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Weight-bearing symmetry as a measure to judge functional recovery after total hip arthroplasty
Azevedo Alves, Sónia Soraia
After total hip arthroplasty (THA) many patients continue to exhibit characteristic, asymmetric gait patterns in which the ipsilateral limb remains less loaded during weight-bearing. Alterations in ground reaction forces of the ipsilateral limb induce weight-bearing symmetry deficits, which may overload the contralateral lower limb joints and eventually require further treatment. Thus, recovery of weight-bearing symmetry is essential to minimize functional deficits in THA patients. Several gaps in the literature exist, precluding the use of weight-bearing symmetry as a measure to judge functional recovery after THA. Specifically, the methods currently available to assess weight-bearing symmetry suffer from technical limitations (e.g., artificial inflation); the relationship between ground reaction forces and in vivo hip contact forces have not yet been elucidated; and the speed at which weight-bearing symmetry recovery occurs following THA remains unclear, particularly when considering the natural asymmetry within healthy individuals.
Thus, the main purpose of this work was to develop a methodology to enable weight-bearing symmetry analyses in clinical settings in patients after THA based on instrumented insoles, a suitable tool for measurements outside the laboratory. Within this work, a new and robust methodology to quantify weight-bearing symmetry of ground reaction forces was developed, the weighted Universal Symmetry Index (wUSI). The wUSI was determined as an efficient method to detect weight-bearing symmetry deficits while avoiding artificial inflation.
Furthermore, the results demonstrated that in vivo hip contact forces can be predicted when combining ground reaction force with other external measures (e.g., sagittal hip joint moment). The vertical ground reaction force, the primary component measured with instrumented insoles, should be preferably used as a general indicator of total lower limb loading. Finally, analysis of insole measurements using the wUSI was adequate for quantifying weight-bearing symmetry deficits in THA patients and was able to discriminate between pathological and physiological weight-bearing symmetry. In conclusion, this body of work puts forth weight-bearing symmetry as a useful measure to judge functional recovery after THA, providing a tool easily usable in the clinic that can potentially be used to optimize THA rehabilitation processes and assess the efficacy of therapies.
Nach totalem Hüftgelenkersatz zeigen viele Patienten ein charakteristisch asymmetrisches Gangbild. Dabei wird die betroffene Extremität während des Gehens in der Standphase weniger belastet. Veränderungen der Bodenreaktionskräfte an der betroffenen Extremität, führen zu Abweichungen der Belastungssymmetrie. Dies könnte die kontralateralen Gelenke der unteren Extremität überlasten, was eventuell eine weitere Behandlung nach sich ziehen würde. Daher ist die Wiederherstellung der Belastungssymmetrie von entscheidender Bedeutung, um funktionelle Defizite zu minimieren. Die Fachliteratur ist unvollständig, im Hinblick auf die Verwendung der Belastungssymmetrie als Maß für die Beurteilung der funktionellen Rehabilitation nach einer Hüftendoprothese. Die derzeit verfügbaren Methoden zur Bestimmung der Belastungssymmetrie weisen technische Einschränkungen auf (z.B., künstliche Verstärkung der Symmetrie). Die Beziehung zwischen den Bodenreaktionskräften und den in vivo Hüftkontaktkräften wurde noch nicht beschrieben. Des Weiteren ist unklar, wie schnell sich die Belastungssymmetrie nach dem operativen Eingriff erholt, insbesondere unter Berücksichtigung der natürlichen Asymmetrie bei gesunden Personen.
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Methodik zur Analyse der Belastungssymmetrie nach einer Hüftendoprothese, zur Anwendung im klinischen Alltag. Auf der Grundlage von instrumentierten Einlegesohlen, werden Messungen außerhalb des Labors ermöglicht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neue robuste Methodik entwickelt, der weighted Universal Symmetry Index (wUSI). Der wUSI ermöglicht die effektive Quantifizierung der Symmetrie der Bodenreaktionskräfte, durch Verwendung sowohl diskreter als auch kontinuierlicher Ansätze. Gleichzeitig ist der wUSI in der Lage die künstliche Verstärkung der Symmetrie zu vermeiden, ein Problem, das bei anderen Methoden häufig auftritt.
Die Ergebnisse dieser Arbeit haben auch gezeigt, dass sich in vivo Hüftkontaktkräfte nur dann vorhersagen lassen, wenn Bodenreaktionskräfte mit anderen externen Messparametern (z.B. insbesondere dem sagittalen Hüftdrehmoment) kombiniert werden. Die vertikalen Bodenreaktionskräfte, die mit instrumentierten Einlegesohlen erfasst werden, sollten vorzugsweise als allgemeiner Indikator für die Gesamtbelastung der unteren Extremität verwendet werden. Die Messungen mit den instrumentierten Einlegesohlen waren geeignet mit der wUSI-Methode, die verbliebene Differenz zur Symmetrie der Belastung zu quantifizieren. So war es möglich, zwischen pathologischer und physiologischer Belastungssymmetrie zu unterscheiden. Damit ist es ein Maß zur Beurteilung der funktionellen Wiederherstellung nach einer Hüftendoprothese in dieser Arbeit etabliert worden. Die Ergebnisse dieser Arbeit bieten zudem die Grundlage für eine klinisch nutzbare Strategie für die Optimierung von Rehabilitationsprozessen oder die Bewertung der Wirksamkeit von Therapien.
