-arch and C-arm was created to see the pros and cons of ARTIS  Pheno compared to the other equipment. A practical measurement of ARTIS Pheno was performed at Karolinska University Hospital Huddinge. The results of the articles showed that the majority, 70%, favored a more advanced X-ray equipment, ARTIS Pheno, in trauma orthopedics. The comparison between ARTIS Pheno, G-arch and C-arm showed that ARTIS Pheno is more expensive but has more advantages and is better equipped for complex fractures, compared to both the G-arch and the C-arm. Measurements with ARTIS Pheno clearly show that there will be a better and clearer picture of fractures which will help the surgeon to carry out a more correct and safe operation. The conclusion is that using ARTIS Pheno in trauma orthopedics, will help the surgeon to perform a more accurate and safe procedure in complex fractures. To install and use ARTIS Pheno within trauma orthopedics at Karolinska University Hospital, would induce benefits, however, it would not be economically sustainable in smaller healthcare facilities.

Pour comprendre et diagnostiquer les pathologies qui affectent l’organisation spatialede notre squelette, il est essentiel d’aborder ces problématiques en 3D. Le CT-Scan et l’IRMsont des modalités d’imagerie couramment utilisées en milieu clinique pour étudier en 3D notresystème musculosquelettique. La plupart de ces systèmes d’imagerie proposent une acquisitioncouchée sur laquelle les effets gravitaires ne sont pas pris en compte. Le CT-Scan est unemodalité particulièrement irradiante et l’IRM est plus spécifiquement dédiée à l’étude des tissusmous. Le système EOS permet de reconstruire en 3D les os à partir d’une paire deradiographies biplanes à faible dose d’irradiation. En plus, le système EOS propose uneacquisition en position debout, prenant en compte les effets gravitaires. Cette thèse contribue àl’amélioration des méthodes de reconstruction 3D des membres inférieurs à partir des radiosbiplanes. Dans le cadre de thèse on a proposé et évalué : 1) Une méthode de reconstruction3D des membres inférieurs s’appuyant sur des modèles paramétrés et des inférencesstatistiques. 2) Une méthode d’auto-amélioration de la reconstruction 3D des membresinférieurs en utilisant du traitement d’images local et le recalcul d’inférences statistiques. 3)Enfin, des méthodes utilisant des critères de similarité d’images et des critères morphologiquespour détecter de manière automatique le côté médial et latéral du fémur et du tibia. Le but estd’éviter l’inversion par l’opérateur de condyles fémoraux et plateaux tibiaux, affectant la valeurdes paramètres cliniques, surtout les torsions. La méthode de reconstruction proposée dans lecadre de cette thèse est intégrée dans le logiciel sterEOS® et utilisée dans une soixantained’hôpitaux au monde. Les méthodes développées dans le cadre de cette thèse ont permis deprogresser vers la reconstruction semi-automatisée, précise et robuste du membre inférieur / For a better understanding and diagnosis of the pathologies affecting the spatialorganization of our skeleton it is necessary to address them in 3D. CT-Scan and MRI areimaging modalities commonly used to study the musculoskeletal system in 3D. Moreover,patients are recorded in reclining position thus gravity effect can’t be taken into account.Furthermore, CT-Scan exposes patient to high radiation doses and MRI is used mostly tocharacterize soft tissues. With the EOS system, from a pair of low dose biplanar radiographs wecan reconstruct bones in 3D, and the radiographs are recorded in standing position thus gravityeffects are considered. This thesis contributes to the improvement of the 3D reconstructionmethods of lower limbs from biplanar radiographs. In this thesis we have proposed andevaluated: 1) A 3D reconstruction method of the lower limbs based on parametric models andstatistical inferences. 2) A method for the auto-improvement of the 3D reconstruction of thelower limbs. This method combines image processing and the recalculation of the statisticalinferences. 3) Finally, methods based on similarity measures and shape criteria were used todetect automatically the medial and lateral side of the femur and tibia. The aim of thesemethods is to avoid the inversion of the femoral and tibial condyles in biplanar radiographs.These inversions have an impact in the calculation of clinical measurements, particularly thetorsional ones. The reconstruction method proposed in this thesis is already integrated withinthe sterEOS® software, available in 60 hospitals around the world. The methods developed inthis thesis have led us to a semi-automatic, accurate and robust reconstruction of lower limbs.

