Bestimmung der Genauigkeit zweier modellbasierter, dreidimensionaler Animationstechniken zur Bewegungsanalyse der Phalangen des Pferdes mittels nichtinvasiver biplanarer Hochfrequenz Fluoreszenzkinematographie

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