Ganzkörpermodell

Individuelles Ganzkörpermodell mit Muskulatur

Mit Hilfe eines Ganzkörpermodells können Bewegungsabläufe simuliert und gleichzeitig die Belastung in inneren Strukturen des menschlichen Körpers berechnet werden. Dabei ist die Erstellung eines individuellen Modells von besonderer Bedeutung, da die Knochen- und Gelenkformen des individuellen Skelettsystems erhalten bleiben. Wichtige Größen, wie die Abstände der Gelenkflächen oder die Größe der Bandscheibenfächer in der Wirbelsäule sowie die Hebelarme für die Muskulatur, sind in einem individuellen Modell wirklichkeitsgetreu realisiert.

Zur Bewegungssimulation und Belastungsberechnung wurde ein individuelles 3D Mehr-Körper-System (MKS) – Modell auf der Basis des Softwaretools SIMPACK erstellt. Die Bewegungssteuerung erfolgt dabei über Muskelzüge als Kraftelemente mit Muskelgleichungen nach Hill*.

CT-Ganzkörperaufnahme
CT-Ganzkörperaufnahme
Segmentiertes Skelettsystem mit implementierten Kraftelementen für Bandscheiben und Ligamente der Wirbelsäule sowie für die Muskelzüge
Segmentiertes Skelettsystem mit implementierten Kraftelementen für Bandscheiben und Ligamente der Wirbelsäule sowie für die Muskelzüge

 

Dabei wurde aus CT–Ganzkörperaufnahmen in verschiedenen Schichten eines Patienten** das Skelettsystem segmentiert. Diese Oberflächendaten wurden über einen Transfer-Algorithmus in das Modellierungstool übertragen, so dass die Positionierungen der Knochen zueinander erhalten blieben. Sie bilden die Basis des individuellen MKS-Modells. In den großen Gelenken wurde über einen Momentaufbau der realistische Winkelbereich durch Gelenkanschläge begrenzt. Die Wirbelsäule wurde mit Kraftelementen versehen, die das Materialverhalten von Bandscheiben, Ligamenten und Facettengelenken wiedergeben. Zudem wurden die wichtigsten Muskelzüge für die Bewegung der Wirbelsäule sowie zur Steuerung von Ganzkörperbewegungen implementiert.

 Muskulatur Fall Sprung 

( * Häufle, D., Günther, M., Bayer, A., & Schmitt, S., Hill-type muscle model with serial damping and eccentric force-velocity relation.
Journal of Biomechanics, 2014, Vol. 47, 6,1531-1536.)
(** Herz-Jesu-Krankenhaus Dernbach)

 

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