Bewegungsapparat
Aus ESOCAETWIKIPLUS
Kategorie: Medical Fallbeispiele Medical
Der Bewegungsapparat in der Humanmedizin stellt die Gesamtheit der mechanisch tragenden Teile des Organismus dar. Dazu zählen das Skelett mit den Knochen, aber auch Gelenke, Bänder und Sehnen.
Inhaltsverzeichnis |
Simulation
Die Simulationen des Bewegungsapparates sind im allgemeinen auf die mechanischen Bedingungen ausgerichtet.
Die Simulationsmodelle können große Bereiche des Bewegungsapparates umfassen, wenn die Kinematik simuliert wird mit dem Ziel, Bewegungen, Kräfte und Interaktionen in den Knochen, Bändern und Muskeln zu bestimmen.
Die Simulationen können auch einzelne Teile des Bewegungsapparates umfassen, wenn die lokalen Bedingungen z.B. für Implantate oder Prothetik zu bestimmen sind.
Publikationen
S.Dendörfer:
"Die Prozesskette: Von Mimics über AnyBody zu ANSYS"
CADFEM Users Meeting 2010, Aachen, 2.10.15 www.usersmeeting.com
Einige Stichworte zum Inhalt:
Es wird die Idealisierung und der Ablauf der Simulation des Bewegungsapparates dargestellt. Die Idealisierung führt zu einem Modell, das alle tragenden Teile des Bewegungsapparates einbezieht. Bewegungsabläufe werden durch alltags-gerechte Kraft- und Positionsvorgaben abgebildet.
Für die Untersuchung der Ergonomie von neuen Produkten können Bewegungsabläufe und die dabei auftretenden mechanischen Lasten bestimmt werden. Besonders durch die Einbeziehnung von patientenspezifischen Bedingungen können damit in-vivo-Bedingungen simuliert werden und Erkenntnisse für die Sportmedizin, die Rehabilitation, prä- und post-operative Entscheidungen und andere Zwecke abgeleitet werden.
Die patientenspezifischen Bedingungen werden durch Diagnosedaten (STL-Format) und andere Methoden einbezogen.
Kurzbeschreibung der Simulation:
- Idealisierung für Anwendung der FEM
- Bewegungsabläufe mit MBD
- Datenaustausch mit Simulation der Strukturmechanik
C.Wyss:
"Muscle Modelling mit AnyBody"
CADFEM Users Meeting 2009, Leipzig, 2.10.16 www.usersmeeting.com
Hier steht die Bestimmung der Kräfte und Interaktionen im Bewegungsapparat im Mittelpunkt. Dazu werden Messungen durchgeführt und diese mit einem Simulationsmodell des gesamten menschlichen Bewegungsapparates in Beziehung gebracht. Darauf aufbauend wird im 2. Teil der Publikation (Seite 28 ff.) untersucht. Die Beanspruchung in den Knochen des Fußes wird für verschiedene Lastzustände simuliert und gezeigt.
Einige Stichworte zum Inhalt:
Teil 1:
- Ganganalysen zur Untersuchung der Kinetik und Kinematik
- Reaktionskräfte im Knie und im Vorfuß
- Anwendung von AnyBody, Marker-Dummy-Abstimmung
Teil 2:
- Wirkung von Einlagen auf Reaktionskräfte im Sprunggelenk, Kniegelenk und Hüftgelenk sowie Muskelkräfte am Bein
- Einlagen für mediale Erhöhung Ferse, mediale Erhöhung Mittelfuß, laterale Erhöhung Ferse, laterale Erhöhung Mittelfuß, retrokapitale Erhöhung
- FEM-Simulation der Fußknochen
Kurzbeschreibung der Simulation:
Die aus den Ganganalysen bestimmten Bewegungsfolgen werden mit dem Programm Anybody simuliert. Die Parameter für Knochen, Muskeln, Gelenke werden aus einer Marker-Dummy-Abstimmung abgeleitet. Für die Fußknochen wird am Beispiel einer calcaneo-cuboidal Pseudarthrose simuliert, wie die Beanspruchungen für verschiedene Belastungsfälle verteilt sind. Dazu werden statische Simulationen mit einem FEM-Modell durchgeführt.
T.Koller:
"Biomechanische Bewegungs- und Belastungsanalyse im modernen Skisport mittels Mehrkörpersimulation in AnyBody"
CADFEM Users Meeting 2009, Leipzig, 2.10.17 www.usersmeeting.com
Von Koller werden die Kräfte im Bewegungsapparat bestimmt. Das Carving ist eine junge Sportart, für die noch wenig Erfahrungen und Untersuchungen über die sportmedizinischen Bedingungen vorliegen. Es wird eine Simulation als Alternative zur geläufigen Elektromyographie vorgestellt.
Einige Stichworte zum Inhalt:
- Biomechanik des Carving
- Abstraktion des Modells
- Simulation in AnyBody
- Ergebnisse: Muskelaktivitäten, Muskelkräfte
Kurzbeschreibung der Simulation:
Für die Ski-Sportart des Carvens wird die Biomechanik untersucht. Für einen Carving-Schwung wird der Bewegungsablauf mit einem Motion Capturing System aufgenommen. Diese Daten umfassen Markerkoordinaten an ausgesuchten Körperpunkten für 4 Sekunden eines Riesentorlaufes. In der MKS-Simulation mit AnyBody wurden diese Daten für das Modell zugrunde gelegt. dabei wurden Besonderheiten wie die Stützwirkung des Skischuhs und angemessene Kraftansatzpunkte berücksichtigt. Die Simulation für den ausgewählten Bewegungsablauf ergab den zeitlichen Verlauf der Muskelaktivitäten und Muskelkräfte.
J.Rausch, K.Siebertz:
"Computer Aided Ergonomics; Case Study: Vehicle Brake System"
CADFEM Users Meeting 2009, Leipzig, 2.10.19 www.usersmeeting.com
Von Rausch et.al. wird unter Gesichtspunkten der Ergonomie der Bewegungsapparat eines Fahrzeuginsassen simuliert. Es werden die Kräfte und Lasten in Knochen und Muskeln für den Fall der Bremsbetätigung untersucht. Verschiedene Sitzpositionen werden angenommen.
Einige Stichworte zum Inhalt:
- Ergonomie im Fahrzeugbau (computer aided ergonomics)
- Simulationsmodell AnyBody Car Driver Model
- Validierungsbeispiel Bremsbetätigung
- Parametervariation Sitzposition
Kurzbeschreibung der Simulation:
Für die Simulation der Ergonomie der Fahrzeuginsassen wird das MKS-System AnyBody angewendet. Eine Variantenstudie legt verschiedene Sitzpositionen zugrunde.
Selbststudium
Hinweise für die Bestimmung von mechanischen Schnittgrößen finden Sie hier am Beispiel des Femur für den Fall der Adduktion und der Beugung.
Weiterführende Informationen
Ein weiterführendes Seminar speziell hierzu finden Sie unter "Wissen" auf der Homepage von CADFEM bei "Finite-Elemente-Simulation für Biomechaniker und Mediziner".
