Biomechanische Forschung

Biomechanische Forschung

Um den verschiedenen Anforderungen von klinisch relevanter Forschung im Bereich Unfallchirurgie und Orthopädietechnik gerecht zu werden, hat die BG Unfallklinik Murnau ein breites Methodenspektrum aufgebaut.

Dabei ist immer die Bandbreite von der mechanischen Prüfung im Labor, bis zur Untersuchung des individuellen Patienten von großer Bedeutung und Kern der Forschung.

 Mechanische Prüfung

Der Bereich Mechanische Prüfung am Institut für Biomechanik beschäftigt sich mit der Prüfung von medizinischen Implantaten für Osteosynthesen und deren Prototypen sowie Untersuchungen an biologischen Geweben, insbesondere Knochen, Knorpel und Sehnen.

Die Ausstattung der Laborräume erlaubt die Durchführung dynamischer und statischer Prüfungen. Dafür stehen vier Materialprüfmaschinen zur Verfügung. Ein Großteil der Versuchsaufbauten wird individuell entsprechend der Anforderungen der physiologischen Belastungssituation entworfen und gefertigt.

Die Konstruktion neuer Versuchsaufbauten und die Neuentwicklung biomechanischer Testmethoden wird mit einer 3D CAD Software durchgeführt und in der eigenen Werkstatt zur Metallbearbeitung fertiggestellt. Die fachgerechte Implantation wird mithilfe interner und externer Chirurgen gewährleistet. Hierfür dienen ein Präparierraum mit C-Bogen und entsprechendes Operationsinstrumentarium.

 Numerische Simulation

Im Arbeitsbereich Numerische Simulation werden computergestützte Analysen zu verschiedenen unfallchrirugischen und orthopädischen Fragestellungen durchgeführt. Ziel einer Simulation ist die ausreichend genaue Abbildung der Realität am Computer, um physikalische Vorgänge besser verstehen oder voraussagen zu können. Dazu kommen modernste Simulationsmethoden zum Einsatz.

Als geometrische Grundlage dienen in der Regel CAD Volumenmodelle, die mit Hilfe eines optischen 3D Scans oder auf Basis von mCT, CT bzw. MRT Aufnahmen rekonstruiert werden. Mit Hilfe der Finite Elemente Methode wird ein Volumenmodell in eine endliche Anzahl von kleineren Elementen zerlegt, deren physikalisches Verhalten aufgrund ihrer einfachen Form gut zu berechnen ist. Damit werden Festigkeit und Steifigkeit eines Knochen-Implantat-Verbunds auf Basis von Spannungs- und Dehnungsverteilungen beurteilt und gegebenenfalls optimiert. Die humane Mehrkörpersimulation hingegen gibt Aufschluss über die Belastungen, die im menschlichen Körper bei verschiedenen Bewegungen auftreten. Daraus werden für gegebene Bewegungen wirkende Muskel- und Gelenkkräfte bestimmt.

Im Arbeitsbereich bestehen weitreichende Erfahrungen in der computergestützte Modellbildung und Untersuchung des Knochen-Implantat-Verbunds sowie des muskuloskelettalen Gesamtsystems. Großen Wert wird dabei auf die Verifizierung und Validierung der Simulationsmodelle gelegt, das in enger Abstimmung mit den Arbeitsbreichen Mechanische Prüfung und Bewegungsanalyse erfolgt. Die Ergebnisse einer Simulation liefern damit wichtige Einsichten zur Erforschung von muskuloskelettalen Erkrankungen und zur Untersuchung der Wirksamkeit von Implantat-Systemen.

 Ganganalyse

Das Gang- und Bewegungsanalyselabor ist mit modernster Messtechnik ausgestattet. So ist es möglich dreidimensionale Ganganalysen, plantare Druckverteilungsmessungen und auch synchrone elektromyographische Untersuchungen durchzuführen.
Das Einsatzgebiet der Gang- und Bewegungsanalyse liegt im Bereich der biomechanischen Forschung, sowie in der Patientenbetreuung, wie z. B. prä- und post-operativen Vergleichen, der Verlaufsdokumentation in der Rehabilitation oder der Gutachtenerstellung.

Die Schwerpunkte in der Patientenbetreuung sind:

  • Inkomplettes Querschnittsyndrom
  • Amputationen der unteren Extremität (Prothesenversorgung)
  • Neurologisch bedingte Gangstörungen
  • Fragestellungen der Fußchirurgie
  • Technische Orthopädie (Hilfsmittelversorgung)

 
Flyer: Labor für Gang- und Bewegungsanalyse

 Biologisches Labor

Das Institut für Biomechanik ist mit einem Biologischen Labor ausgestattet, welches über einen histologischen sowie einen zell-, mikro- und molekularbiologischen Arbeitsbereich verfügt. Das Biologische Labor ermöglicht Forschung auf Gewebe- und Zellebene. Hier werden beispielsweise Zelllinien isoliert und kultiviert, aber auch Gewebeproben analysiert oder bakterielle Biofilme von Osteosynthesematerial untersucht.

  Gang- und Bewegungslabor