Les modèles humains numériques sont devenus des outils indispensables à l’étude de la posture est du mouvement dans de nombreux domaines de la biomécanique visant des applications en ergonomie ou pour la clinique. Ces modèles intègrent une représentation géométrique de la surface du corps et un squelette filaire interne composé de segments rigides et d’articulations assurant leur mise en mouvement. La personnalisation des mannequins s'effectue d’abord sur les dimensions anthropométriques externes, servant ensuite de données d’entrée à l’ajustement des longueurs des segments du squelette en interne. Si les données externes sont de plus en plus facilement mesurables à l’aide des outils de scanning 3D actuels, l’enjeu scientifique est de pouvoir prédire des points caractéristiques du squelette en interne à partir de données uniquement externes. L’Institut de Biomécanique Humaine Georges Charpak (Arts et Métiers ParisTech) a développé des méthodes de reconstruction des os et de l’enveloppe externe à partir de radiographies biplanes obtenues avec le système basse dose EOS. En s’appuyant sur cette technologie, ces travaux ont permis de proposer de nouvelles relations statistiques externes-internes pour prédire des points du squelette longitudinal, en particulier l’ensemble des centres articulaires du rachis, à partir d’une base de données de 80 sujets. L'application de ce travail pourrait permettre d’améliorer le réalisme des modèles numériques actuels en vue de mener des analyses biomécaniques, principalement en ergonomie, nécessitant des informations dépendant de la position des articulations comme les mesures d’amplitude de mouvement et de charges articulaires / Digital human models have become instrumental tools in the analysis of posture and motion in many areas of biomechanics, including ergonomics and clinical settings. These models include a geometric representation of the body surface and an internal linkage composed of rigid segments and joints allowing simulation of human movement. The customization of human models first starts with the adjustment of external anthropometric dimensions, which are then used as input data to the adjustment of internal skeletal segments lengths. While the external data points are more readily measurable using current 3D scanning tools, the scientific challenge is to predict the characteristic points of the internal skeleton from external data only. The Institut de Biomécanique Humaine Georges Charpak (Arts et Métiers ParisTech) has developed 3D reconstruction methods of bone and external envelope from biplanar radiographs obtained from the EOS system (EOS Imaging, Paris), a low radiation dose technology. Using this technology, this work allowed proposing new external-internal statistical relationships to predict points of the longitudinal skeleton, particularly the complete set of spine joint centers, from a database of 80 subjects. The implementation of this work could improve the realism of current digital human models used for biomechanical analysis requiring information of joint center location, such as the estimation of range of motion and joint loading

6 Zusammenfassung Sabrina Thomeczek Fluoreszenzkinematographische Untersuchungen des Einflusses verschiedener Beschlagmodifikationen auf die Ausrichtung der Zehengelenke des Ponys in Bewegung Veterinär-Anatomisches Institut, Veterinärmedizinischen Fakultät, Universität Leipzig Eingereicht im Oktober 2019 (113 Seiten, 19 Abbildungen, 61 Tabellen, 205 Literaturangaben, 97 Seiten Anhang) Schlüsselwörter: Beschlagmodifikationen, biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie, Scientific Rotoscoping, Zehenknochenausrichtung, Pferd, Böden Einleitung: Die häufigsten Erkrankungen des Sportpferdes, die zu aufwendigen Behandlungen und zum Ausscheiden aus dem Sport führen, betreffen den Bewegungsapparat und hier besonders die distale Gliedmaße des Pferdes. Die Hufgesundheit spielt dementsprechend eine eminente Rolle für das Wohlbefinden des Pferdes. Die Hufbearbeitung und der Hufbeschlag haben einen großen Einfluss auf die Lahmfreiheit. Die Hufschmiede ist ein traditionelles Handwerk, das sich enorm weiterentwickelt hat, sodass heutzutage eine Vielzahl von Beschlagmodifikationen auf dem Markt ist. Allerdings mangelt es an wissenschaftlicher Evidenz für den gezielten und erfolgreichen Einsatz dieser Beschläge. Bisherige Studien führten Röntgenuntersuchungen oder kinematische Untersuchungen mithilfe optoelektronischer Systeme und Infrarot-Markern durch. Die biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie ermöglicht die Erstellung von Röntgenvideos, anhand derer die Zehenknochenausrichtung über einen gewissen Zeitraum auswertbar ist. Durch die Rekonstruktion der Bewegung mittels Scientific Rotoscoping ist dieses Verfahren nicht-invasiv und hat eine hohe Genauigkeit. Vorhandene Erkenntnisse über Hufbeschläge beziehen sich meist auf statische Daten, sind aufgrund der Verschieblichkeit von Hautmarkern ungenau oder durch Implantation von Knochenmarkern invasiv. Außerdem wurde meist ein einziger Beschlag ausgewertet und der gleichzeitige Einfluss verschiedener Bodenbeschaffenheiten vernachlässigt. Ziele der Untersuchung: Diese Studie widmete sich der Evaluierung einer Auswahl von Beschlagmodifikationen auf festem und weichem Boden. Mithilfe der biplanaren Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie konnte der Einfluss der Beschlagmodifikationen auf die Pferdegliedmaße in Bewegung über den Verlauf eines Schrittes dargestellt und ausgewertet werden. Tiere, Material und Methoden: Für die Erstellung der biplanaren Röntgenvideos wurden zwei dreijährige Stuten der Rasse Deutsches