Zusammenfassung
Der private Unfallversicherer gibt Eckwerte zur Invaliditätsbemessung lediglich in Form von Verlustwerten nach den jeweils zu Grunde liegenden Allgemeinen Unfallversicherungsbedingungen vor (GDV, 2020). Seit Oktober 2023 liegen nun fachübergreifend konsentierte Bemessungsempfehlungen u. a. für Funktionsbeeinträchtigungen an den Gliedmaßen vor (invaliditaet-online.de). Dabei wurde bei der Bemessung der Invalidität von Gelenkversteifungen die These aufgestellt: Je stammnäher die Versteifung, desto ausgeprägter ist die Funktionsbeeinträchtigung (H. T. Klemm et al., 2024). Dies ergibt sich aus der logischen Überlegung, dass bei Aufhebung einer eindimensionalen Bewegungsmöglichkeit (Ellenbogen- und Kniegelenk) weniger an Bewegungsraum und damit Funktionalität verloren geht als bei Wegfall einer multidirektionalen Beweglichkeit (Schulter- und Hüftgelenk). Diese mit der Fachgesellschaft Interdisziplinäre Medizinische Begutachtung (FGIMB e. V.) aufgestellte These kann nun durch eine simulative und analytische Untersuchung des menschlichen Bewegungsraumes bestätigt werden: Funktionsgünstige Versteifungen der Schulter reduzieren das durch die Hand erreichbare Volumen auf rund 0,5 % des physiologisch erreichbaren Bewegungsvolumens, während eine funktionsgünstige Versteifung des Ellbogengelenks dieses nur auf rund 20 % reduziert. Analog hierzu wird auf Basis einer funktionsgünstigen Versteifung des Hüftgelenks der Bewegungsraum (des Fußes) auf 0,2 % reduziert, bei einer funktionsgünstigen Versteifung des Kniegelenks nur auf 14 %.
Darüber hinaus ergibt sich aus der Bewegungsraumanalyse, dass zukünftig mit dem erarbeiteten Rechenmodell aus verschiedensten Bewegungseinschränkungen von Gliedmaßengelenken die resultierende Limitation mit der Norm oder anderen Funktionsbeeinträchtigungen quantitativ und teilqualitativ vergleichbar wird.
Schlüsselwörter Invalidität – Bemessungsempfehlungen – Gelenkversteifung – private Unfallversicherung – Funktionsbeeinträchtigung
MedSach 122 2/2026: –58-67
Disability assessment of near-stem versus mid-joint fusion of the upper and lower extremities using a simulative and analytical examination of the range of motion
Abstract
The private accident insurer only provides key values for disability assessment in the form of loss values in accordance with the underlying General Accident Insurance Conditions (GDV, 2020). Since October 2023, there have now been interdisciplinary consensus-based assessment recommendations for functional impairments of the limbs, among other things (invalidi-taet-online.de).
The following hypothesis was put forward when assessing the disability of joint fusion: The closer to the trunk the fusion, the more pronounced the functional impairment (H. T. Klemm et al., 2024). The rationale is based on the logical assumption that less range of motion and thus functionality is lost when a one-dimensional range of motion (elbow and knee joint) is removed than when a multidirectional range of motion (shoulder and hip joint) is lost.
This hypothesis, originally proposed by the FGIMB (Fachgesellschaft Interdisziplinäre Medizinische Begutachtung), can now be verified through a simulation-based and analytical investigation of the human range of motion: The results demonstrate that a functionally favorable stiffening of the shoulder reduces the achievable volume to around 0.5 % of the physiologically achievable volume of movement, while functionally favorable stiffening of the elbow joint only reduces this to around 20 %. Likewise, a functional stiffening of the hip joint reduces the range of motion to 0.2 %, while a functional stiffening of the knee joint only reduces it to 14 %.
Furthermore, the developed computational model enables quantitative and qualitative comparison of resulting functional limitations with normative data or other impairment profiles. This provides a methodological foundation for more objective and reproducible evaluations of movement restrictions in limb joints.
