Wissenschaftsförderung der Merian Iselin Klinik

Professor Pagenstert sieht das Projekt als wissenschaftlich, akademisch und orthopädisch grossen Erfolg, da mehrere Doktoranden, PhD Studenten und auch Habilitierende dadurch die Möglichkeit hatten sich einzusetzen und Meriten zu sammeln. Basierend auf den erhobenen Daten konnten bereits mehrere Manuskripte veröffentlicht werden und weitere Publikationen sind geplant.

Merian Iselin Clinic cares about Forschung und Innovation

Abschlussbericht
Dezember 2021

Projekttitel: Gangbild nach Knie- bzw. Hüft-TEP
Projektteam: Prof. Dr. med. Geert Pagenstert, Prof. Dr. habil. Annegret Mündermann Ph.D.
Projektdauer: 1.1.2019 – 31.12.2021

Aktueller Stand

Innerhalb das Förderzeitraums wurden 127 Studienteilnehmer eingeschlossen:
• Gesunde: 32
• KTEP 1 Jahr postoperativ: 21
• HTEP 1 Jahr postoperativ: 31
• HTEP Präop: 24
• KTEP Präop: 19

Basierend auf den in diesem Projekt erhobenen Daten konnten mehrere Kongress- und Journalbeiträge vorbereitet bzw. publiziert werden bzw. sind aktuell unter Begutachtung mit voraussichtlicher Publikation in 2022 (siehe unten Publikationen). Da die letzten Follow-ups aufgrund von pandemiebedingten Verzögerungen erst im Dezember 2021 durchgeführt werden konnten, basieren die bisherigen Publikationen weitgehend auf den mit tragbaren Sensoren (Wearables) erhobenen Gangdaten, die jedoch vielversprechende Ergebnisse produziert haben.
Um die Entwicklung und Untersuchung von Interventionen von Arthrose voranzutreiben, bedarf es dringend quantitativer Outcomes, die den funktionellen Status der Patienten mit Gonarthrose oder Coxarthrose adäquat widerspiegeln. Ziel dieser Auswertung war zu bestimmen, ob Gelenkbewegungen während des Gehens spezifisch für das betroffene Gelenk – also Knie versus Hüfte – mithilfe von Wearables und Statistical Parametric Mapping identifiziert werden können und ob diese erkrankungsbedingten Abweichungen im Gangmuster im Zusammenhang mit subjektiven Patientendaten (patient reported outcome measures) stehen. Für diese Analyse wurden Daten von 113 Teilnehmern herangezogen (N=29 unilaterale Gonarthrose; N=30 unilaterale Coxarthrose; N=54 alters-gematchte asymptomatische Kontrollpersonen (in allen Gruppen ergänzt aus der Labordatenbank). Alle Probanden absolvierten eine Ganganalyse mit Wearables und füllten den Knee/Hip Osteoarthritis Outcome Score (KOOS/HOOS) aus. Knie- und Hüftkinematik unterschied sich zwischen Patienten mit Gonarthrose und Patienten mit Coxarthrose, und die Unterschiede zur Kontrollgruppe waren deutlicher im betroffenen als im kontralateralen Bein. Die beobachteten Abweichungen der Sprunggelenks-, Knie- und Hüftkinematikkurven im Vergleich zur Kontrollgruppe korrelierten bei beiden Gruppen mit dem KOOS/HOOS. Die quantitative Erfassung von Gelenkkinematik beim Gehen mithilfe von Wearables hat somit ein grosses Potential für die Anwendung als Outcome in klinischen Studien und zur Kontrolle von Behandlungserfolg bei Patienten mit Gon- oder Coxarthrose sowie in grossen Kohorten einen bedeutenden Fortschritt in der Forschung von muskuloskelettalen Erkrankungen bedeutet.

So konnten wir in einer weiteren Untersuchung mithilfe von Wearables zeigen, dass Patienten 12 Monate nach Hüft-Totalprothese signifikant schneller gehen, jedoch im Mittel die Gehgeschwindigkeit alters-gematchter Kontrollprobanden nicht erreichten. Dagegen unterschieden sich Hüft- und Kniekinematik lediglich präperativ aber nicht postoperativ von der Kinematik der Kontrollen. Der dynamische Bewegungsumfang der Hüfte beim Gehen korrelierte positiv mit den HOOS Subscores. Ausserdem wurde die prä- zu postoperative Veränderung im HOOS Symptome Score erklärt durch die Kombination von präoperativem HOOS Symptome Score sowie der Veränderung des dynamischen Bewegungsumfangs der Hüfte beim Gehen jedoch nicht durch den passiven Bewegungsumfang der Hüfte. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass Ganganalyse mittels Wearables wichtige Einblicke in die funktionellen Limitationen und deren Verbesserung bei Patienten, die eine Hüfttotalarthroplastik erhalten, geben, die nicht durch subjektiven Patientendaten erfasst werden können.
Weiter ausstehend sind nach Ablauf des Förderzeitraums (2019-2021) aufgrund der aufwändigen Datenverarbeitung weiterhin Auswertungen zum Zusammenhang zwischen Gelenkskinematik, Gelenkkinetik sowie Muskelaktivität und deren Unterschiede zwischen den Patientengruppen und im Verlauf nach Totalarthroplastik. Entsprechend sind aktuell weitere Publikation in Vorbereitung.

Publikationen

1. Kaufmann M., C. Nüesch, M. Clauss, G. Pagenstert, A. Eckardt, T. Ilchmann, K. Stoffel, A. Mündermann, and P. Ismailidis. Functional assessment of total hip arthroplasty using IMUs: improvement in gait kinematics and association with PROMs. In review.