Classic Pony und ein sechsjähriger Wallach der Rasse Welsh Pony über eine erhöhte Laufbahn geführt. Jedes Tier machte zwei standardisierte geführte Schritte durch den Untersuchungsbereich, während der jeweilige Beschlag an der rechten Vordergliedmaße angebracht war. Von jedem Pony wurde ein Schritt barhuf, mit Standardhufeisen, mit Eiereisen und mit zehenoffenem Eisen sowohl auf festem, als auch auf weichem Boden ausgewertet. Das Trachten- und das Seitenkeileisen wurden lediglich auf festem, das Eisen mit verbreiterter Zehe und das Breitschenkeleisen lediglich auf weichem Boden ausgewertet. Der feste Boden wurde mittels eines Holzbrettes, der weiche Boden durch eine mit Einstreu-Späne gefüllte Cast-Wanne simuliert. Beide Bodensimulationen schlossen plan mit der übrigen Laufbahn ab, sodass keine Stufen entstanden. Die dreidimensionale Rekonstruktion jedes Schrittes am Computer erfolgte per Scientific Rotoscoping mithilfe von Knochenmodellen, welche für jedes Pony aus computertomographischen Daten erstellt wurden. Der ausgewertete Bereich der Schritte begann beim Initialkontakt und endete beim Abheben der Trachten. Der Schritt wurde weiterhin prozentual in das Auffußen (0 20%), die Hauptstützbeinphase (20-80%), die Mitte der Hauptstützbeinphase (Mittelpunkt der Hauptstützbeinphase ± 10%) und das Abfußen (80-100%) unterteilt. Der Mittelpunkt der Hauptstützbeinphase stellte den Zeitpunkt dar, zu welchem die kontralaterale Gliedmaße durchschwingt und sich beide Gliedmaßen maximal überlagerten. Für die Auswertung der Daten diente der erste animierte Frame jeder Barhuf-Aufnahme auf festem Boden als Referenzposition für das jeweilige Pony. Die ausgewerteten Winkel der Zehengelenke wurden folglich relativ zu dieser angegeben. Nachfolgend wurden die Bewegungsumfänge der Interphalangealgelenke und die Durchschnittswinkel in den einzelnen Schrittphasen für jede Achse bestimmt. Ergebnisse: Die Bewegungsumfänge der Interphalangealgelenke zeigten starke individuelle Variabilität. Hufeisen mit modifizierter lastaufnehmender Oberfläche innerhalb der Hufsilhouette haben sowohl auf festem, als auch auf weichem Boden einen Einfluss auf die Bewegungsumfänge der Zehengelenke. In der Situation barhuf sind die Interphalangealgelenke des Pferdes auf weichem Boden durch Einsinken des Hufes während der Stützbeinphase mehr gebeugt, als auf festem Boden. Der Beschlag mit einem Standardhufeisen führt weder zu einer vermehrten Flexion im Hufgelenk, noch zu einer vermehrten Extension im Krongelenk. Allerdings wurde mit dem Standardhufeisen im Hufgelenk deutlich weniger, im Krongelenk deutlich mehr Rotation beobachtet. Aufgrund sehr uneinheitlicher Ergebnisse kann keine eindeutige Aussage über den Einfluss des Eiereisens getroffen werden. Das Eiereisen führte weder zu einer ausgeprägteren Extension des Hufgelenks auf festem, noch zu einer verstärkten Flexion der Zehengelenke auf weichem Boden. Auch während des Abfußens war das Hufgelenk auf weichem Boden nicht vermehrt gebeugt. Das zehenoffene Eisen führt sowohl auf festem, als auch auf weichem Boden zu einem früher einsetzenden Abrollen des Hufes. Trotzdem zeigte sich keine geringere Extension des Hufgelenks während des Abfußens. In der Mitte der Hauptstützbeinphase war das Hufgelenk unter Einfluss des zehenoffenen Eisens auf weichem Boden mehr gebeugt, als mit dem Standardbeschlag. Das Trachtenkeileisen bedingte keine vermehrte Beugung der Interphalangealgelenke während der Hauptstützbeinphase. Das Eisen mit verbreiterter Zehe führte auf weichem Boden lediglich während des Abfußens zu einer vermehrten Extension im Hufgelenk. Das Seitenkeileisen bedingte eine verstärkte Abduktion und Flexion im Krongelenk, während es im Hufgelenk zu keinen Unterschieden kam. Beim Auffußen konnte mit dem Seitenkeileisen keine vermehrte Instabilität beobachtet werden. Mit dem Breitschenkeleisen kam es nur im Krongelenk zu einer ausgeprägteren Abduktion auf weichem Boden. Schlussfolgerungen: Die biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie ermöglicht erstmals eine präzise und nicht-invasive Evaluierung von Knochenbewegungen an der distalen Gliedmaße des Pferdes und erlaubt eine Visualisierung der Einflüsse von Hufbeschlägen in Bewegung. Sämtliche Beschlagmodifikationen wirken sich auf die Zehengelenke des Pferdes aus, obwohl einige bisherige Annahmen nicht bestätigt werden konnten. Außerdem spielt die Bodenbeschaffenheit eine große Rolle für den Nutzen dieser Beschlagmodifikationen. Die Individualität der Tiere und ihr Einfluss auf die Ergebnisse stellten sich in jeder Beschlagsituation eindrucksvoll dar. Viele Beschlagmodifikationen zeigten ihre Auswirkungen besonders im Krongelenk. Daraus wird geschlossen, dass das Krongelenk eine sehr viel wichtigere Rolle bei der Kompensation veränderter Fußung spielt, als bisher angenommen. Gleichzeitig scheint die Hufkapsel durch ihre Flexibilität enorme kompensatorische Eigenschaften innezuhaben. Es sind dringend mehr Studien über die Biomechanik der Pferdegliedmaße, den Einfluss von Beschlagmodifikationen und deren Nutzen auf unterschiedlichen Böden von Nöten.:Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis I Abbildungsverzeichnis IV Tabellenverzeichnis XII 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Die distale Gliedmaße des Pferdes 3 2.1.1 Anatomische Grundlagen 3 2.1.2 Biomechanik der distalen Gliedmaße des Pferdes 9 2.2 Der Hufbeschlag 12 2.2.1 Grundlagen 12 2.2.2 Anwendung von Beschlagmodifikationen zur Behandlung von orthopädischen Erkrankungen der distalen Pferdegliedmaße und wissenschaftliche Evidenz dafür 15 2.2.3 Anwendung und wissenschaftliche Evidenz für die Effekte ausgewählter Beschlagmodifikationen 