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Entlastung des Hüftgelenkes durch die Thomasschiene D. Koh n, C. l .

wtnn,

H . lohn, T. Busche

Die Thom asschiene läßt sich auf einen von Zusam menfassu ng

Die Thomasschiene wird hauptsächlich zur Entlastung des Hüft gelenks verordnet. Ihr theoretisches Wi rk prin zip ist eine Umgehung des Gelenkes durch Einleitung des Körpergewichtes in die Orthese über den Tubersitz. - Mit Hilfe elektroni scher und elektromec hanischer Meß vorrichtu ngen wurde an einer Th om asschiene üblicher Bauweise die Lastübertragung gemessen. Die Ergebnisse zeigten, daß nur etwa die Hälft e der auf die O rthese a ufgebrachten Last unter Umgehung des Hüft gelenk es zur Auftrittsplatte geleitet werden konnte. Für Indikationen, die eine völlige Hüftentlastung erfordern, kann die Thom asschiene demnach nicht eingese tzt werden. Dieses Resultat war weitgehend unabhängig vo n der Art des Untergrundes (Ebene , Schiefe Ebene, Treppe) und von der Ga nga rt des Prob anden . Die Außenschiene übernahm in keinem Fa ll mehr als 25"70 der übe rt ragenen Last.

Relief of th e H ip J oint by the Thomas Splin t T he Th omas Splint is mainl y administered to relieve weight from the hip joint. Theoretically the leg is bypa ssed by Ira nsmitt ing the bo dy weight directly from the pelvis to the floor. - Load transmissio n via a Thomas Splint was measured with an ortho sis strain gauged at the ischial interface area and at the f'oot plate. Th e results show, that about one half of th e weight will bypa ss the joi nt through th e orth osis. T he Thom as splint ist unsuitable in cases when complete weight relief from the hip joint Is necessary. - These results d id not depend on whether the floo r was flat or ascending , o r whether stairs were climbed . The lateral bar never carried more then 25070 of the force transmitted .

Einleitung

Für die En tla stung des Hüftgelenk es werden verschiedene Orthesen angegeben . Die klassische Entlastungsort hese ist der "Thoma s-Bügel" oder die ..T homa sschi ene" (Baumgartner-Ritter 198 1).

Z. Ortb o p . 129 (199 1) 225-229 © 1991 F. Enke Verlag Stuugan

H . O. Thomas (1890) a ngegebenen Apparat zu rüc kführen. Die Thom asschiene nach heutiger Bauart besteht aus dem Tuberau fsitz, zwei Metallschienen, die durch mehrere Schellen verbunden sind, einem Fußbügel so wie einer Vorri chtung zur Verm eidung de r SpitzfußsteIlung iNeff, 1986). Nach der Vorstellun g von Boh ne (1957) schwebt da s Fersenb ein inn erh alb des Themas-Bügels, weil das Tu ber os sis ischii auf der obersten Schelle bzw . dem Tubersitz ruht. Der Schuh der Gegenseite wird bis zum Beckengera dsta nd erhöht. Hauptindikation zum Einsatz der Thom asschiene ist die Perthes' sche Erkran kung (Exner 1949, Bernbeck u . Dahm en 1976, H ohntann u . Uhlig 1982). Hü ftko pfnekrose sowie hüftgelenksnahe Knochenverletzungen gelten außerdem als Indikation en (Hoh mann u. Uhlig 1982). Die Th om asschiene wird a uch bei weiter di stal gelegenen Af fektionen der unteren Extremität eingesetz t. Bernbeck u . Mitarb . (1982) beschr eiben ihre Verwendung bei der angeborenen Unterschenkelpseudarthrose.

