Biomechanische Forschung
Die experimentelle Forschung im Institut für Biomechanik umfasst ein weites Feld experimenteller und numerischer Methoden zur Untersuchung von technischen Produkten, biologischen Geweben bis hin zum individuellen Patienten.
Ihr Ansprechpartner
Um den Anforderungen von klinisch relevanter Forschung im Bereich Unfallchirurgie und Orthopädie gerecht zu werden, hat das Institut für Biomechanik ein breites Spektrum experimenteller Forschungsmethoden aufgebaut. Auf einer Laborfläche von fast 1000 m2 betreiben wir biomechanische Werkstoffprüfung, numerische Simulation, Gang- und Bewegungsanalyse sowie zell-, mikro- und molekularbiologische Untersuchungen. In diesen Bereichen arbeiten Ärzte, Biologen, Maschinenbauer, Physiker und Sportwissenschaftler Hand in Hand, um wissenschaftliche Fragen zu muskuloskelettalen Erkrankungen zu bearbeiten und zu beantworten.
Studenten aus den verschiedensten Fachbereichen können am Institut für Biomechanik ihre Bachelor-, Master- und Doktorarbeiten durchführen. Sie finden eine ausgezeichnete Forschungsumgebung vor und profitieren von kompetenter Betreuung und vielfältigen universitären Angeboten.
Unsere Fachbereiche stellen sich vor
Der Fachbereich 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 an insgesamt vier verschiedenen Materialprüfmaschinen. Diese decken einen weiten Bereich von Kräften und Belastungsarten (Zug, Druck, Torsion, Biegung) ab. Die für die spezifischen Prüfungen notwendigen Versuchsaufbauten werden entsprechend den Anforderungen der physiologischen Belastungssituation individuell entworfen und in unserer Werkstatt gefertigt oder im additiven 3D-Verfahren gedruckt. Die fachgerechte Implantation wird von erfahrenen Unfallchirurgen durchgeführt. Hierfür stehen ein Präparierraum mit C-Bogen, Arthroskopieturm und entsprechendes Operationsinstrumentarium zur Verfügung.
Ziel computergestützter, numerischer Simulationen ist, die möglichst genaue Abbildung der Realität am Computer, um biomechanische Vorgänge besser verstehen oder voraussagen zu können. Verschiedene Simulationsmethoden dienen uns zur Berechnung von Muskel- und Trägheitskräften und den daraus resultierenden mechanischen Belastungen für Knochen, Gelenke und eventuell einliegenden Implantaten.
Im Arbeitsbereich bestehen weitreichende Erfahrungen in der computergestützte Modellbildung und Untersuchung des Knochen-Implantat-Verbunds sowie des muskuloskelettalen Gesamtsystems. Großer Wert wird dabei auf die Verifizierung und Validierung der Simulationsmodelle gelegt, die in enger Abstimmung mit den Arbeitsbereichen Mechanische Prüfung und Bewegungsanalyse erfolgen. Die Ergebnisse einer Simulation liefern damit wichtige Erkenntnisse zur Erforschung von muskuloskelettalen Erkrankungen und zur Untersuchung der Wirksamkeit von Implantat-Systemen.
Das Gang- und Bewegungsanalyselabor ist mit modernster Messtechnik ausgestattet. Diese ermöglicht es uns, dreidimensionale Ganganalysen, plantare Druckverteilungsmessungen und auch synchrone elektromyographische Untersuchungen an unseren Patienten durchzuführen. Neben der Beantwortung von Fragen der biomechanischen Forschung nutzen wir die Bewegungsanalyse auch für Diagnostik und Therapieplanung bei Patienten mit Bewegungseinschränkungen. Typische Anwendungsfelder sind:
- Inkomplettes Querschnittsyndrom
- Neurologisch bedingte Gangstörungen
- Postoperative Bewegungseinschränkungen
- Technische Orthopädie (Hilfsmittelversorgung)
Das Biologische Labor umfasst einen histologischen sowie einen zell-, mikro- und molekularbiologischen Arbeitsbereich. Dieses vielfältige biologische Spektrum ermöglicht es, humanes Gewebe bis auf Zellebene zu untersuchen. Die mikrobiologischen Analysen fokussieren sich auf die Untersuchung von Biofilmen auf Implantatoberflächen wie Osteosynthesematerial oder Prothesen. Der Biologische Arbeitsbereich arbeitet sehr eng mit hausinternen klinischen Abteilungen und verschiedensten chirurgischen Fachgebieten zusammen, was den Vorteil eines direkten Transports von Probenmaterial, welches von Patienten im OP gewonnen wird, ins Forschungslabor ermöglicht. Ziel der Forschungsprojekte des Biologischen Labors ist die Optimierung von muskuloskelettalen Therapieansätzen.
Unsere aktuellen Projekte
Die sicherer mechanische Stabilisierung von Brüchen des Schenkelhalses stellt immer noch eine Herausforderung dar. Für die Entwicklung neuer Implantate sind umfangreicher biomechanische Untersuchungen notwendig. Auf diesem Weg konnten spezielle Implantate entwickelt werden, die eine winkelstabile Befestigung der Schrauben sicherstellen. Diese sind in der Lage selbst bei besonders instabilen Brüchen eine ausreichend hohe mechanische Stabilität zu gewährleisten.
In der biomechanischen Forschung besteht der Bedarf an künstlichen Werkstoffen, welche die Eigenschaften von biologischem Material möglichst gut imitieren können. Unsere Forschungsgruppe hat bereits für vielfältige Anwendungen künstliche Werkstoffe entwickelt und in umfangreichen Prüfverfahren erprobt. Schäume aus Polyurethan, die mit verschiedenen Anteilen an Mineralien versetzt werden, sind hervorragend geeignet um die mechanischen Eigenschaften von spongiösem Knochen nachzustellen.
Idealerweise sollte ein Arbeitsplatz für den jeweiligen Arbeiter individuell ergonomisch gestaltet sein. Industriearbeitsplätze, die von vielen Arbeitern bedient werden, sind häufig nicht für die gesamte Belegschaft ausgelegt. In einem Kooperationsprojekt mit der Technischen Universität Hamburg-Harburg vergleichen wir die Anforderungen von Arbeitsplätzen mit den individuellen Fähigkeiten der Mitarbeitenden. Mittels Motion-Capture-Verfahren erstellen wir einen Anforderungs-Fähigkeits-Abgleich und können darauf aufbauend Interventionen zur Verbesserung der Arbeitsplatzergonomie vorschlagen.
Aus unserem Ratgeber
Daumen hoch! Der zweite Zeh wird’s schon richten
Mit der Transplantation einer Zehe ermöglichte die Abteilung für Plastische, Hand- und Rekonstruktive Mikrochirurgie der BG Unfallklinik Frankfurt einem jungen Patienten die Rückkehr in den Beruf.
Schmerzfreie Mobilität im Alter – mit künstlichem Gelenkersatz
Die Spezialistinnen und Spezialisten des EndoProthetikZentrums der Maximalversorgung (EPZmax) an der BG Unfallklinik Frankfurt sorgen für schmerzfreie Mobilität – auch im fortgeschrittenen Alter.