Keywords Disability – assessment recommendations – joint fusion – private accident insurance – functional impairment
Zielstellung
Die Fachgesellschaft Interdisziplinäre Medizinische Begutachtung (FGIMB e. V.) hat sich in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl Robotik und eingebettete Systeme der Universität Bayreuth mit der Untersuchung des Bewegungsraums der Mittel- und stammnahen Gelenke der oberen sowie unteren Extremitäten befasst. Ziel der Untersuchung sind die Analyse und der Vergleich beeinträchtigter als auch unbeeinträchtigter Gelenke. Bei den untersuchten Beeinträchtigungen handelt es sich um funktionsgünstige Versteifungen der betroffenen Gelenke. Mit der entstandenen simulativen Anwendung wird unter Berücksichtigung der normativen Physiologie der Gliedmaßen sowie beliebig wählbarer Beeinträchtigungen der erreichbare Bewegungs-/Funktionsraum der Endeffektoren Hand und Fuß berechnet. Dem fachkundigen Anwender soll somit die Möglichkeit gewährt werden, diese intuitiv und leicht vergleichbar zu machen. Zentrales Ziel der Arbeit ist es, auf Basis der Ergebnisse der simulativen Untersuchung die eingangs beschriebene Hypothese zu stützen oder zu widerlegen. Die hierbei überprüfte zentrale Fragestellung lautet: „Stellt die funktionsgünstige Versteifung des stammnahen Gliedmaßengelenks (Schulter- bzw. Hüftgelenk) eine schwerwiegendere Funktionsbeeinträchtigung dar als die funktionsgünstige Versteifung des Mittelgelenks (Ellbogen- bzw. Kniegelenk) derselben Extremität?“
Methodik und Material
Zur Beantwortung der Fragestellung erweist sich eine abstrahierte Betrachtung der Gliedmaßen als notwendig. Die uneingeschränkte Funktion von Arm und Bein setzt komplexe, koordinierte Bewegungen von Hand- und Fußgelenken sowie der nachfolgenden distalen Gelenke voraus. In einem untersuchten Teilbewegungsraum wird eine Gebrauchsfähigkeit der Gliedmaßen im Wesentlichen durch Bewegungen realisiert, welche die Endeffektoren – Hand bzw. Fuß – entweder zum betreffenden Teilbewegungsraum führen oder im Fall eines nicht ortsfesten Funktionseinsatzes an eine Abfolge von Teilbewegungsräumen führen. Kann die physiologisch relevante Zielposition nicht erreicht werden, so liegt eine Funktionsbeeinträchtigung vor. Um diesen Zusammenhang systematisch untersuchen zu können, wird die nachfolgende Betrachtung auf einen Hand- bzw. Fußwurzelpunkt abstrahiert und davon ausgegangen, dass bei Erreichen eines Teilbewegungsraums mittels dieses die Gliedmaße in entsprechendem Bereich vollumfänglich einsetzbar ist. Damit lässt sich die zentrale Fragestellung präzisieren: Wie viele Teilbewegungsräume, die uneingeschränkt erreichbar sind, lassen sich weiterhin unter einer funktionsgünstigen Gelenkversteifung mit den Hand- beziehungsweise Fußwurzelpunkten erreichen? Die Beantwortung macht es nachfolgend möglich, den Vergleich zwischen unterschiedlichen Beeinträchtigungen heranzuziehen und der Frage nachzugehen: Wie schneidet eine funktionsgünstige Versteifung des Mittelgelenks im Vergleich zu einer funktionsgünstigen Versteifung des stammnahen Gelenks ab?
Im Rahmen der systematischen Untersuchung zum Einfluss funktionsgünstiger Gelenkversteifungen auf die Gliedmaßenfunktion wurde ein hybrider Ansatz gewählt, der analytische Verfahren mit rechnergestützten simulationsbasierten Methoden kombiniert.
Zunächst erfolgt die analytische Betrachtung der theoretischen Grundlagen. Anatomisch-funktionelle sowie anthropometrische Daten dienen dabei als Ausgangsbasis zur formalen Definition der Gelenkkinematik sowie der physiologischen Bewegungsgrenzen des menschlichen Bewegungssystems. Auf dieser Grundlage wird ein abstrahiertes Menschmodell erstellt, das die durch Gelenkversteifungen hervorgerufenen Bewegungseinschränkungen realitätsnah abbildet und somit eine Analyse des erreichbaren Bewegungsraums erlaubt.
