Projekte
MultiBones: Humanoides Mehrkörpersimulationsmodell mit elastischen Knochen
(Nachwuchsförderung der Universität Innsbruck)
Knochen- und Bänderverletzungen sind die am häufigsten auftretenden schweren Verletzungen im Sport. Um solche Verletzungen zu vermeiden ist es notwendig den zugrundeliegenden Verletzungsmechanismus und die damit verbundenen Risikofaktoren zu verstehen. Heutzutage werden v.a. muskuloskelettale Simulationsmodelle immer beliebter um Verletzungssituationen am Computer zu untersuchen. Ein muskuloskeletales Simulationsmodell besteht aus einem Mehrkörpermodell (Segmenten), welches das Skelett darstellt und Muskeln, die die Bewegung des Skeletts steuern. In den existierenden muskuloskeletalen Simulationsmodellen wurden Knochen bisher mit starren und nicht verformbaren Segmenten modelliert. Dadurch können Knochenverletzungen oder Auswirkungen auf die Knochenstruktur bei menschlichen Bewegungen mit diesen Simulationsmodellen nicht analysiert werden.
In diesem Projekt wurde ein Computersimulationsmodel entwickelt, welches ermöglicht, die Bewegung der oberen Extremitäten durch ein Simulationsmodell unter Berücksichtigung des strukturellen Verhaltens von Knochen zu untersuchen. Die starren Knochen im Mehrkörpermodell wurden durch Euler-Bernoulli-Balken ersetzt und mittels „Floating Frame of Reference“-Formulierung in das Simulationsmodell implementiert. Die Modellierung der Knochen als Euler-Bernoulli-Balken erforderte biomechanische und -metrische Daten für die Knochen. Dazu wurden Messungen an der Klinik für Unfallchirurgie der Medizinischen Universität Innsbruck durchgeführt. Die biomechanischen Kennwerte der Knochen wurden schließlich aus Inversen Problemen berechnet.
Die Ergebnisse dieses Projekts liefern wichtige Informationen um in Zukunft das strukturelle Verhalten von Knochen, Rekonstruktionsplatten, Prothesen usw. in verschiedenen Bewegungssituationen mit Hilfe von muskuloskelettalen Simulationsmodellen zu untersuchen.
Das Model wurde angewendet, um eine Fraktur der Ulna während eines Sturzes zu simulieren.