Die Vorstellun g, da ß durch eine T ho ma sschiene das Hü ftgelenk entlastet werden könn e, und das Körpergewicht am Sitz bein h öck er auf den Tu bersitz und damit auf die Schiene übertragen werde, ist nicht unwidersproc hen geblieben . Charnley (1947) hat a ufgrund theoretische r Überlegungen gefo lgert, daß die Thom asschiene in Bezug au f das Hüftgelenk nur eine Teilentl astung und keine vö llige Entlastung bewirken kann . Thompson u. Softer (1987) bezweifeln sogar, wiederum aufgru nd theoretischer Überlegungen, daß die Thom asschiene in der Lage ist eine nennenswerte Hüft entlastung zu bewirken. Volkert (1976a, b) hat da s Bau prin zip der Th om asschiene modifiziert. Er sieht den wesentlichen Nachteil bei herköm mlicher Bauweise im Prinzip der Lasteinleitun g über den proximalen Schaft mit Tubersitz. Der von ihm angegebene Ringschaft soll die entlastende Wirkun g der O rthese auf das Hüftgelenk verbessern. Nach Angaben vo n Ro se (1986) ist jedoch mit Tuberau fsitz und proximalem Kur zscha ft eine vollständige Hü ftentl astung möglich . Die Angaben vo n R ose beruhen auf experimentellen Untersuchungen. Damit widersprechen sich die bisherigen Angaben betr effend der H üftgelenksentlastun g durch die Tho masschiene. Eine Klärung a nhan d theoretischer Überlegungen erscheint nicht möglich. Die Orthese vo m Typ der Thom asschiene ist andererseits nach wie vo r insbeson dere zur Behandlung der Perthes'schen Erkrankung weit verbreitet. Dies war An laß zur Du rch führung einer eigenen experimentellen Studie. Ziel unserer Untersuchungen

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aus der Orthopädischen Klinik der Medizinischen Hochschule Hannover im Annastift e. V. und der Werkstät te für Ortho p ädietechnik im Rehabilitationszentrum Annastift (Leitung: John und Bamberg)

D . Kahn und Mitarb.

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Abb. 2 Mod ifizierter Tube rsitz. Das reibungsfrei gelagerte Joch (Pfeile) überträgt die Kraft auf die Kraftmeßdose (Pfeilspitze! A bb . 1 Mo difizierte Bodenauftrittsplatte (zerlegt) mit Kraftmeß dose lPfeilspitzel und Parallelführung (Pfellel

war es einerseits, den über den Tubersitz eingeleiteten Lastauteil zu bestimmen und andererseits die Lastübertragung via innere bzw. äußere Schiene zu vergleichen. Male rial und Methode Für die rechte untere Extremität einer gesunden männ lichen 20jährigen 706 Newton schweren Versuchsperso n wurde eine Thomasschiene nach üblichem Bauprinzip angefe rt igt. Vor der Fertigstellung wurde die Orthese mit elektronischen und elektromec hanischen Meßau fnehm ern a usgerüs tet. Je weils eine Kraftrneßdose ' wurde in der modi fizierten Bodenplatte sow ie im modifizierten Tuberau fsitzteil untergeb racht (Abb. I). Da die Meßd osen möglichst lotrecht belastet werden sollten, wurde da s belastend e J och über eine Kugelscheibe mit den Dosen in Verbindung gebracht. Auf diese Art wäre ein Verkanten des Joch s zulässig gewesen, ohne das Meßergebnis wesentlich zu beeinfl ussen. Um aber ein Verkanten vo n vornherein auszuschließen, wurde das Joch über kräftige Kugelfü hrung in der Orthese gelagert. An Au ßen- und Innenschiene wurden zwischen Kurzschaft und pro ximaler Schelle jeweils eine DMS-Vollbrücke' a ngebracht. Zwei DMS-Vollbr ücken desselben Typs wu rden zusätzlich an den Verschlußriemen des Kurzschaftes befest igt. Beim Anb ringen der Meßeinric htungen wurde da rauf geachtet, die Orthese so wenig als möglich zu verä ndern (Abb. 2). So ist als einziger Unterschied zu einer Standa rdschiene die um die Meßeinrichtung höh ere Bodenplatt e zu nennen . Der Au sgleichsschuh am anderen Bein mußte demzufolge um 40 mm höh er sein als gewöhnlich.

1

ELF-B25-500 , Firma A hlten Meßtechnik, Frankfurter Str.

