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Jörg Eschweiler
Entwicklung eines patienten-spezifisch adaptierbaren biomechanischen Modells des Handgelenks zur computerunterstützten Therapieplanung in der Handchirurgie
Aus medizinischer Sichtweise stellt die Handwurzel das komplexeste Gelenksystem des menschlichen Bewegungsapparates dar. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines biomechanischen Mehr-Körper-Simulationsmodells, das zur Therapieplanung in der Handchirurgie eingesetzt werden kann. Es wurde ein biomechanisches Handwurzelmodell in der Mehr-Körper-Simulationsumgebung AnyBody von Grund auf neu entwickelt. Für den Modellaufbau wurde auf Literaturdaten sowie insbesondere auf eigene Messdaten, die über Humanpräparatuntersuchungen erhalten wurden, zurückgegriffen. Für die Durchführung dieser Experimente wurde ein Messplatz konzipiert. Es wurden Miniatursensoren direkt in den Knochen implantiert, um damit Bewegungsabläufe der Handwurzelknochen zu erfassen.
Das entwickelte Mehr-Körper-Simulationsmodell ermöglichte aktuell die Simulation von physiologischen und pathologischen Bewegungen. Um die Modellzuverlässigkeit zu gewährleisten, wurde das Modell mit Literaturdaten und den Messdaten der Humanpräparatuntersuchungen validiert. Die Simulationsergebnisse des Mehr-Körper-Simulationsmodell zeigten eine gute Übereinstimmung mit dem experimentell ermittelten physio- respektive pathologischen Bewegungsverhalten.
In weiterer Folge wurde das Mehr-Körper-Simulationsmodell mittels eines sogenannten Bonemorphing-Algorithmus patienten-spezifisch angepasst. Knorpelschichtdicken wurden durch Skalierung der Knochenoberflächen linear angepasst. Die Belastung des proximalen Handgelenks konnte untersucht werden. Hierzu konnte einerseits die Höhe der Belastung berechnet werden und andererseits die Bereiche dargestellt werden, in denen die Belastung auftrat.
Es wurde ein handhabbares und anwendbares Mehr-Körper-Simulationsmodell entwickelt, das alle Anforderungen für eine Therapieplanung erfüllt.
Das entwickelte Mehr-Körper-Simulationsmodell ermöglichte aktuell die Simulation von physiologischen und pathologischen Bewegungen. Um die Modellzuverlässigkeit zu gewährleisten, wurde das Modell mit Literaturdaten und den Messdaten der Humanpräparatuntersuchungen validiert. Die Simulationsergebnisse des Mehr-Körper-Simulationsmodell zeigten eine gute Übereinstimmung mit dem experimentell ermittelten physio- respektive pathologischen Bewegungsverhalten.
In weiterer Folge wurde das Mehr-Körper-Simulationsmodell mittels eines sogenannten Bonemorphing-Algorithmus patienten-spezifisch angepasst. Knorpelschichtdicken wurden durch Skalierung der Knochenoberflächen linear angepasst. Die Belastung des proximalen Handgelenks konnte untersucht werden. Hierzu konnte einerseits die Höhe der Belastung berechnet werden und andererseits die Bereiche dargestellt werden, in denen die Belastung auftrat.
Es wurde ein handhabbares und anwendbares Mehr-Körper-Simulationsmodell entwickelt, das alle Anforderungen für eine Therapieplanung erfüllt.
Schlagwörter: Biomechanik; Therapieplanung; Handwurzel
Aachener Beiträge zur Medizintechnik
Herausgegeben von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. med. Steffen Leonhardt, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Klaus Radermacher und Univ.-Prof. Dr. med. Dipl.-Ing. Thomas Schmitz-Rode, Aachen
Band 37
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