Invers-dynamische Modelle der Wirbelsäule

Univ.-Prof. biol. hum. Hendrik Schmidt

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Prävention und Verbesserung existierender Therapien

Inversdynamische Modelle werden eingesetzt, um aus einer observierten Bewegung auf die wirkenden Kräfte und Momente in der Wirbelsäule und in angrenzenden Strukturen zu schließen. Diese Belastungsgrößen gestatten die Beurteilung der Beanspruchung der Gelenke und des Gelenkknorpels, der Knochen, der Muskeln und Sehnen sowie der Bänder in unterschiedlichen statischen und dynamischen Belastungsszenarien in Sport und Alltag.

Die Forscher unserer Arbeitsgruppe haben zum Ziel unter normalen aber auch unter hochbelastenden Alltagsaktivitäten, auf die Belastungen der Wirbelsäule zu schließen und Wege zur Prävention und Verbesserung existierender Therapien zu entwickeln.


Zur Aufzeichnung der Bewegung benutzen wir das Optische Motion Capture System "Vicon". Hierzu werden kleine reflektierende Markerkugeln auf der Haut von Probanden an definierten Körperstellen angebracht. Mit den Kameras können die Positionen der Markerkugeln verfolgt werden, während sich der Proband im Labor bewegt.

Die im Labor aufgezeichneten Bewegungen werden anschließend auf das invers-dynamische Modell übertragen und die resultierenden Kräfte in Muskeln und Gelenken berechnet.



Invers-dynamisches Modell bei der Durchführung typischer Standardchoreographien: Flexion, Extension, Seitneigung und axialer Rotation. Die Animation zeigt die Aktivierung der verschiedenen Muskeln sowie die Gelenkkräfte im Bereich L4/L5.

Publikationen

2015
Spinal loads as influenced by external loads: A combined in vivo and in silico investigation.

Thomas Zander, Marcel Dreischarf, Hendrik Schmidt, Georg Bergmann, Antonius Rohlmann
Journal of Biomechanics 2015; DOI:10.1016/j.jbiomech.2015.01.011, 2.75 Impact Factor
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2014
Considerations when loading spinal finite element models with predicted muscle forces from inverse static analyses.

Zhu R, Zander T, Dreischarf M, Duda GN, Rohlmann A, Schmidt H
Journal of Biomechanics 2013 Apr 26;46(7):1376-8, 2.75 Impact Factor
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2013
Lumbar spinal loads vary with body height and weight.

Han KS, Rohlmann A, Zander T, Taylor WR
Medical Engineering & Physics 2013 Jul;35(7):969-77, 1.84 Impact Factor
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2012
An enhanced and validated generic thoraco-lumbar spine model for prediction of muscle forces.

Han KS, Zander T, Taylor WR, Rohlmann A
Medical Engineering & Physics 2012 Jul;34(6):709-16, 1.84 Impact Factor
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