2

3/ 120 XYI I, Firma Hottin ger & Baldwin, Steimbker Ho f 8, 3000 Hannover 6 1

148, 6233 Kelkheim

Die Pegel der Signale der Kraftmeßdosen in der Bod enplatte (FB) und im Tubersitz (F T) wurd en in dem zum Meßsystem gehö renden Verstärker] auf brauchbare Werte a ngehobe n. Die Signala ufb ereitun g der verschiedenen Dehnungsmeßstreifen erfolgte zunächst ebenfalls üb er Meßverst ärker", Im letzten Glied der Meßkette wurd en Signale nach der Methode der Fast Fo urier Tran sfo rmation aufbereitet ". Die aufbe reiteten Signale wurden a uf einer Flopp y Disk gespeichert und au f dem Bildschirm zur Anzeige gebracht. Nach Beendigung der jeweiligen Reihe wurden die Signalverläufe auf einem Plotter" ausgegeben . Durch eine mob ile 10 m lange Ka belverbindung vo n der Meßorthese zum Gerätewage n war die Versuchsperson frei und unbehindert beweglich (Abb. 3). Nac h einer Eingewöhnungszeit, in der das freie Gehen mit der Or these erlernt wurde, erfo lgten die Messungen unter verschiedenen Bedingungen. Dabei wurden die Gangart, die Neigun g der Grundfläche und die Fixierung der Orthese verändert. Ergänzend zu den o bjektiven Meßwerten wurde jeweils eine subjektive Beurteilung des Tragekomforts durch die Versuchsperson auf einer Sechspu nkteskala vo n ..sehr gut" bis ..un genügend " , analo g dem Schu lnote nsystem, vo rgenommen.

Ergebnisse

Nach kor rektem Anlegen der Orthese wurde der Tragekomfort unter allen Bedingungen vo n der Versuchsperson mit . gut" bewert et . Ein lockeres Anlegen der pro ximalen Manschette führte zu einem verstärkten Leistendruck und zum Abfall der subjektiven Bewert ung ] z-K a nal meßversrärke r, Firma Ahlt en-Meßt echnik, 6233 Kelkheim .& z-Kanalmeßve rst ärke r, KWS 3073, Fa. Hott inger & Baldwin, Steimbker Ho f 8, 3000 Hannover 6 1 S Fast Fourier Transformer SO 385/S0 380, Sciemi fic Atlama, Albert Schweltzer Str. 66, 8000 München 6) , HP 7475 A D1N A 3/H P; 7470 A D1N A 4, Hewlett Packard Vertriebszentrale Deutschland , Hewlett Packard Straße, 6380 Bad Homburg

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Z. Orthop . 129 (1991)

Entla stun g des Hüftgelenkes durch die The masschiene

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Abb . 4 Zeitgle icher Verlauf der von den Meßdosen in der Bodenplatte (oben) und im Tubersitz (unten ) vermittelten Signale . Auftrittsp hase ta) und Schwun gphase (bl A bb. 3 Versuchsperson mit angelegter Meß orthese . Kraftmeßdosen befinden sich in der Bodenauftrittsplatte und im Tubersitz IPfeilspitzen ). Dehnungsmeßstreifen (Pteilel sind an Außen- und Innenschiene befest igt

auf die Note . rnangelhaft:'. Die mittels der Kraftdosen gemessenen Werte erwiesen sich als in engen Gren zen reprodu zierb ar. Weniger zuve rläss ig waren die von den Dehnun gsmeß streifen vermittelten Daten . Au s die sem Grunde erfo lgen Au ssagen üb er die Ab solut werte nur für die über die Meßdosen ermitte lten Werte. Die Signale der Dehnun gsmeß str eifen an Außen - und Inn enschiene werden lediglich zueinander in Relati on gesetzt. Abbildung 4 zeigt den Signal verlauf der von den Kraftmeßdosen gelieferten Signale beim Gang zur ebenen Er de . Als wesentliche num erische Parameter wurden die in Newton um gere chne ten , an Bodenpl atte und Tubersitz registrierten Maximalkräft e F B ma x. bzw. FT max. angege ben . Bei der Umrechnung der gemessenen Spa nnungen a uf die Krä fte wurde das Eigengewicht der Or th ese berück sichti gt.