18 2.3 Untersuchungsverfahren und Bewegungsanalysen zur Evaluierung von Beschlägen bei Pferden 25 2.3.1 Röntgenologische Darstellung der distalen Pferdegliedmaße 25 2.3.2 Kinematische Messungen 27 2.3.3 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie 28 2.4 Hypothesen 34 3 Tiere, Material und Methoden 35 3.1 Tiere 35 3.1.1 Pferde 35 3.2 Untersuchungsmaterial 36 3.2.1 Hufeisen 36 3.2.2 Hufzubereitung und Beschlag 36 3.3 Untersuchungsaufbau und Erstellung der Aufnahmen 37 3.3.1 Computertomographie 37 3.3.2 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie 37 3.4 Auswertung der Aufnahmen 40 3.4.1 Erstellung von Knochenmodellen anhand computertomographischer Aufnahmen 40 3.4.2 Videobearbeitung 40 3.4.3 Bildbearbeitung 40 3.4.4 Entzerrung der Aufnahmen 41 3.4.5 Kalibration der Kameraanordnung 42 3.4.6 Animation der Knochenmodelle anhand der Röntgenaufnahmen 42 3.4.7 Achsen- und Winkelberechnung 46 3.5 Analysierte Parameter 48 4 Untersuchungsergebnisse 49 4.1 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographische Aufnahmen 49 4.2 Bewegungsumfang (Range of Motion, ROM) und Winkel der Zehengelenke barhuf 51 4.2.1 Fester Boden 51 4.2.2 Weicher Boden 53 4.2.3 Vergleich zwischen festem und weichem Boden 55 4.3 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke mit Standardhufeisen im Vergleich zu den Barhufaufnahmen 58 4.3.1 Fester Boden 58 4.3.2 Weicher Boden 60 4.3.3 Vergleich der Bewegung mit einem Standardbeschlag zwischen festem und weichem Boden 61 4.4 Bewegungsspielraum und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit einem Eiereisen im Vergleich zum Standardhufeisen 64 4.4.1 Fester Boden 64 4.4.2 Weicher Boden 65 4.4.3 Vergleich zwischen festem und weichem Boden 67 4.5 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke beschlagen mit dem zehenoffenen Eisen im Vergleich zum Standardhufeisen 70 4.5.1 Fester Boden 70 4.5.2 Weicher Boden 71 4.5.3 Vergleich zwischen festem und weichem Boden 73 4.6 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit einem Trachtenkeileisen im Vergleich zum Standardhufeisen 76 4.6.1 Fester Boden 76 4.7 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit einem Seitenkeileisen im Vergleich zum Standardhufeisen 77 4.7.1 Fester Boden 77 4.8 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit dem Eisen mit verbreiterter Zehe im Vergleich zum Standardhufeisen 81 4.8.1 Weicher Boden 81 4.9 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit einem Breitschenkeleisen im Vergleich zum Standardhufeisen 83 4.9.1 Weicher Boden 83 5 Diskussion 86 5.1 Methoden 86 5.1.1 Tiermaterial 86 5.1.2 Hufzubereitung und Beschlag 86 5.1.3 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie 87 5.1.4 Simulation verschiedener Bodenbeschaffenheiten 88 5.1.5 Erstellung von Knochenmodellen 88 5.1.6 Bildbearbeitung 88 5.1.7 Animation der Knochenmodelle 89 5.1.8 Koordinatensysteme 90 5.2 Diskussion der Untersuchungsergebnisse 91 5.2.1 Bewegungsumfänge der Interphalangealgelenke 91 5.2.2 Bewegungsmuster der Interphalangealgelenke im Schritt 92 5.2.3 Einfluss des Standardbeschlags auf die Interphalangealgelenke 96 5.2.4 Einfluss spezifischer Beschlagmodifikationen auf die Interphalangealgelenke 97 5.3 Ausblick 109 6 Zusammenfassung 110 7 Summary 112 8 Literaturverzeichnis 114 9 Anhang 124 Danksagung 221 / 7 Summary Sabrina Thomeczek Investigation of the influence of different horseshoe modifications on the interphalangeal joint alignment in the moving pony using fluoroscopic kinematography Institute of Anatomy, Histology and Embryology, Faculty of Veterinary Medicine, University of Leipzig Submitted in October 2019 (113 pages, 19 figures, 61 tables, 205 references, 97 appendices) Keywords: horseshoe-modifications, biplanar high-speed fluoroscopic kinematography, scientific rotoscoping, phalangeal alignment, horse, ground conditions Introduction: The most common diseases which lead to expansive treatment and often early retirement of a sport horse, affect the musculoskeletal system and herein especially the distal limb. Accordingly, hoof health plays an eminent role in equine well-being. Hoof trimming and horseshoeing have great influence on the soundness of the horse. Farriery is a traditional craft, which has undergone tremendous evolution leading to myriad horseshoe modifications on the market today, however there is a lack of scientific evidence for the targeted and successful use of these horseshoe modifications. Existing studies perform X-Ray- or kinematic examinations using optoelectronic systems and infrared-markers. The biplanar high-speed fluoroscopic kinematography used in this study facilitates the generation of X-Ray-videos, by means of which the interphalangeal joint alignment can be evaluated over a period of time. Due to reconstruction of the movement using Scientific Rotoscoping, this technology is non-invasive and highly accurate. Existing findings on horseshoe modifications mostly refer to static data, are inaccurate due to the mobility of skin markers or are invasive due to implantation of bone markers. Additionally, most studies evaluated only one type of horseshoe and neglected the simultanous influence of different ground conditions altogether. Aims of the study: This study was dedicated to the evaluation of a range of horseshoe modifications on both, firm and soft ground. Using biplanar high-speed fluoroscopic kinematography, the influence of the horseshoe modifications on the moving equine limb during one step were visualized and evaluated. Animals, Material and Methods: For the generation of the biplanar X-Ray-videos, two two-year-old German Classic Pony mares and one six-year-old Welsh Pony