Darauf aufbauend wird in einem zweiten Schritt eine simulationsbasierte Untersuchung des erreichbaren Bewegungsraums durchgeführt. Hierbei lassen sich mithilfe der Vorwärtskinematik – eines Verfahrens aus dem Bereich der Robotik und Computergrafik – die Auswirkungen unterschiedlicher Versteifungsszenarien auf den Bewegungsraum quantifizieren. Grundlage dieser Analyse ist die voxelbasierte Diskretisierung des Bewegungsraums – eine räumliche Zerlegung des Bewegungsvolumens in Teilbewegungsräume (Voxel – kubische Volumeneinheiten). Ergänzt wird dieses Vorgehen um ein Verfahren zur Kollisionsvermeidung, welches unzulässige Bewegungen und Posen der Gliedmaßen, bei denen es zu Überlagerungen oder Durchdringungen zwischen Körpersegmenten kommt, ausschließt.
Die Kombination dieser methodischen Ansätze ermöglicht es, sowohl die theoretisch erreichbaren Bewegungslimitationen als auch deren praktische Implikationen im Raumkontext fundiert zu analysieren.
Anatomisches physiologisches Menschmodell
Zentraler Bestandteil einer präzisen und belastbaren Untersuchung ist die Entwicklung eines realitätsnahen, menschenähnlichen Modells. Als Grundlage hierfür dienen in dieser Arbeit detaillierte Kennnisse der anatomischen Strukturen sowie die nachfolgenden anthropometrischen Referenzdaten. Die in Tabelle 1 aufgeführten Messwerte entsprechen dem 50. Perzentil und wurden geschlechterübergreifend für eine Altersgruppe von 18 bis 60 Jahren ermittelt. Alle Maße beziehen sich auf den unbekleideten Körper und sind in Millimetern angegeben (H. W. Jürgens, I. Matzdorff, J. Windberg, 1998).
Im Rahmen der anschließenden Bewegungsraumberechnung eines Menschmodells dient die Implementierung einer Kollisionserkennung dem Ausschluss von Posen, die zu unzulässigen Überlappungen zwischen Körpersegmenten führen würden. Die Verwendung hochaufgelöster und visuell realitätsnaher Menschmodelle (Abbildung 1 links) erfordert komplexe Oberflächengitterstrukturen (Abbildung 1 rechts). Aufgrund der hohen Anzahl geometrischer Flächen (Polygone) führen diese Modelle im Rahmen einer Kollisionserkennung zu einer hohen Rechenintensität und sind daher für die Verwendung in Simulationsanwendungen im Kontext der entwickelten Methodik nur bedingt praktikabel.
Für die Erstellung eines geeigneten Menschmodells bietet sich hingegen die Abstraktion des menschlichen Körpers durch die Verwendung einfacher geometrischer Formen, sogenannter Kollisionsprimitive, an. Die Nutzung von Kapseln ermöglicht in diesem Zusammenhang eine geeignete Annäherung an Volumen und Form der repräsentierten Körpersegmente und erlaubt eine Reduktion der Anzahl an zu untersuchenden geometrischen Elementen (vertices, edges, faces). Unter Verwendung der vorgestellten anthropometrischen Daten wurde daher das für nachfolgende simulative Berechnungen genutzte Modell aus Kapseln (Abbildung 2) als Kollisionsprimitive aufgebaut.
Bei nachfolgender Untersuchung wird für die oberen Extremitäten in Abgleich zu den AUB (Allgemeinen Unfallversicherungsbedingungen) (GDV, 2020) der Bewegungsraum des Schultergelenks in frontaler und sagittaler Ebene (vgl. Abbildung 3) bei der Vor- und Seitwärtsabhebung auf 120° limitiert. Dies ergibt sich insbesondere daraus, dass in der zweiten Abhebephase (>60°) der zur Schulter gehörende Schultergürtel mitbewegt wird, über 120° aber zusätzliche Ausgleichsbewegungen der Wirbelsäule in das Gesamtmaß der Bewegung mit einfließen (Kapandji, 2023). Diese „Ausgleichsbewegungen“ außerhalb der reinen Gliedmaßenfunktion sind aber nach AUB (GDV, 2020) nicht in die Beurteilung der Funktion der Extremität mit einzuschließen.
