Einleitung: Lahmheiten ausgehend von der distalen Gliedmaße sind die häufigste Ursache für Leistungsminderung und frühes Ausscheiden von Pferden aus ihrer Nutzung. Genaue Kenntnisse über die Orientierung der Phalangen im Raum und innerhalb der verschiedenen Bewegungsphasen sind von entscheidender Bedeutung für Prävention und Therapie orthopädischer Erkrankungen. Eine neue Möglichkeit der dreidimensionalen Bewegungsanalyse von Knochen ist die biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie, die die hoch präzise dreidimensionale Rekonstruktion der Knochen und ihrer Positionsveränderungen in Bewegung erlaubt. Es existiert eine invasive Variante dieser Methode, die markerbasierte Rekonstruktionstechnik. Diese Variante ist validiert und gilt als Goldstandard. Alternativ kann die Rekonstruktion ohne vorherige Markerimplantation, also nichtinvasiv, durch ein softwaregestütztes (Autoscoping (AS)) oder manuelles (Scientific Rotoscoping (SR)) Verfahren erfolgen. Die beiden zuletzt genannten Verfahren sind aufgrund der nicht vorhandenen Invasivität vorzuziehen, da sie den physiologischen Bewegungsablauf des Tieres nicht beeinflussen. Es gibt jedoch keine Angaben zu ihrer Genauigkeit für die Anwendung an der distalen Gliedmaße des Pferdes.
Ziele der Untersuchungen: Diese Studie widmete sich daher der Untersuchung der Genauigkeit nichtinvasiver Rekonstruktionsverfahren von hochfrequenz-fluoreszenzkinematographischen Aufnahmen der Phalangen des Pferdes im Vergleich zum Goldstandard. Außerdem war von Interesse, ob das Filtern der Bewegungsdaten einen signifikanten Unterschied erbringt.
Material und Methoden: Für die Phalanges proximales (PP), mediae (PM) und distales (PD) von fünf isolierten, distalen Gliedmaßen von Schlachtponys wurde biplanare Hochfrequenz Fluoreszenzkinematographie durchgeführt. Die fünf Beine wurden unter Simulation eines Schrittes jeweils manuell im Aufnahmefenster bewegt. Für die so entstandenen drei Animationen je Bein, jeweils basierend auf der markerbasierten und den beiden nichtinvasiven Techniken (AS, SR), wurden von jeder Phalanx die Bewegungen in sechs Freiheitsgraden (drei Translationen und drei Rotationen) bestimmt. Darüber hinaus wurden die so gewonnenen Koordinaten für alle drei Techniken zusätzlich mit einem low pass Butterworth Filter fünfter Ordnung bei 20 Hz gefiltert. Die nachfolgenden Berechnungen erfolgten analog sowohl für ungefilterte als auch für gefilterte Daten in R (Version 3.2.3, R Foundation for Statistical Computing, Wien, Österreich). Um die Genauigkeit von AS und SR im Vergleich zum Goldstandard zu bestimmen, wurden jeweils die Differenzen zwischen AS bzw. SR und markerbasierter Technik berechnet. So ergaben sich für PP 2859 auswertbare Einzelwerte pro räumlicher Kategorie (drei Translationen, drei Rotationen und zwei euklidische Werte), für PM waren es 3341 und für PD 3417. Von diesen Datensätzen wurden jeweils Mittelwert und Standardabweichung, sowie Perzentile berechnet. Die Datensätze wurden mittels Shapiro Wilk Test (p<0,05) auf Normalverteilung geprüft. Anschließend wurde mittels Wilcoxon Rangsummen Test für eine Stichprobe (p<0,05) in jeder räumlichen Kategorie auf statistische Ähnlichkeit zwischen Animationen mit AS bzw. SR und markerbasierten Animationen getestet. Für den Abgleich von AS und SR wurden die Stichproben jeweils mit Mann Whitney U Test (p<0,05) verglichen. Abschließend wurden die korrespondierenden Stichproben aus den ungefilterten und gefilterten Datensätzen mittels Mann Whitney U Test (p<0,05) auf die Signifikanz ihrer Übereinstimmung hin untersucht.
Ergebnisse: Der p Wert des Shapiro Wilk Tests aller Datensätze war 0,00, die Daten folgten also keiner Normalverteilung. Animationen aus AS und SR wichen in allen acht räumlichen Kategorien signifikant von der markerbasierten Technik ab. Der Vergleich der Mediane und Mittelwerte zeigte, dass weder AS noch SR in allen räumlichen Kategorien kleinere Abweichungen erreichte, als die jeweils andere Technik. Vielmehr ergab SR für PP und PM häufiger den kleineren Fehler, während AS für PD häufiger den geringeren Fehler erzielte. Der statistische Unterschied zwischen AS und SR war mit wenigen Ausnahmen (Translation: PP in Y ungefiltert; Rotation: PP in Y, PM in Z) signifikant. Der Vergleich gefilterter und ungefilterter Datensätze war mit sechs Ausnahmen (Translation: SR von PP in Y, Z, euklidisch und AS von PD in Y; Rotation: AS von PP und PD in Z) nicht signifikant.
Schlussfolgerungen: Die Rekonstruktion der simulierten Fußungsbewegung der Phalangen der distalen Gliedmaße des Pferdes mittels nichtinvasiver biplanarer Hochfrequenz Fluoreszenzkinematographie ist möglich. Beide nichtinvasive Techniken, AS und SR, unterscheiden sich dabei aber signifikant vom Goldstandard. Dennoch sind sie, wo die Anforderungen an die Genauigkeit es zulässt, der markerbasierten, invasiven Technik vorzuziehen. Der Vergleich zwischen SR und AS erbrachte keinen eindeutigen Unterschied in Bezug auf die Genauigkeit für alle drei Phalangen. Wo dies machbar ist, sollte SR für PP und PM und AS für PD verwendet werden. Soll nur eine Technik angewandt werden, ist SR vorzuziehen. Das in der Bewegungsanalyse übliche Filtern der Daten zur Reduktion von Rauschen erbrachte in dieser Studie meist keine signifikante Verbesserung.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:15705 |
| Date | 12 June 2017 |
| Creators | Geiger, Sandra Marion |
| Contributors | Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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