Simulationsmodell für Wirbelsäulenbelastungen


Nach einer genauen Vermessung ihrer Körpermaße, wurden ihnen zahlreiche Elektroden am Körper fixiert, um die Muskelaktivität während der Bewegungsausführung ableiten zu können. (Foto: SimTech/Universität Stuttgart)

Stuttgart (idw) – Wie reagiert die Wirbelsäule auf Belastungen? Welche Kräfte wirken auf die Bandscheiben bei alltäglichen Bewegungen und welche Rolle spielen dabei Bänder und Muskeln? Wissenschaftler des Exzellenzclusters SimTech der Universität Stuttgart prüfen das Wirbelsäulenmodell.

Im Rahmen des Projekts unter der Leitung von Dr. Syn Schmitt und Prof. Wolfgang Ehlers hat das Institut für Sport- und Bewegungswissenschaft zusammen mit der Doktorandin Tille Karoline Rupp ein virtuelles Simulationsmodell des gesamten Menschen mit einer detaillierten Wirbelsäule erstellt. Sie wollen experimentell überprüfen, inwieweit das Modell die Realität abbildet und Vorhersagekraft besitzt. Dafür haben haben die SimTech-Forscher im Labor die Alltagsbewegungen von zehn Testpersonen unter die Lupe genommen.

Vor und zurück, links und rechts, und beides jeweils im Stehen und Sitzen – zahlreiche Elektroden am Körper registrieren die Muskelaktivität, während die Probanden die Bewegungen ausführen. An jedem einzelnen Wirbelkörper brachten die Forscher außerdem von außen reflektierende Marker an, die mit zwei Kameras aufgenommen wurden, um später die Raumkoordinaten der einzelnen Wirbel berechnen zu können. Die Probanden standen oder saßen auf Kraftmessplatten, welche die Bodenreaktionskräfte messen und den direkten Kontakt zwischen Mensch und Umwelt darstellen. Nach der Auswertung können die Muskelaktivität, die Wirbelkoordinaten und die Bodenreaktionskräfte als Vergleichsdaten zum Computermodell genutzt werden.

Das neu entwickelte, skalierbare Mehrkörpermodell des Menschen mit detaillierter Wirbelsäule ist ein komplexes, sogenanntes vorwärts-dynamisches Modell, bei dem die Bewegung durch die Aktivierung der verwendeten Muskeln erzeugt wird.

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