Realistischere Muskel-Skelett-Modelle
Da sowohl natürliche als auch theoretische Modelle des Bewegungsapparates sehr komplex sind, beschränkten sich bisherige Simulationen meist auf vereinfachte Beschreibungen eines spezifischen Problems. Ein multidisziplinäres Konsortium entwickelte im Rahmen des EU-finanzierten Projekts "MuscleUp - Towards an interface for detailed musculoskeletal models" (MUSCLEUP) biomechanische realistische Computermodelle von Teilen des Bewegungsapparates. So wurden 3D-Gewebestrukturen sowie Rand- und Belastungsbedingungen integriert, um Funktionalitäten besser untersuchen zu können. Im Team engagieren sich Experten für Softwareentwicklung, konstitutive Modellierung von Geweben und insbesondere die Entwicklung kontinuumsmechanischer Modelle und Mehrkörpersimulationen. Das Wissen und die Erfahrung mit experimentellen Methoden und klinischen Anwendungen waren von entscheidender Bedeutung für den Einsatz und die Entwicklung von Modellen, um dynamisches Verhalten unter realistischen Bedingungen und Belastung zu untersuchen, die Anatomie und Physiologie des menschlichen Körpers zu korrelieren und computergestützte mechanische Tests für Implantate zu entwickeln. Hervorragende Teamarbeit und Zusammenarbeit inner- und außerhalb des Konsortiums förderten Innovation und wichtige Fortschritte bei der Entwicklung von Muskel-Skelett-Modellen mit realistischen Daten zur Muskelkontraktion. Mittels elektromyographischer Daten entwickelte das Team 3D-Kontinuum-mechanische Modelle, 1D-Mehrkörper- und Skelettmuskelmodelle. Weiterhin wurden für realistischere Darstellungen 3D- und 1D-Modelle kombiniert. Die Studien wurden in mehreren Beiträgen zur Muskelskelettforschung veröffentlicht, u.a. zum Einsatz von Modellen, die die Platzierung von Sensoren für den Bewegungsapparat unterstützen. Im Gegensatz zu anderen Webseiten bietet MUSCLEUP eine grafische Benutzeroberfläche für die 3D-Visualisierung von Modellsystemen in einem Webbrowser: (MuscleUp-Datenbank-System(öffnet in neuem Fenster). Inhalte sind bislang Modelle der Zunge, des Beckenbodens und Oberarms und demnächst auch der Wirbelsäule. Modelle sind eine integrale Komponente im Forschungszyklus. Experimente wiederum liefern die Daten für detaillierte theoretische Modelle und mathematische Beschreibungen von Verhaltensweisen. An den optimierten Modellen lassen sich dann Vorhersagen treffen und Hypothesen testen. Mit realistischen Modellen verschiedener Komponenten des Bewegungsapparates leistete MUSCLEUP einen wichtigen Beitrag zum Verständnis von Gesundheit, Krankheit, Trauma und Therapie.
Schlüsselbegriffe
Muskelskelett, Muskel-Skelett-Modelle, Randbedingungen, Kontinuumsmechanik, Mehrkörpermodelle