gelding were led across a an elevated runway. Each Pony made two standardized guided steps through the examination area, while wearing the respective horseshoe on the right forelimb. For each pony one stride barefoot, wearing the standard horseshoe, the eggbar horseshoe and the open-toe horseshoe were evaluated both on firm and soft ground. Heel- and side-wedges were evaluated only on firm ground, while the wide-toe horseshoe and the wide branch horseshoe were only evaluated on soft ground. The firm ground was represented by a wooden board, the soft ground was simulated by a cast-tub filled with litter shavings. Both ground simulations connected flush with the rest of the runway, so that no steps were created. The three-dimensional digital reconstruction of every stride was performed using Scientific Rotoscoping and bone models, which were created from computed tomographic data for each of the ponies. The evaluated part of the stride began at initial contact (0%) and ended with heel-off (100%). Furthermore, the strides were subdivided into landing of the hoof (0-20%), main bearing phase (20-80%), centre of the bearing phase (middle point of the bearing phase ± 10%) and breakover (80-100%). The middle point of the bearing phase was defined as the point in time at which the contralateral limb swung through and the two limbs superimposed maximally. For data evaluation the first animated frame of every barefoot recording on firm ground served as the reference position for the respective pony. Accordingly, the interphalangeal joint angles were stated relative to the reference position. Subsequently, the ranges of motion of the interphalangeal joint and the mean angles during each stride phase were determined. Results: The ranges of motion of the interphalangeal joints showed strong individual variability. Horseshoes with a modified load-bearing surface within in the hoof silhouette have an impact on the ranges of motion on both firm and soft ground. In the barefoot situation the interphalangeal joint are flexed more during stance phase than on firm ground, because of the hoof’s ability to sink into the ground. The standard horseshoe led neither to an increased flexion on the coffin joint, nor to an increased extension in the pastern joint. However, with the standard horseshoe distinctly less rotation could be observed in the coffin joint, while more rotation was seen in the pastern joint. Due to inconsistent results, no explicit statement can be made about the eggbar shoe. On firm ground the eggbar shoe did not lead to a more pronounced extension of the coffin joint and on soft ground no increased flexion of the interphalangeal joints could be noticed. Additionally, the coffin joint showed no increased flexion during breakover on soft ground. The open-toe shoe led to an earlier onset of breakover on both firm and soft ground. Nonetheless there was no decreased extension in the coffin joint during breakover. With the open-toe shoe the coffin joint was more flexed in the centre of the bearing phase on soft ground, than with the standard horseshoe. Heel-wedges did not lead to more flexion in both interphalangeal joints during the stance phase on firm ground. The wide-toe shoe led to an increased extension in the coffin joint only during landing on soft ground. The side-wedge induced an increased abduction and flexion in the pastern joint, while the coffin joint showed no difference compared with the standard horseshoe. During landing no instability could be observed with the side-wedge shoe. With the wide-branch shoe only the pastern joint showed more abduction. Conclusions: Biplanar high-speed fluoroscopic kinematography facilitates precise and non-invasive evaluation of bone movements and allows visualization of the effects of horseshoe modifications on the moving distal limb of the horse. All horseshoe modifications affect the interphalangeal joints, although several previous assumptions could not be confirmed. Additionally, ground conditions play a major role in the applicability of those modifications. The individuality of the ponies influenced the results significantly in every examined situation. Many horseshoe modifications showed their influence especially in the pastern joint. It is assumed that the pastern joint plays a much more important role in the compensation of altered footing than previously believed. Simultaneously, the hoof capsule seems to have enormous compensatory capabilities due to its flexibility. There is a need for more studies on the biomechanics of the equine distal limb, the influence of horseshoe modifications and their applicability on different ground conditions.:Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis I Abbildungsverzeichnis IV Tabellenverzeichnis XII 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Die distale Gliedmaße des Pferdes 3 2.1.1 Anatomische Grundlagen 3 2.1.2 Biomechanik der distalen Gliedmaße des Pferdes 9 2.2 Der Hufbeschlag 12 2.2.1 Grundlagen 12 2.2.2 Anwendung von Beschlagmodifikationen zur Behandlung von orthopädischen Erkrankungen der distalen Pferdegliedmaße und wissenschaftliche Evidenz dafür 15 2.2.3 Anwendung und wissenschaftliche Evidenz für die Effekte ausgewählter Beschlagmodifikationen 18 2.3 Untersuchungsverfahren und Bewegungsanalysen zur Evaluierung von Beschlägen bei Pferden 25 2.3.1 Röntgenologische Darstellung der distalen Pferdegliedmaße 25 2.3.2 Kinematische Messungen 27 2.3.3 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie 28 2.4 Hypothesen 34 3 Tiere, Material und Methoden 35 3.1 Tiere 35 3.1.1 Pferde 35 3.2 Untersuchungsmaterial 36 3.2.1 Hufeisen 36 3.2.2 Hufzubereitung und Beschlag 36 