In den von der DGUV bereitgestellten Messblättern zur Normbeweglichkeit (Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung) (https://www.dguv.de/medien/formtexte/aerzte/f_4222/f4222-2.pdf; https://www.dguv.de/medien/formtexte/aerzte/f_4224/f4224-2.pdf) sind z. T. Minimal- und Maximalbewegungsausschläge in bestimmten Ebenen angegeben, die abstrahierend gemittelt werden, gleichermaßen geschieht dies bei der kopf-/fußwärtigen Drehung sowie Innen- und Außenrotation des Armes im Schultergelenk in der Dynamik zwischen 90° seitlicher Abhebung und Neutralstellung.
Die Unterarmdrehfähigkeit wird bei ausschließlicher Auswirkung auf die Handfunktion bei der hier gegebenen Fragestellung nicht berücksichtigt. Grund hierfür ist die im Abschnitt Methodik und Material beschriebene Abstraktion der Endeffektoren auf einen Hand- bzw. Fußwurzelpunkt und die Annahme, dass auf Basis der Endeffektoren-Funktion sowie der Drehung des Unterarms/Unterschenkels mittels Gelenkwinkelvariation erreichbare Räume vollständig funktional integriert sind.
Die der Arbeit zugrunde liegenden funktionsgünstigen Versteifungsstellungen sind der Arbeit von Klemm et al. (H.-T. Klemm, Wittchen, Willauschus, Fuhrmann & Hohendorff, 2020) zu entnehmen und hier noch einmal bildlich dargestellt (Abbildung 4 - Abbildung 7).
Bewegungsraumberechnung
Der methodische Ablauf der Berechnungen ist in Abbildung 8 dargestellt. Grundlage des Verfahrens bilden die aus den physiologischen Grundlagen bekannten normativen Gelenkwinkelintervalle. Im Rahmen der Parametervariation besteht für die Anwenderinnen und Anwender die Möglichkeit, die Bewegungsfreigaben gezielt weiter einzuschränken, um beispielsweise funktionsgünstige Versteifungsszenarien nachzubilden. Aus den definierten Vorgaben werden sämtliche zulässigen Gelenkwinkelsätze generiert und zur Bestimmung der Hand- bzw. Fußwurzelpunkte – nachfolgend als Zielpositionen bezeichnet – herangezogen. Gelenkkonfigurationen, die zu Kollisionen der Extremität mit anderen starren Körpersegmenten führen, werden im Rahmen der Simulation der Gelenkwinkelsätze ausgeschlossen. Die verbleibenden Zielpositionen werden anschließend in ein diskretes Voxelgrid projiziert, wodurch der resultierende Bewegungsraum metrisch erfasst werden kann. Der quantitative Vergleich der so ermittelten Bewegungsraumvolumina unter variierenden Gelenkeinschränkungen ermöglicht eine objektive Beurteilung des Ausmaßes der jeweils resultierenden funktionellen Beeinträchtigung.
Berechnungsmodell
Für die konkrete Berechnung des erreichbaren Bewegungsraums der menschlichen Extremitäten wurden etablierte Verfahren aus dem Bereich der Robotik und Computergrafik genutzt. Hierbei wird der menschliche Bewegungsapparat abstrahiert als eine kinematische Kette dargestellt – ein Modell bestehend aus starren Segmenten (den Knochen), die über bewegliche Gelenke miteinander verbunden sind. (Abbildung 9)
Für die standardisierte Modellierung und Analyse kinematischer Ketten ist die Verwendung normierter Symbolik und Parameterkonventionen unerlässlich. Bei der nachfolgend verwendeten Symbolik (Abbildung 10) handelt es sich um die VDI-Symbole nach VDI 2861.
