Besserer Sitz- und Tragekomfort: Forscher untersuchen die mechanischen Wechselwirkungen zwischen dem menschlichen Körper und technischen Stützkonstruktionen wie Autositzen, Gefäßprothesen oder Sportschuhen.
„Wo drückt es, wenn man mit dem Auto eine längere Strecke auf einem schlechten Sitz fährt? Was passiert mit dem Fuß oder der Achillessehne, wenn man mit ‚falschen‘ Joggingschuhen läuft? Die Zahl an Patientinnen und Patienten nimmt aufgrund gesundheitsschädlicher Lebensweise und des demografischen Wandels zu. Dies hat einen erhöhten Einsatz von medizinischen Hilfsmitteln und Prothesen zur Folge“, erklärt Prof. Dr. Gerhard Silber, Geschäftsführender Direktor des Instituts für Materialwissenschaften der Fachhochschule Frankfurt am Main und wissenschaftlicher Leiter des Forschungsschwerpunktes Präventive Biomechanik der LOEWE (Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz). „Allerdings können diese Hilfsmittel den Patientenzustand unter Umständen sogar verschlechtern, wenn sie in den betroffenen Weichgeweberegionen des Körpers kritische Spannungen und Verformungen erzeugen.“
Daher untersuchen die Forscher nun die mechanischen Wechselwirkungen zwischen bestimmten Regionen des menschlichen Körpers und technischen Stützkonstruktionen wie Autositzen, Gefäßprothesen oder Sportschuhen. Dazu arbeiten die Wissenschaftler mit virtuellen Menschmodellen, die es möglich machen, unterschiedliche Effekte während der Interaktion mit technischen Stützkonstruktionen zu simulieren und zu messen.
Die virtuellen Menschmodelle ermöglichen es, Anwendungsfälle am Rechner zu simulieren. In einem ersten Schritt erfassen die Forscher dazu dreidimensional die aus Weich- und Hartgeweben bestehenden anatomischen Strukturen des menschlichen Körpers. Dies erfolgt unter Einsatz der Magnet-Resonanz-Tomographie. Mit Hilfe eines 3D-Laser-Scanners wird das gewünschte Finite-Elemente-Modell des kompletten Körpers oder einzelner Körperregionen im unbelasteten und/oder belasteten Zustand erzeugt. Der Einsatz der Menschmodelle ist erst durch die Ausstattung mit so genannten in-vivo-Materialeigenschaften, also am lebenden Menschen erzeugten Materialeigenschaften wie Haut/Fettgewebe-Muskelverbünde, im Rahmen von Interaktionen mit Stützkonstruktionen wie Autositzen oder Gelenkimplantaten möglich. So lassen sich Spannungen, Verzerrungen und Verformungen feststellen, die infolge der mechanischen Belastungen durch die Stützkonstruktionen in den Kontaktzonen sowie in den humanen Weichgeweberegionen auftreten.
Die LOEWE (Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz) ist ein Forschungsförderungsprogramm, mit dem das Land Hessen seit 2008 die Hochschulen und Forschungseinrichtungen in Hessen unterstützt.
Weitere Informationen: www.praeventive-biomechanik.eu
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