2. Nüesch C., P. Ismailidis, D. Koch, G. Pagenstert, T. Ilchmann, A. Eckardt, K. Stoffel, C. Egloff, and A. Mündermann (2021) Assessing Site Specificity of Osteoarthritic Gait Kinematics with Wearable Sensors and Their Association with Patient Reported Outcome Measures (PROMs): Knee versus Hip Osteoarthritis. Sensors 2021, 21(16), 5363; https://doi.org/10.3390/s21165....

3. Ismailidis P., C. Nüesch, M. Kaufmann, M. Clauss, G. Pagenstert, A. Eckardt, T. Ilchmann, and A. Mündermann (2021) Kinematic changes in severe hip osteoarthritis measured at matched speeds. Journal of Orthopaedic Research 39(6):1253–1261. doi: 10.1002/jor.24858.

4. Ismailidis P., L. Hegglin, C. Egloff, G. Pagenstert, R. Kernen, A. Eckardt, T. Ilchmann, C. Nüesch, and A. Mündermann (2021) Side to side kinematic gait differences within patients and spatiotemporal and kinematic gait differences between patients with severe knee osteoarthritis and controls measured with inertial sensors. Gait and Posture, 84:24-30; doi: 10.1016/j.gaitpost.2020.11.015.

5. Ismailidis P., C. Nüesch, M. Kaufmann, C. Egloff, G. Pagenstert, R. Kernen, A. Eckardt, T. Ilchmann, and A. Mündermann (2020) Measuring hip, knee and ankle kinematics in patients with hip osteoarthritis using wearable sensors. Gait and Posture 81:49-55; doi: 10.1016/j.gaitpost.2020.07.004.

6. Ismailidis P., C. Egloff, L. Hegglin, G. Pagenstert, R. Kernen, A. Eckhardt, T. Ilchmann, A. Mündermann, and C. Nüesch (2020) Kinematic changes in patients with severe knee osteoarthritis are a result of reduced walking speed rather than disease severity. Gait and Posture 79:256-261; doi: 10.1016/j.gaitpost.2020.05.008.

7. Nüesch C., M. Kaufmann, P. Ismailidis, M. Clauss, G. Pagensteert, A. Eckardt, T. Ilchmann, and A. Mündermann (2022) Towards wearable sensor based gait analysis in routine clinical practice: association between changes in gait kinematics and PROMs in hip arthroplasty. Submitted to the 2022 World Congress of the Osteoarthritis Research Society International, May 2022, Berlin, Germany.

8. Mündermann A., P. Ismailidis, G. Pagenstert, C. Egloff, and C. Nüesch. Identifying disease specific gait kinematics using wearable sensors: knee versus hip osteoarthritis. In: Proceedings of the 15th Interdisciplinary Symposium AUTOMED 2021 – Automation in Medical Engineering, June 2021, Basel, Switzerland.

9. Ismailidis P., C. Egloff, L. Hegglin, G. Pagenstert, R. Kernen, A. Eckardt, T. Ilchmann, A. Mündermann, and C. Nüesch. Influence of gait velocity on kinematic alterations of patients with knee osteoarthritis. In: Proceedings of the 80th Annual Congress of Swiss Orthopaedics, August 2020, Basel, Switzerland.

10. Mündermann A., P. Ismailidis, C. Egloff, G. Pagenstert, and C. Nüesch. Distinguishing joint specific adaptations in gait kinematics using wearable sensors: knee versus hip osteoarthritis. Submitted to the 26th Congress of the European Society of Biomechanics, July 2020, Milano, Italy – Congress canceled.

11. Nüesch C., P. Ismailidis, L. Hegglin, G. Pagenstert, C. Egloff, and A. Mündermann. [Unterschiede im Gangbild zwischen Patienten mit Gonarthrose und Gesunden gemessen mit Inertialsensoren – Einfluss der Ganggeschwindigkeit]. In: Proceedings of the 35th Annual Congress of the German Society of Orthopaedics and Traumatology in Sports, June 2020, Berlin, Germany.

12. Nüesch C., P. Ismailidis, L. Hegglin, G. Pagenstert, C. Egloff, and A. Mündermann. Unterschiede in Gangkinematik bei Patienten mit Gonarthrose gegenüber Gesunden bei selbstgewählter und gematchter Ganggeschwindigkeit gemessen mit Inertialsensoren. In: Proceedings of the GAMMA Kongress, March 2020, München, Germany.

Aufgrund der Auswirkungen durch Covid-19 konnten nicht für alle Patienten zu allen Zeitpunkten alle Parameter erhoben werden. Soweit aufgrund der Datenverfügbarkeit möglich werden folgende weitere Manuskripte vorbereitet:

1. Effect of total knee arthroplasty on gait asymmetry in patients with knee osteoarthritis

2. Effect of total hip arthroplasty on gait asymmetry in patients with hip osteoarthritis

3. Detectable gait changes after total knee arthroplasty using wearable IMUs

4. Association of ratio between muscle strength deficit in the affected versus contralateral limb and postural and dynamic stability in patients with severe knee OA, in patients after total knee arthroplasty and in age-matched healthy persons

5. Association of ratio between muscle strength deficit in the affected versus contralateral limb and postural and dynamic stability in patients with severe hip OA, in patients after total hip arthroplasty and in age-matched healthy persons

6. Association between preoperative muscle strength deficits and postoperative function in patients receiving total knee replacement

7. Association between preoperative muscle strength deficits and postoperative function in patients receiving total hip replacement

Publikation der Arbeitsgruppe

Assessing Site Specificity of Osteoarthritic Gait Kinematics with Wearable Sensors and Their Association with Patient Reported Outcome Measures (PROMs): Knee versus Hip Osteoarthritis