Die Bewegung des menschlichen Körpers und dessen Teilsegmente, wie z. B. eines Arms, ergibt sich dabei aus der Kombination der Bewegungen in den einzelnen Gelenken (z. B. Schulter oder Ellbogen). Die Anzahl der Freiheitsgrade eines Gelenks entscheidet dabei darüber, wie viele unterschiedliche Bewegungsrichtungen das entsprechende Gelenk ermöglicht. Das Schultergelenk mit drei Freiheitsgraden ermöglicht beispielsweise die Anteversion, Retroversion, die Abduktion, Adduktion sowie die Innen- als auch Außenrotation des Schultergelenks. Aufgrund seiner Komplexität muss ein solches kugelgelenkähnliches Gelenk – ebenso wie das Hüftgelenk – als eine kinematische Kette bestehend aus einer Folge von einem rotatorisch fluchtenden Gelenk, einem rotatorisch nicht fluchtenden Gelenk und einem rotatorisch fluchtenden Gelenk modelliert werden (Abbildung 11).
Zur mathematischen Beschreibung dieser Ketten werden die Denavit-Hartenberg-Konventionen (Denavit Hartenberg, 1955) verwendet. Dabei erhält jedes Segment des Modells ein eigenes Koordinatensystem, über das Position und Ausrichtung im Raum berechnet werden können (Abbildung 12). (Siegert & Bocionek, 1996)
Für den medizinischen Blick auf die Anwendung genügt es jedoch, zu verstehen: Mit beschriebener Berechnungsmethode lässt sich auf Basis eines bestimmten Gelenkwinkelsatzes, also der Stellungen aller beteiligten Gelenke, die Position und Ausrichtung der Hand beziehungsweise des Fußes exakt berechnen.
Berechnung
Das entwickelte Verfahren beruht auf der grundlegenden Annahme, dass jeder Armstellung sowie jeder Beinstellung eines Menschen ein spezifischer Satz von Gelenkwinkeln zugeordnet werden kann, welcher die eingenommene Pose beschreibt. Zur Analyse des erreichbaren Bewegungsraums wird diese Annahme verwendet, indem zunächst alle möglichen Gelenkwinkelsätze generiert und anschließend simulativ nachgestellt werden, um sie letztendlich für die Approximation des erreichbaren Volumens zu nutzen. Durch gezielte Anpassung der Grenzen der Gelenkparameter werden sämtliche Bewegungseinschränkungen sowie alle unter den jeweiligen Einschränkungen möglichen Posen abbild- und somit analysierbar. Die generierten Gelenkwinkelsätze berücksichtigen hierbei sowohl stammnahe als auch stammferne Gelenke in allen möglichen Bewegungen. Die Wahl einer Winkelauflösung von 5°-Schritten orientiert sich dabei an der in ärztlichen Begutachtungsverfahren üblichen Genauigkeit.
Auf Grundlage aller, im Rahmen der definierten Einschränkungen möglichen, Gelenkkonfigurationen kann also bestimmt werden, welche Räume durch die Hand bzw. den Fuß unter der angelegten Beeinträchtigung erreicht werden können. Die entsprechenden simulativ nachgestellten Posen werden im Anschluss einer Kollisionsprüfung unterzogen (Abbildung 13), um ausschließlich kollisionsfreie Posen zur Berechnung des resultierenden Bewegungsvolumens zu berücksichtigen. Die auf diese Weise ermittelten Hand- bzw. Fußpositionen werden der Zielmenge zugeordnet und in ein diskretes Voxelgitter des Umgebungsraums projiziert, wodurch eine metrische Erfassung des gesamten erreichbaren Volumens ermöglicht wird.
Auswertungsverfahren
Die entwickelte Simulationsanwendung ermöglicht die Berechnung des erreichbaren und somit funktionell nutzbaren Bewegungsraums einer uneingeschränkten Person als auch einer Person mit Bewegungseinschränkungen. Das Referenzvolumen, berechnet auf Basis normativer Gelenkwinkelintervalle, liefert die Grundlage für die Auswertung einer Bewegungseinschränkung (Limitierung der Gelenkwinkelintervalle bis hin zu einer Versteifung des Gelenks). Neben dem Gesamtvolumen werden im Rahmen der Auswertung auch die Mehrfacherreichbarkeit einzelner Voxel (Teilbewegungsräume) berücksichtigt. Hierbei gibt eine Farbskala-Auskunft über die Anzahl an Gelenkwinkelkonfigurationen, die das entsprechende Teilvolumen erreichen (rot = geringe Erreichbarkeit; grün = hohe Erreichbarkeit; Abbildung 14).
