Arbeitsbereich Biomechanik

Biomechanik

Der Lehrstuhl für Angewandte Mechanik adressiert in verschiedenen laufenden Projekten vor allem die Aspekte klinischer Anwendung der Biomechanik. Dabei steht das Zusammenspiel aus Patienten-Monitoring, personalisierter Simulation und experimenteller Validierung im Mittelpunkt. Im Bereich des Patienten-Monitorings werden die Bewegungsabläufe von Patienten mit Frakturen der unteren Extremität mit Hilfe modernster mobiler Messtechnik erfasst. 

Dies geschieht sowohl mit Hilfe von kurzzeitigen Monitoring-Intervallen, beispielsweise in der Klinik bei ersten postopoerativen physiotherapeutischen Maßnahmen, als auch mittels kontinuierlichen Monitorings über längere Zeiträume hinweg. Dies erlaubt eine umfassende Analyse der Bewegungsdaten während des Heilungsprozesses und hat das Ziel, auftretende Probleme während der Heilung frühzeitig zu detektieren. 

Für den Bereich der personalisierten Simulation bilden klinische Bilddaten den Ausgangspunkt. Basierend auf den verschiedenen Verfahren, Röntgenuntersuchung, Computer- oder Kernspintomographie werden entsprechende 3D Computermodelle erstellt, bei Bedarf durch weitere CAD-Modelle ergänzt und mit der Finiten Elemente Methode simuliert. Die während des Monitorings erfassten Bewegungsdaten können hier mittels muskuloskelettaler Simulation als individualisierte Randbedingungen einfließen. 

Diese Simulationen erlauben verschiedenste biomechanische Analysen und Anwendungen. Beispielsweise können verschiedene individualisierte Implantate in-silico miteinander verglichen und hinsichtlich medizinscher Fragestellungen patienten-spezifisch bewertet werden. Zukünftig werden solche Entscheidungsunterstützungssysteme eine zunehmend wichtige Rolle spielen und verstärkt in den klinischen Alltag integriert werden. 

Die experimentelle Validierung solcher simulationsgestützter Systeme stellt einen wichtigen Baustein für deren Etablierung dar. Hierzu werden am Lehrstuhl für Angewandte Mechanik Versuche sowohl an kommerziellen Prüfständen als auch an verschiedenen Eigenbauten durchgeführt. Diese Versuche werden, wie das Monitoring der Patienten, gemeinsam mit verschiedenen klinischen Partnern und in Industriekooperationen realisiert.