Stehen Der fr eistehende Proband wurde aufgefordert beide Beine gleichmä ßig zu bela sten . Über die Bodenplatte wurden durch schnittlich 336 Newton (324-343 Newton) und über den Tubersitz 121 Newton (112-133 Newton) übertragen . Der über den Tubersitz eingeleitete La stanteil des Körpergewichtes beträgt durch schnittlich 44 070 . Er ist beim zweibeinigen Stand kleiner a ls bei allen anderen Versuchsanordnungen . Stets war die üb er die Außen schien e geleitete Kraft FA nur ein Bruchteil üb er die Innenschien e geleiteten Kraft F t- Beim zweibeinigen Stand betrug sie im Mittel 34% (siehe Tab elle 1). Durch lan gsame s Ab sprei zen und Wiedera nfü hren des nicht ort hesenversorgte n Beines gelang der Versuchsperson ein kurzzeitiger freier einb einiger Stand a uf dem mit der Th om asschiene versehenen Bein. Während des Einbeinstandes verläuft die gesa mte La steinleitung über da s orthesentragende Bein . An gegeb en werden Mittelwerte aus 10 Einzel versuchen. Durchschnittlich wur-

Tab . 1 An der Bodenplatte bestimmte Max imalkraft (Fsmax), am Tuberaufsitz bestimmte Maxim alkraft (FTmaxl. Mittl erer prozentuale r Anteil der über den Tubers itz eingele iteten Last (AT). Mittl erer prozentuale r Anteil der über die Auß ensch iene geleiteten Kraft Aa l%l. Angegeben sind jewe ils die arithmetischen Mittelwerte aus mindestens fün f Einzelmessungen. Z = Zyklus dauer I Doppetschrittl

I F' m". INI Stand , zw eibeinig Stand, einbeinig Gehen , Normaltempo (Z = 2,46 sec) Gehen, schne ll (Z = 1,8 5 sec ) Gehen, Orthes e vorausgesetzt Gehen, Orth ese nachgeset zt Gehen , rückw ärts Gehe n, bergauf Gehen , bergab Gehen , trepp auf Gehen, treppab

336 807 807 782 8 12 840 776 773

802 848 810

19 25 26 20

117-201 124-251 123-271 119 -201

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c c c

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D. Kohn und Mitarb.

den a n der Bodenplan e 807 Newton (805- 8 11 Newton) und a m Tubersit z 398 (380- 4 14 Newto n) gemessen . Damit wurd en 54070 der Körperlast übe r den T ubersitz eingeleitet. Die A ußenschiene übert rug im Mitt el 37070 der a n der Inn enschiene übert ragenen Last.

Ge hen Bei den Gehversuchen wurden jeweils 5 aufeina nde rfo lgend e Ga ngzyklen vermessen und die erhaltenen Werte gemittelt, Beim Gehen wa r der über den Tu bersitz eingeleitete Lastanteil stet s grö ßer a ls beim einbeinigen oder beim zweibeinigen Sta nd. Beim Gehen mit normalern Temp o zu eben er Erde wurde der höchste Lastanteil am Tubersitz gemessen . Er betrug durchschnittlich 430 Newton (415- 441 Newton) und da mit durchschnittlich 57070 des in der Bodenpl att e in der Belastun gsph ase gemessenen korrigierten Ma ximal wertes. Tabe lle I zeigt die Werte für versch iedene Gangarten . Gehen mit vorgesetzte r Orthese redu ziert e den T uberanteil a uf 49010, während ihn das Ge hen mit nachgesetzter Orthese erhöht e. Beim schnellen Gehen war der Tubera nteil mit 51010 relati v gering. Freies Gehen treppauf fü hrte zu den höchste n gemessenen Krä ften im Bodenplatt enan teil. Der Betra g dieser Krä fte lä ßt sich in einem statischen Mo dell nicht erklä ren. Er geht üb er die Summe von Körpergewicht (706 Newton) und zusä tzlichem Balast wie Schuherh öhun g, Schuhe und Eigengewicht der Orthcse (zu sam men 67 Newton) hin au s. Der Verlauf der Kraft zeitdi a gra mme bei Tr epp au fgehen ist im Unterschied zu den beim G an g zu ebener Erde aufg ezeichneten Kurven zv..-eigipfelig (A bb . 5).