Für den Vergleich zweier unterschiedlicher Einschränkungen derselben Extremität stehen sowohl die jeweilige Relation zum Referenzvolumen als auch die direkte Gegenüberstellung beider Volumina zur Verfügung (Abbildung 15).
Ergänzend wird ein Differenzbild generiert, das über farbliche Markierungen jene Voxel in violett oder blau hervorhebt, die exklusiv unter einer der beiden Einschränkungen erreichbar sind. Voxel, welche hingegen durch beide der untersuchten Einschränkungen erreichbar sind, werden grau eingefärbt (Abbildung 16).
Ergebnisse
Obere Gliedmaßen
Die Analyse des Einflusses funktionsgünstiger Versteifungen von Schulter- und Ellbogengelenk verdeutlicht signifikante Unterschiede im erreichbaren Bewegungsraum. Unter normativen Bewegungsbedingungen beträgt das erreichbare Bewegungsraumvolumen 458,8 Liter. Eine funktionsgünstige Versteifung des Ellbogengelenks führt zu einer Reduktion auf 89,2 Liter, was einem Volumenverlust von etwa 80 % entspricht. Im Gegensatz dazu resultiert eine funktionsgünstige Versteifung des Schultergelenks in einem nahezu vollständigen Verlust des Bewegungsraums, wobei lediglich 17 Voxel – entsprechend 2,1 Litern – verbleiben. Dies entspricht einer Reduktion um rund 99,5 %. (Tabelle 2, Abbildung 17)
Diese Unterschiede bilden die Grundlage für eine qualitative Bewertung der funktionellen Auswirkungen in alltagsrelevantem Kontext. Die Überlappung der Bewegungsräume beider Versteifungsvarianten ist auf lediglich 0,5 Liter begrenzt, was auf eine minimale funktionale Schnittmenge hinweist (Abbildung 18). Dies verdeutlicht, dass die Lokalisation der Versteifung unterschiedliche Interaktionsräume im Umfeld des Körpers erschließt und demnach differenzierte Auswirkungen auf die Alltagsfunktionalität auftreten.
Bei der funktionsgünstigen Versteifung des Schultergelenks ergibt sich ein nutzbarer Bewegungsraum entlang einer etwa 140° umfassenden Kreisbahn um das Ellbogengelenk. Dabei nähert sich der Handwurzelpunkt mit zunehmender Beugung des Ellbogengelenks dem Mundbereich an, wodurch grundlegende Tätigkeiten wie die Nahrungsaufnahme, wenn auch eingeschränkt, weiterhin möglich bleiben. Tätigkeiten im Bereich vor dem Oberkörper sind teilweise weiterhin durch kompensatorische Bewegungen möglich, während Bewegungen und Tätigkeiten oberhalb der Schulterhöhe oder hinter dem Körper nur eingeschränkt oder unter Verwendung von Hilfsmitteln realisierbar sind.
Demgegenüber reduziert eine funktionsgünstige Versteifung des Ellbogengelenks den Bewegungsraum auf einen konstanten Abstand zwischen Schultergelenk und Handwurzelpunkt. Tätigkeiten wie Schreiben, Lesen oder der Umgang mit Werkzeugen sind grundsätzlich weiterhin möglich, wenn auch leicht eingeschränkt. Bewegungen in Kopf- und Gesichtsnähe, wie das Führen eines Löffels zum Mund, sind jedoch erheblich beeinträchtigt.
Insgesamt zeigt sich, dass beide Versteifungsvarianten die Ausführung jeweils unterschiedlicher Tätigkeiten ermöglichen. Eine abschließende funktionelle Bewertung hängt somit von der Priorisierung individueller Alltagsaufgaben ab. Die deutlich höhere Volumenreduktion legt jedoch nahe, dass eine funktionsgünstige Versteifung des Ellbogengelenks mit einer höheren Restfunktionalität und somit geringeren funktionalen Einschränkungen verbunden ist.