3.3 Untersuchungsaufbau und Erstellung der Aufnahmen 37 3.3.1 Computertomographie 37 3.3.2 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie 37 3.4 Auswertung der Aufnahmen 40 3.4.1 Erstellung von Knochenmodellen anhand computertomographischer Aufnahmen 40 3.4.2 Videobearbeitung 40 3.4.3 Bildbearbeitung 40 3.4.4 Entzerrung der Aufnahmen 41 3.4.5 Kalibration der Kameraanordnung 42 3.4.6 Animation der Knochenmodelle anhand der Röntgenaufnahmen 42 3.4.7 Achsen- und Winkelberechnung 46 3.5 Analysierte Parameter 48 4 Untersuchungsergebnisse 49 4.1 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographische Aufnahmen 49 4.2 Bewegungsumfang (Range of Motion, ROM) und Winkel der Zehengelenke barhuf 51 4.2.1 Fester Boden 51 4.2.2 Weicher Boden 53 4.2.3 Vergleich zwischen festem und weichem Boden 55 4.3 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke mit Standardhufeisen im Vergleich zu den Barhufaufnahmen 58 4.3.1 Fester Boden 58 4.3.2 Weicher Boden 60 4.3.3 Vergleich der Bewegung mit einem Standardbeschlag zwischen festem und weichem Boden 61 4.4 Bewegungsspielraum und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit einem Eiereisen im Vergleich zum Standardhufeisen 64 4.4.1 Fester Boden 64 4.4.2 Weicher Boden 65 4.4.3 Vergleich zwischen festem und weichem Boden 67 4.5 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke beschlagen mit dem zehenoffenen Eisen im Vergleich zum Standardhufeisen 70 4.5.1 Fester Boden 70 4.5.2 Weicher Boden 71 4.5.3 Vergleich zwischen festem und weichem Boden 73 4.6 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit einem Trachtenkeileisen im Vergleich zum Standardhufeisen 76 4.6.1 Fester Boden 76 4.7 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit einem Seitenkeileisen im Vergleich zum Standardhufeisen 77 4.7.1 Fester Boden 77 4.8 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit dem Eisen mit verbreiterter Zehe im Vergleich zum Standardhufeisen 81 4.8.1 Weicher Boden 81 4.9 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit einem Breitschenkeleisen im Vergleich zum Standardhufeisen 83 4.9.1 Weicher Boden 83 5 Diskussion 86 5.1 Methoden 86 5.1.1 Tiermaterial 86 5.1.2 Hufzubereitung und Beschlag 86 5.1.3 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie 87 5.1.4 Simulation verschiedener Bodenbeschaffenheiten 88 5.1.5 Erstellung von Knochenmodellen 88 5.1.6 Bildbearbeitung 88 5.1.7 Animation der Knochenmodelle 89 5.1.8 Koordinatensysteme 90 5.2 Diskussion der Untersuchungsergebnisse 91 5.2.1 Bewegungsumfänge der Interphalangealgelenke 91 5.2.2 Bewegungsmuster der Interphalangealgelenke im Schritt 92 5.2.3 Einfluss des Standardbeschlags auf die Interphalangealgelenke 96 5.2.4 Einfluss spezifischer Beschlagmodifikationen auf die Interphalangealgelenke 97 5.3 Ausblick 109 6 Zusammenfassung 110 7 Summary 112 8 Literaturverzeichnis 114 9 Anhang 124 Danksagung 221

Einleitung: Die oberflächliche Beugesehne (OBS) ist die am häufigsten verletzte Struktur des Bewegungsapparates von Pferden. Verletzungen der OBS verursachen ökonomische Einbußen im Pferdesport, sind unter Tierschutzaspekten hochrelevant und sind gekennzeichnet von langen Rekonvaleszenzzeiten von 9--18 Monaten und einer Wiederverletzungsrate von bis zu 80 %. Um Sehnenverletzungen, deren Heilung und den Therapieerfolg zu detektieren, bedarf es grundlegender Kenntnisse der Sehnenbiomechanik. Zur Anwendung kommende Messmethoden sollten idealerweise hochpräzise, minimalinvasiv und über einen längeren Zeitraum einsetzbar sein. Bislang etablierte Methoden genügen diesen Ansprüchen nur teilweise. Daher soll biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenz-Kinematografie (FluoKin) als aktueller Goldstandard für Bewegungsstudien auf ihren Einsatz an equinen Sehnengewebe geprüft werden. Ziele der Untersuchungen waren es daher, 1) die Messgenauigkeit von FluoKin zu bestimmen und hinsichtlich Dehnbarkeitsmessungen equiner OBS zu evaluieren, 2) eine Technik zur Nutzung von FluoKin (3D-Röntgenmethode) zu finden, um die Bewegung eines Weichteilgewebes im Röntgenvideo zu visualisieren, 3) diese Methodik in zyklischen Zugprüfversuchen mit gesunden und Kollagenase-geschädigten OBS ex vivo zu prüfen und dafür eine geeignete Haltevorrichtung für die Sehnen zu entwickeln, 4) in einem Pilotversuch die Technik in vivo zu übertragen und in wiederkehrenden Messserien die Dehnung von gesundem, verletztem und heilendem Sehnengewebe zu messen. Tiere, Material und Methoden: Die Präzisionsmessungen wurden mit einem maßgefertigten Testplättchen und einer gefrorenen distalen Vordergliedmaße (VGlm) jeweils statisch (1976 und 5473 Bilder) und in Bewegung (2816 und 5021 Bilder) durchgeführt. Die Sehnenhaltevorrichtung inkl. Kryo-Klemme wurde neben dem Einsatz in der Ex-vivo-Studie zusätzlich Langzeittests (bis 50 min) und Rupturversuchen bis 10 kN (Maschinenlimit) unterzogen. Im Rahmen der Ex-vivo-Zugprüfversuche wurden 13 OBS von VGlm in Schritt (2 %)- und Trab (4 %)-simulierender Dehnung zyklisch getestet. Vier weitere Proben wurden mit Kollagenase inkubiert und inkl. einer Kontrollgruppe (n=4) bei 6 % getestet. Die biomechanischen Kenngrößen wurden von der Zugprüfmaschine erfasst und anhand der Bewegung von implantierten, röntgendichten Markern in zeitgleich aufgenommenen FluoKin-Videos errechnet. In der In-vivo-Langzeitstudie (37 Wochen) wurde in vier FluoKin-Messungen das Dehnverhalten der OBS beider VGlm eines Shetland Ponys in Schritt und Trab ermittelt. Vor der zweiten FluoKin-Messung wurde im mittleren metakarpalen Segment einer OBS eine Sehnenläsion mit Kollagenase induziert, deren Heilungsverlauf verfolgt wurde. Die Ergebnisbeschreibung erfolgte sowohl deskriptiv