Clinical Biomechanics of Upper Extremity

Abstract

This thesis introduces a comprehensive biomechanical analysis of reverse total shoulder arthroplasty (RTSA), incorporating both the shift of the center of rotation (COR) and humerus prolongation. The analysis is conducted using a unique validated method based on widely available clinical data from preoperative and postoperative examinations of RTSA patients. As a specific objective, we demonstrated that the magnification of plain radiographs in the shoulder region significantly varies among patients, with a mean value approaching 12%, which significantly differs from the commonly used 5%. Musculoskeletal geometry alterations are assessed through preoperative and postoperative X-rays, along with preoperative CT scans. A novel method for evaluating COR shift in RTSA, based on postoperative X-rays, was introduced and subsequently employed to determine the actual humerus prolongation. The findings unveiled an average actual humerus prolongation of 15.2 mm, a dimension not previously reported. The influence of various musculoskeletal changes in RTSA was extensively examined and their impact on muscle forces and glenohumeral joint load was evaluated. Furthermore, a safe zone for humerus prolongation to prevent overloading the glenohumeral joint in RTSA was established, a crucial consideration for surgical procedures.

Tato disertační práce představuje komplexní biomechanickou analýzu reverzní náhrady ramenního kloubu, zahrnující jak posun centra rotace, tak prodloužení humeru. Analýza je provedena pomocí vlastní validované metody založené na běžně dostupných klinických datech z předoperačních a pooperačních vyšetření pacientů s totální endoprotézou ramene. Jedním z cílů, bylo prokázat, že zvětšení rentgenu v oblasti ramene je větší než v klinické praxi běžně používaných 5 % a že se mezi pacienty významně liší. Tato hypotéza byla potvrzena naměřenou průměrnou hodnota zvětšení blížící se 12 % s rozsahem od 5 % do 20 %. Změny v muskuloskeletální geometrii byly vyhodnoceny pomocí předoperačních a pooperačních rentgenových snímků spolu s předoperačním CT. Na základě pooperačních rentgenových snímků byla také zavedena nová metoda pro hodnocení posunu centra rotace u pacientů s reverzní endoprotézou ramene. Toto posunutí centra rotace bylo následně použito ke stanovení skutečného prodloužení humeru, jehož průměrná hodnota byla vyhodnocena jako 15,2 mm. Jedná se o rozměr, který nebyl nikdy dříve publikován. Dále byly vyhodnoceny jednotlivé změny muskuloskeletální geometrie a jejich vliv na svalové síly a zatížení ramene. Na závěr byla stanovena bezpečná zóna pro prodloužení humeru tak, aby se zabránilo přetížení glenohumerálního kloubu, což je zásadním hlediskem pro chirurgické výkony.