Medizin Schnittgrößen am Femur

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Hier wird am Beispiel der Adduktion und der Beugung des Femur dargestellt, wie die Schnittgrößen bei der Betrachtung der mechanischen Bedingungen bestimmt werden.

Die Notwendigkeit der Bestimmung der Schnittgrößen ergibt sich hier, sobald bei der Betrachtung der mechanischen Bedingungen am Femur die Interaktion mit umgebenden und angrenzenden Teilen des Bewegungsapparates einbezogen werden. In diesem Beispiel ist das Ziel der Simulation der Femur. Die angrenzenden Knochen, Muskeln und ggfs. Bänder werden zunächst identifiziert und ihre Wirkung untersucht. Anschließend werden sie idealisiert, also durch eine entsprechende Schnittgröße ersetzt. Für das Simulationsmodell des Femur ergeben sich daraus die Randbedingungen (Lasten und Lagerungen).

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Adduktion

Für die Adduktion ist hier in der Skizze in Blickrichtung von anterior dargestellt, wie der rechte Femur zwischen Becken (Pelvis) und Unterschenkel (Tibia, Fibula) mechanisch positioniert ist. Bei der Adduktion sind eine Reihe von Muskeln aktiv, sie sind hier prinzipiell angedeutet.

Um das Prinzip der Schnittgrößen-Bestimmung zu zeigen, beschränken wir uns hier zunächst nur auf den M. adductor longus. Im rechten Teilbild ist die Situation in Hinsicht auf die mechanischen Größen skizziert. Diese Situation entspricht einem anliegenden Kniebereich unter Anspannung des M. adductor longus.

Der Femur ist idealisiert als langgestreckter schlanker Knochen, der aus dem geraden Abschnitt des Corpus femoris und dem abgeknickten Abschnitt des Collum femoris besteht. In einer Simulation der Mechanik kann diese Struktur als Biegebalken idealisiert werden.

In dieser Situation mit anliegendem Kniebereich unter Anspannung des M. adductor longus kann die Verbindung zum Becken (Pelvis) und zum Unterschenkel am Knie als Lagerung angesehen werden. Dies entspricht einer Festlegung, dass an diesen Positionen die räumliche Bewegung fixiert ist, es treten dort keine Verschiebungen auf.

Die Wirkung des M. adductor longus (als Beispiel für die zahlreichen anderen beteiligten Muskeln) wird hier durch eine mechanische Kraft ersetzt. Dazu wird der Muskel am Femur virtuell durchgeschnitten und an dieser Stelle die entsprechende Schnittgröße vorgesehen. Im vorliegenden Fall ist dies eine Schnittkraft, die in Richtung des Beckens als Zugkraft wirkt.

Die Idealisierung ergibt hier also den Femur als mechanischen Biegebalken, die Lagerung an den Enden und die Schnittkraft für den M. adductor longus als Last.

Die Anordnung des Femur mit diesen Lagerungen und der Last stellt ein statisch bestimmtes System dar. Diese Anordnung ist für eine statische Simulation geeignet. Die Simulation ergibt an den Punkten, an denen eine Lagerung angebracht ist, jeweils Auflagerreaktionen.


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Beugung

Der Fall der Beugung ist hier nebenstehend in der Ansicht von lateral gezeigt. Auch hier sind zahlreiche Muskeln zu berücksichtigen.

Der Femur ist in dieser lateralen Ansicht als gerader langgestreckter Knochen skizziert. Die mechanischen Bedingungen werden hier vereinfachend auf diese 2-dimensionale Anordnung reduziert.

An den Enden des Femur wird jeweils eine Lagerung vorgesehen. Die Wirkung der angrenzenden Teile des Bewegungsapparates (Becken, Unterschenkel) wird damit idealisiert als Festhaltung für den Femur. In der gebeugten Position ist dort jeweils die Bewegung des Femur fixiert.

Zur Betrachtung der Wirkung der Muskeln werden hier der M. iliopsoas und der M. tensor fasciae latae ausgewählt. In der unteren Teilskizze sind die Schnittgrößen skizziert, die sich ergeben, wenn diese Muskeln virtuell geschnitten werden. Es sind Schnittkräfte, die jeweils in Richtung der Muskeln als Zugkraft wirken. In der Simulation dieses Modells sind diese Kräfte als Last zu berücksichtigen.

Die Idealisierung ergibt auch hier den Femur als mechanischen Biegebalken, die Lagerung an den Enden und die Schnittkräfte aus den hier betrachteten Muskeln als Lasten.

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