Il isku ssion

Thotnas hat zwei verschiede ne O rthesen zu r Entlastun g des H üftgelenk s bzw. des Kniegelenks angegeben: de n "Tho mas-hip-splint" und den . Thomasknee-splint " (A AOS 1952). Die "T hornasschiene" in heute 2

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-2 Abb. 5 Ausgeprägt zw eiqipf eliq er Kurvenverlauf beim Treppaufg ehen

4

übli cher Bauweise läßt sich au f den ursprünglichen ..Th ornas-knee-splint" zurück fü hren . T rot zdem wird sie überwiegend bei Hüftgelenkserkra nkungen eingesetz t (Bernbeck u. Dahmen 1976, Baumgartner-R itter 1981, Rose 1986). Die vollstä nd ige La stau fna hme übe r den pro ximalen Kurzscha ft mit Tuberau fsitz ist experimentell gesichert (Rose. J986). Diese Bauweise gewährleistet nac h unseren Versuchsresult aten bei feste m Verschlu ß des Kur zscha ftes einen gut en Tr agekorn fort. Bei losem Sitz veru rsac ht die O rthose dagegen bereits nach wenigen Sch ritte n oder nach kurzer Stehphase erhebliche Beschwerden . Für eine vollstä ndige Entlastung des Hüftgelenk es wären zwei Vor au ssetzungen zu fo rdern: Erstens müßte die Körp erlast vollstä ndig vom T ub er ossis ischii auf den Tubersitz unter Umgehung des Ob erschenkel s übertragen werden . - Das Ausmaß der Lastübertragu ng vom Becken auf die Orthese ist damit von ent scheid end er Bedeutung bei Betr achtung der äuße ren Krä fte -. Zweitens müßten die inn eren von den pelvifemo ra len Mu skeln erzeugten Krä fte vernachlässigbar gering sein. Auch sie füh ren zu eine r Kompression des Hüftgelenkes una bhängig von der äuße ren Belastu ng des Beines (Thompso n u . Salter 1987). Nach Anga ben von Rose ( 1986) sind die innere n Krä fte tat sächlich gering. Aufgrun d unse rer eigenen Versuchsanordnu ngen ist eine Aussage über inn ere Krä fte nicht möglich . Eine Übert ra gung der mitt els soge nannt er Meßend oproth esen des H üft gelenk es gewonnenen Daten (English u. Kilvington 1979, Bergm ann u . Mita rb , 1989, Hodge u . Mita rb . 1989) a uf die Verh ältnisse beim jugendlichen, von intak ter Mu skulatur umg ebenen , unversehrten H üftgelenk erscheint nicht unp rob lematisch . Damit sind sichere Au ssagen über die inneren auf da s Hüftgelenk wirkenden Krä fte derzeit nicht möglich . Unsere Result ate zeigen , daß der Anteil der vom T ubersitz aufgeno mmenen Kra ft weitge hend una bhä ngig von der Art des Unte rgru ndes - Ebene, schiefe Ebene , Trepp e - und weitgehend unabhän gig von der Ganga rt bei ca . 500;0 liegt. Dies bede utet, da ß die Hälfte der Last vom Sitz, die a ndere Häl fte üb er den Kurzsch a ft übertragen wird. Von der inneren Schiene muß ein erheblich grö ßerer Lastan teil übe rn om men werden als von de r ä ußeren. Die Au ßenschiene übernahm in keinem Fall mehr a ls 25070 der Gesam tlast. - Damit bestät igen unsere Meßergeb nisse die von Cham tey (1947) geä uß ert e Vermutung, daß die Thoma ssch iene in Bezu g auf da s Hüft gelenk a ls lastmindernder. aber nicht als entlastende r Apparat zu gehen hat. A nder erseits kann der Aussage von Thompson u . Salter ( 1987), die die Wirkung des T hem as-B ügels auf das Hüftgelenk für ..nur unwesentlich- ha lten, nicht zugestimmt werden. Bei Betr achtun g der a bsoluten Kra ftwert e wird deut lich, da ß beso nders dem T reppensteigen eine sehr belastend e \Vir kung auf das orth esen tragende Bein und da mit auch auf das Hü ftgelenk zuk ommt. Diese Krä fte sind nur dynam isch du rch die Massentr ägheit de s Körpers erklärba r. Das erste Maxim um des doppelgipfeligen Kra ftzeitverlaufes (Abb . 5) wird hypothetisch dadurch erzeugt, da ß, nachdem die Orthese a ufgesetzt ist, das gegenseitige Bein nach oben beschleunigt wird , und somit eine Kraft a uft ritt, die sich zur Gewichts kra ft a ddiert. Ist das freie Bein da nn a ufgesetzt , wird de r Oberkörpe r nach dor so-caudal verlagert, um Schwung zu holen , da ein Abknick en im orthesenversorgte n Knie nicht