als auch bei entsprechender Stichprobengröße mit t-Tests (p<0,05). Ergebnisse: In Präzisionsmessungen wurden sowohl die Messgenauigkeit der FluoKin-Anlage (max. Exaktheit von 0,0287 mm ± 0,0377 mm), als auch die zu erwartende Standardabweichung in der studienrelevanten Region (Os metacarpale III, OBS) ermittelt. Im Rahmen der Ex-vivo-Zugprüfversuche wurde eine Haltevorrichtung inkl. Kryo-Klemme für equine OBS entwickelt, welche Probleme herkömmlicher Einspanntechniken zuverlässig löst. Erstmals konnten biomechanische Kenngrößen für die OBS von Shetland Ponys ermittelt werden. Im Mittel konnten abhängig von der Dehnungsrate (simulierter Schritt und Trab) eine Maximalkraft von 325 bzw. 953 N, eine Zugfestigkeit von 1649 bzw. 4820 N/cm² und ein Elastizitätsmodul von 828 bzw. 1212 MPa verzeichnet werden. Nach Inkubation mit Kollagenase stieg die Längenänderung im Mittel um 4,87 %. In vivo konnte die Dehnungszunahme der geschädigten OBS im Schritt bestätigt werden (2,86 % auf 3,38 %); im Trab zeigte sich hingegen ein Abfall (6,78 % auf 5,96 %). Schlussfolgerungen: FluoKin wurde als hochpräzise und minimalinvasive Messtechnik zur Ermittlung der Sehnendehnung equiner OBS ex vivo und erstmals in vivo erfolgreich eingesetzt. Dank der neu entwickelten Haltevorrichtung inkl. Kryo-Klemme konnten langandauernde Ex-vivo-Zugprüfversuche durchgeführt werden. Hierbei zeigten sich Änderungen des Dehnverhaltens der OBS (Konditionierung, Hysterese, Kriechphänomen), was die Notwendigkeit solcher Versuche für die Beschreibung des biomechanischen Verhaltens von Sehnen verdeutlicht. Der In-vivo-Pilotversuch unterstreicht die Bedeutung von FluoKin für innovatives und hochpräzises Monitoring von Sehnenläsionen in Langzeitstudien.:1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Sehnengewebe 2.1.1 Histologischer und molekularer Aufbau 2.1.2 Biomechanik 2.1.3 Einflüsse auf die Sehnenstruktur und -zusammensetzung 2.2 Tendinopathien der oberflächlichen Beugesehne 2.2.1 Ätiologie 2.2.2 Heilung 2.3 Möglichkeiten zur Bestimmung der Sehnendehnbarkeit 2.3.1 Ex-vivo-Zugprüfversuche mit Sehnen 2.3.2 In-vivo-Ermittlung der Sehnendehnbarkeit 2.4 Zentrale Fragestellungen 3 Publikation 1 Zyklische Zugprüfversuche mit einer neuartigen Kryo-Klemme an oberflächlichen Beugesehnen von Shetland Ponys kombiniert mit biplanarer Hochfrequenz-Fluoreszenz-Kinematografie 4 Publikation 2 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenz-Kinematografie an der oberflächlichen Beugesehne eines Shetland Ponys – eine In-vivo-Pilotstudie 5 Diskussion 5.1 Diskussion von Material und Methoden 5.1.1 Ermittlung der Messgenauigkeit von FluoKin 5.1.2 Verwendetes Tiermaterial 5.1.3 Implantationstechnik für Sehnenmarker 5.1.4 Aufbau der Ex-vivo-Zugprüfversuche 5.2 Bestimmung der Sehnendehnbarkeit mit FluoKin 5.2.1 Sehnendehnung ex vivo und in vivo in nativem Sehnengewebe 5.2.2 Sehnendehnung ex vivo und in vivo in Kollagenase-geschädigtem Sehnengewebe 5.3 Schlussfolgerungen und Ausblick 5.3.1 Praktische und klinische Relevanz 5.3.2 Fazit und Perspektiven 6 Zusammenfassung 7 Summary 8 Literaturverzeichnis 9 Anhang 9.1 Bauplan des Messplättchens zur Genauigkeitsbestimmung von FluoKin 9.2 Baupläne der Einspanntechnik für Zugprüfversuche mit equinen OBS 9.2.1 Kronbeinhalterung 9.2.2 Kryo-Klemmen 9.3 Genauigkeit von biplanaren Fluoroskopie-Systemen in Abhängigkeit des Versuchsaufbaus 9.4 Lagerungseinflüsse auf biomechanische Eigenschaften von Sehnengewebe 9.5 Vorträge und Präsentationen während der Doktorarbeitszeit / Introduction: The superficial digital flexor tendon (SDFT) is the most frequently injured structure of the musculoskeletal system of horses. Injuries of the SDFT are relevant under animal welfare aspects, cause substantial economic losses in equestrian sport and are associated by long convalescence times of 9 to 18 months and a re-injury rate of up to 80 %. In order to detect tendon injuries, improve their healing and the success of therapy, fundamental knowledge of tendon biomechanics is required. The measurement methods to be used should ideally be highly precise, minimally invasive and applicable over a long period of time. So far, established methods only partially meet these requirements. Therefore, biplanar high-speed fluoroscopic kinematography (FluoKin) as the current gold standard for movement studies will be tested for its use on equine tendon tissue Aims of the study were therefore 1) to determine the measurement accuracy and precision of FluoKin and to evaluate it with regard to measurements on the equine SDFT, 2) to find a technique for using FluoKin (a 3D X-ray method) for visualizing the movement of a soft tissue in X-ray video, 3) to test this methodology in cyclic tensile tests with healthy and collagenase-incubated SDFT ex vivo and to develop a suitable holding device for the tendons in the testing machine, 4) to transfer the technique in an in vivo pilot study on a pony and to measure the elongation of healthy, injured and healing tendon tissue in measurement series. Materials and Methods: Precision measurements were performed with a custom-made test sheet and a frozen distal forelimb static (1976 and 5473 frames) and in motion (2816 and 5021 frames) resp. The tendon holding device with a cryo-clamp was subjected to long-term cyclic tests (up to 50 min) and rupture tests up to 10 kN (machine limit) in addition to its use in the ex vivo study. As part of the ex vivo tensile testing, 13 SDFT of forelimbs were cyclically tested in walk (2 % strain) and trot (4 % strain) simulated elongation. Four additional specimens were incubated with collagenase and tested including a control group (n=4) at 6 % strain. Biomechanical parameters were recorded by the testing machine and calculated from the movement of implanted radiopaque markers in simultaneously recorded FluoKin videos. In the in vivo long-term study (37 weeks) the strain behaviour of the SDFT of both forelimbs of a Shetland pony at walk and trot were determined in four FluoKin measurements. Before the second FluoKin measurement, a tendon lesion was induced with collagenase in the mid-metacarpal segment of one SDFT, and its healing process was monitored. The description of the results was done both descriptively and, with an appropriate sample size, with t-tests (p<0.05). Results: Measurements to assess the precision of both the FluoKin system (max. accuracy of 0.0287 mm ± 0.0377 mm) and the standard deviation to be expected in the region relevant to the study (Os metacarpale III, SDFT). For the ex vivo tensile tests, a holding device with a cryo-clamp for equine SDFT was developed that reliably solved problems of conventional clamping techniques. For the first time, biomechanical parameters for the SDFT of Shetland ponies could be determined. On average, depending on the strain rate (simulated walk and trot), a maximum force of 325 N and 953 N resp., a tensile strength of 1649 N/cm² and 4820 N/cm² resp. and a modulus of elasticity of 828 MPa and 1212 MPa resp. was recorded. After incubation with collagenase, the change in length increased by an average of 4.87 %. In vivo, this increased elongation of the collagenase-injured SDFT could be confirmed at walk (2.86 % to 3.38 %); in contrast, a decrease in strain was observed at trot (6.78 % to 5.96 %). Conclusions: FluoKin was successfully used as a highly precise and minimally invasive measurement technique to determine the tendon strain of equine SDFT ex vivo and for the first time also in vivo. Thanks to the newly developed holding device with a cryo-clamp, long-term ex vivo tensile tests could be carried out and changes in the strain behaviour of the SDFT became apparent (conditioning, hysteresis, creep). This shows the necessity of such tests for the description of the biomechanical behaviour of tendons. The in vivo pilot study underlines the importance of FluoKin for innovative and highly accurate monitoring of tendon lesions in long-term studies.:1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Sehnengewebe 2.1.1 Histologischer und molekularer Aufbau 2.1.2 Biomechanik 2.1.3 Einflüsse auf die Sehnenstruktur und -zusammensetzung 2.2 Tendinopathien der oberflächlichen Beugesehne 2.2.1 Ätiologie 2.2.2 Heilung 2.3 Möglichkeiten zur Bestimmung der Sehnendehnbarkeit 2.3.1 Ex-vivo-Zugprüfversuche mit Sehnen 2.3.2 In-vivo-Ermittlung der Sehnendehnbarkeit 2.4 Zentrale Fragestellungen 3 Publikation 1 Zyklische Zugprüfversuche mit einer neuartigen Kryo-Klemme an oberflächlichen Beugesehnen von Shetland Ponys kombiniert mit biplanarer Hochfrequenz-Fluoreszenz-Kinematografie 4 Publikation 2 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenz-Kinematografie an der oberflächlichen Beugesehne eines Shetland Ponys – eine In-vivo-Pilotstudie 5 Diskussion 5.1 Diskussion von Material und Methoden 5.1.1 Ermittlung der Messgenauigkeit von FluoKin 5.1.2 Verwendetes Tiermaterial 5.1.3 Implantationstechnik für Sehnenmarker 5.1.4 Aufbau der Ex-vivo-Zugprüfversuche 5.2 Bestimmung der Sehnendehnbarkeit mit FluoKin 5.2.1 Sehnendehnung ex vivo und in vivo in nativem Sehnengewebe 5.2.2 Sehnendehnung ex vivo und in vivo in Kollagenase-geschädigtem Sehnengewebe 5.3 Schlussfolgerungen und Ausblick 5.3.1 Praktische und klinische Relevanz 5.3.2 Fazit und Perspektiven 6 Zusammenfassung 7 Summary 8 Literaturverzeichnis 9 Anhang 9.1 Bauplan des Messplättchens zur Genauigkeitsbestimmung von FluoKin 9.2 Baupläne der Einspanntechnik für Zugprüfversuche mit equinen OBS 9.2.1 Kronbeinhalterung 9.2.2 Kryo-Klemmen 9.3 Genauigkeit von biplanaren Fluoroskopie-Systemen in Abhängigkeit des Versuchsaufbaus 9.4 Lagerungseinflüsse auf biomechanische Eigenschaften von Sehnengewebe 9.5 Vorträge und Präsentationen während der Doktorarbeitszeit

Le ligament croisé antérieur (LCA) demeure un des ligaments du genou le plus souvent blessé. Un mauvais positionnement des tunnels osseux est souvent mis en cause dans les échecs de reconstructions du LCA. Une meilleure compréhension biomécanique du phénomène devient essentielle. Par l’utilisation de l’imagerie biplanaire stéréoradiographique à faible irradiation EOS , notre groupe a développé une méthode de reconstruction 3D permettant une description morphologique osseuse remarquable. Par l’entremise de ce système, un référentiel permet d’évaluer, de manière automatisée, précise et reproductible, le positionnement tridimensionnel des tunnels osseux. Notre groupe souhaite partager ce référentiel afin d’assister les chirurgiens orthopédistes à restaurer une biomécanique optimale dans les reconstructions du LCA. / The anterior cruciate ligament (ACL) remains one of the most injured ligament of the knee. Mispositioning the tunnels remains a common cause of ACL reconstruction failure. A better biomechanical description of this phenomenon is therefore essential. Using the low irradiation biplanar stereoradiographic EOStm imaging system, our group developed a 3D reconstruction method allowing a precise morphologic description of the knee. With this system, the tridimensional positioning of the femoral tunnel can be evaluated in a novel, computerized, precise and reproducible coordinate system. With this referential, our group wish to assist orthopedic surgeons in the restoration of optimal biomechanics in ACL reconstructions.

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