Untere Gliedmaßen
Auch der quantitative Vergleich funktionsgünstiger Versteifungen von Hüft- und Kniegelenk zeigt erhebliche Unterschiede im erreichbaren Bewegungsraum. Unter normativer Beweglichkeit beträgt das Bewegungsvolumen 1106,3 Liter. Eine funktionsgünstige Versteifung des Kniegelenks reduziert dieses Volumen auf 153,7 Liter (Reduktion von 86 %), während mit einer funktionsgünstigen Hüftversteifung lediglich 0,625 Liter (Reduktion von 99,8 %) weiterhin erreicht werden können. (Tabelle 3, Abbildung 19)
Bei der Hüftversteifung beschränkt sich der Restbewegungsraum auf eine ca. 140° umfassende Kreisbahn um das Kniegelenk, wobei die meisten Voxel hinter dem Körperschwerpunkt liegen und für alltagsrelevante Tätigkeiten nur eingeschränkt nutzbar sind. Demgegenüber erlaubt eine funktionsgünstige Versteifung des Kniegelenks trotz erheblicher Reduktion des Gesamtvolumens die Nutzung funktional relevanter Bereiche in der Nähe des Körperschwerpunktes.
Da die unteren Extremitäten primär der Fortbewegung dienen und hierfür koordinierte Bewegungen von Hüft- und Kniegelenk erfordern, können normative Bewegungsmuster bei isolierter Versteifung der Hüft- bzw. Kniegelenke nicht vollständig ausgeführt werden. Der direkte Vergleich verdeutlicht jedoch, dass eine funktionsgünstige Versteifung des Kniegelenks eine deutlich höhere Restfunktionalität und eine bessere alltagsrelevante Nutzbarkeit bietet als eine Hüftversteifung, was auf die zentrale Rolle der Hüfte bei großräumigen Beinbewegungen zurückzuführen ist.
Fazit
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Beeinträchtigungen der Mittel- und stammnahen Gelenke der unteren und oberen Extremitäten anhand einer simulativen Bewegungsraumapproximation auf Basis von analytischen Ansätzen untersucht. Die Auswertung zeigt, dass die funktionsgünstige Versteifung des stammnahen Gelenks gegenüber der des Mittelgelenks derselben Extremität in Bezug auf das erreichbare Volumen stark benachteiligt ist. Bei einer funktionsgünstigen Versteifung der Schulter wird beispielsweise ein 98 % geringeres Raumvolumen erreicht als durch die funktionsgünstige Versteifung des Ellbogengelenks. Auch im Bereich der unteren Extremitäten zeigt sich: Das erreichte Bewegungsraumvolumen bei einer funktionsgünstigen Versteifung des Hüftgelenks beträgt nur 2 % des erreichten Volumens unter einer funktionsgünstigen Versteifung des Kniegelenks.
Verlässt man die reine Bewegungsraumanalyse mit der Frage, ob ein Zielvoxel erreicht wird oder nicht, stellt man fest, dass die erreichten Volumina bei den oberen Extremitäten nur geringe Überschneidungen aufweisen, sodass keine klare Aussage bezüglich einer größeren funktionalen Einschränkung bei einer der Versteifungen möglich ist. Die Analyse der Mehrfach-erreichbarkeit bestimmter Voxel lässt aber den Rückschluss zu, dass aus verschiedenen Gelenkpositionen erreichbare Voxel wohl funktionell bedeutender sind als nur einfach erreichbare. Außerdem ist es aufgrund der immensen Volumendifferenz fraglich, ob eine nachfolgende Definition einer funktionalen Wertigkeit der erreichten Voxel tatsächlich eine abweichende Aussage herbeiführen könnte. Somit kann die zentrale Frage der Arbeit: „Stellt die funktionsgünstige Versteifung des stammnahen Gelenks eine schwerwiegendere Funktionsbeeinträchtigung dar als die funktionsgünstige Versteifung des Mittelgelenks derselben Extremität?“ wie folgt beantwortet werden: Die funktionsgünstige Versteifung des stammnahen Extremitätengelenks stellt in Bezug auf das erreichbare Volumen eine sehr deutlich schwerwiegendere Beeinträchtigung dar als die des sog. Mittelgelenks.