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Entlastun g des Hüftgelenkes durch die Thomasschiene

Unsere Ergebni sse zeigen, daß mit de r Thomasschiene in vorgestellter Bauweise bei gut em Tragekomfort etwa die Häl fte de r a uf die O rth ese a ufge brachten Last über de n Tu bersitz unter Umgehung des Hüft gelenkes zur Grundplatte geleitet wird . Für Indika tionen , die eine völlige Hüftentlastu ng erfo rde rn , ka nn die Orthese nicht verwendet werden . O b a llerdings der Einsatz an derer Ort hesen wie z. B. der Atlan taschiene (Purvis u. Mitar b. 1980) a nstelle der Th om assch iene bei deren häufigster Ind ikation . dem Morbu s Perth es, zu bevo rzugen ist , läßt sich nur a nhan d klini scher Studien entsc heiden . Hier m üssen auch Param eter wie Tragekom fort. Ak zeptan z der Orthese durch den Pa tienten und Bewegungsmöglichk eit des Hüftgelenkes bei an gelegter Orthese Berüc ksichti gun g find en .

Literatur Baumganner-Rine r, R. F.: Ort hesen . In : Orth op ädie in Praxis und Klinik , hrsg. von Witt , A. N. u . Mitar b ., Bd. 11 : Allgemeine Orth opä die. 2. Au fl . Thieme, Stuu ga rt 1981. S. 18.2Q-. 18.21 2 Bergm ann, G., A. R ohfmann u . Mitar b .: In vlvo Messun g der H tiftgelenksbelastung. 1. Teil: Krank engymn astik . Z. Ort hop . 127 (1989) 672-679 ) Bernbeck , R . , G. Dahmen: Kinderorthopädie. 2. Aufl ., Th icmc, Stuttgart 1976. S. 321

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Priv, Do z. Dr. med. habil. D. Kohn On hop . Klinik der MHH im Ann astift e. V. Heimchenstraße 1- 7 o.sooo Han nover 61 Tel.: 0511- 5354 -344

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möglich ist. Diese Phase ist im Kraft verlau f durch ein relatives Min imum geken nzeichnet. Die an der Bod enplatte gemesse ne Last sinkt unter da s Körpergewicht a b. Beim anschließenden Vo rsch wingen des Ob erk örpers steigt die übertragene Kraft aufgru nd der Trägheit wieder üb er das Körpergewicht an, um schließlich in der Schwungphase des Orthesenb eines a uf 0 ab zufallen.

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[Stress relief of the hip joint by the Thomas splint].

The Thomas Splint is mainly administered to relieve weight from the hip joint. Theoretically the leg is bypassed by transmitting the body weight direc...
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