Es ist zudem anzumerken, dass es sich bei dem erstellten Berechnungsmodell lediglich um eine Approximation handelt. So vernachlässigt die Verwendung von Kapseln als Kollisionsprimitive beispielsweise Weichteileinflüsse bei der Erfassung von Kollisionen. Zusätzliche Fehlereinflüsse sind die limitierte Abtastung in 5°-Schritten sowie die Diskretisierung des Bewegungsraums in Voxel.
Um mit der entstandenen Anwendung nachfolgend auch Beeinträchtigungen unter dem Punkt der funktionalen Alltagstauglichkeit zu untersuchen, sind der Vergleich mit Bewegungsanalysen von Patienten sowie die Unterteilung des menschlichen Bewegungsraums in Bereiche mit unterschiedlicher funktionaler Wertigkeit erforderlich. Gleichzeitig ergibt sich aber, dass man über die Betrachtung der Gelenkversteifung hinaus auch Bewegungsräume bei verschiedensten Bewegungsdefiziten mit der physiologischen Norm aber auch anderen Funktionsbeeinträchtigungen vergleichen kann. Auf diese Weise kann ein weiterer Abgleich mit den fachübergreifend konsentierten Bemessungsempfehlungen (invalidiaet-online.de) zur Validierung der Werte erfolgen.
Zur Diskussion gestellt
Auf Grund der Ergebnisse dieser Bewegungs-/Funktionsraumanalysen ergibt sich die Notwendigkeit der Neuwichtung der Invaliditätseckwerte für funktionsgünstige Versteifungen von Schulter-, Ellenbogen-, Hüft- und Kniegelenk. Beim Vergleich mit anderen Eckwerten erscheint es sinnvoll, an den bisherigen Versteifungswerten der Mittelgelenke festzuhalten, während seitens der funktionsgünstigen Versteifung des Schultergelenks eine Heraufsetzung der Invalidität von 8 auf 9/20 Armwert und bei der funktionsgünstigen Hüftgelenksversteifung von 10 auf 11/20 Beinwert vorgeschlagen wird.
Interessenkonflikt: Es besteht kein Interessenkonflikt.
Literaturverzeichnis
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Denavit Hartenberg. (1955). A Kinematic Notation for Lower-Pair Mechanisms Based on Matrix.
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Kapandji, A. I. (2023). Funktionelle Anatomie: Schematisierte und kommentierte Zeichnungen zur menschlichen Biomechanik (Bd. 7, 7 Bände). Georg Thieme Verlag.
Klemm, H. T., Ludolph, E., Willauschus, W., Wich, M., Weber, S., Fuhrmann, R. et al. (2024). Bemessungsempfehlungen zur Invalidität in der privaten Unfallversicherung – fachübergreifender Konsens – Stand 09/2024 : Von der Fachgesellschaft Interdisziplinäre Medizinische Begutachtung (FGIMB) e. V. zur Anwendung empfohlen am 06.10.2023. Unfallchirurgie (Heidelberg, Germany) [Recommendations for assessment of disability in private accident insurance-Interdisciplinary consensus-Status September 2024 : Recommended for use by the Specialist Society of Interdisciplinary Medical Expert Opinion (FGIMB) on 6 October 2023], 127(10), 748–766. https://doi.org/10.1007/s00113-024-01483-5
Klemm, H.‑T., Wittchen, V., Willauschus, W., Fuhrmann, R. A. & Hohendorff, B. (2020). Gelenkversteifung in gebrauchsgünstiger Stellung : Überlegungen zur Invaliditätsbemessung in der privaten Unfallversicherung. Der Unfallchirurg [Joint arthrodesis in functionally favorable position : Considerations on measurement of disability in private accident insurance], 123(12), 988–998. https://doi.org/10.1007/s00113-020-00913-4
Siegert, H.‑J. & Bocionek, S. (1996). Robotik: Programmierung intelligenter Roboter. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-80067-2
Anschrift für die Verfasser:
Dr. med. Holm-Torsten Klemm
FIMB Bayreuth/Erlangen
Ludwigstrasse 25, 95444 Bayreuth
