Biomechanik & Kinematik

Schwerpunkte

Die Forschungsschwerpunkte der Abteilung Biomechanik und Kinematik liegen in der funktionellen Prüfung von orthopädischen Implantaten und in der Gelenkkinematik. In enger Zusammenarbeit forschen Ingenieure und Mediziner interdisziplinär am künstlichen Gelenkersatz mit unterschiedlichsten, kliniknahen Fragestellungen. Die Abteilung bietet dabei eine Reihe von Leistungen und Verfahren an und hat über die Jahre in zahlreichen Projekten ein breites Methodenspektrum aufgebaut.

Gerne können Sie uns mit Ihrer Fragestellung kontaktieren. Die Abteilung Biomechanik und Kinematik des LBBs bietet ein offenes Portal für wissenschaftliche Kooperationen oder Auftragsforschung.


Leistungen & Verfahren


Roentgen Stereophotogrammetric Analysis (RSA)

  • Gelenkkinematik
  • Starrkörperanalyse
  • Migrationsbestimmung


Funktionelle Implantatprüfung

  • Schulter – Operationstechniken, Endoprothesen, Osteosyntheseimplantate
  • Wirbelsäule – Dynamische Implantate, Spondylodeseimplantate, Bandscheibenprothesen, Kyphoplastik
  • Knie  -Endoprothesen, Funktionelle Dauerbelastung
  • Hüfte


Soft-Tissue Mechanik

  • Kriech-Indentation
  • Festigkeitsprüfung


Gelenkkinematik

  • Schulter
  • Wirbelsäule
  • Knie
  • Hüfte


Gravimetrische Verschleißprüfung

  • Kniegelenkskomponenten


Simulationen

  • Mehrkörpersimulation – The AnyBody Modeling System
  • Finite Elemente Analyse – ANSYS



Prüfmaschinen


Materialprüfmaschine Zwick 1445

Technische Daten

  • Maximale Prüflast: 10kN
  • Maximale Transversengeschwindigkeit: 800mm/min
  • Zwei Kraftaufnehmer: 200N und 10kN

Anwendung

  • Zugversuche von Weichgewebe (Sehnen, Herzklappen,…)
  • Confined Compression Test von Knorpelgewebe und -konstrukten


Materialprüfmaschine MTS 858 MiniBionix

Technische Daten

  • Maximale axiale Last (Zug/Druck): 15kN
  • Maximales Drehmoment:100Nm
  • Druck Hydraulikaggregat: 270 bar
  • Maximaler Weg Aktuator: 150mm
  • Totale Rotation Aktuator: 270°
  • Div. Kraftaufnehmer: 500 N, 2,5 kN, 15KN/150Nm

Anwendung

  • 3- und 4-Punkt-Biegung
  • Testung von Röhrenknochen
  • Testung von Implantaten (Marknägel, Osteosyntheseplatten,…)
  • Dauerversuche gesamter Konstrukte
  • Dauerfestigkeit und Belastbarkeit von Implantaten zur Osteosynthese
  • Testung von Weichgewebe (Sehnenausriß,…)


Materialprüfmaschine Instron 8501

Technische Daten:

  • Maximallast: 100 kN
  • Prüftemperatur: -70°C bis +350°C
  • Frequenzbereich von 1 bis 10 Hz
  • Abstand zwischen den Einspannungen 562 mm
  • Antriebseinheit Hydrauliksystem

Anwendung:

  • Zug, Druck, Biegung
  • 3- und 4-Punkt-Biegung
  • Testung von Röhrenknochen
  • Testung von Implantaten (Marknägel, Osteosyntheseplatten,…)
  • Dauerversuche gesamter Konstrukte
  • Dauerfestigkeit und Belastbarkeit von Implantaten zur Osteosynthese
  • Testung von Weichgewebe (Sehnenausriß,…)
  • Dauerschwingversuche


Kniekinemator

 

 

 

 

 

 


Roboterassistierte Prüfeinrichtung

Serieller Sechsachsroboter KUKA KR16-2 mit KR C4 Steuerung

  • Kraft- und Momentenregelung
  • Sechs-Komponenten-Sensor
  • Max. Last: 16kg

Kinemator

  • Sieben servohydraulische Aktoren
  • Maximale Kraft je Aktuator: 3000N
  • Kraftregelung

Anwendungen

  • Funktionelle Gelenk- und Implantatprüfung
    • Hüfte
    • Schulter
    • Knie
    • Wirbelsäule


Roll-Gleit-Prüfstand

Simulation der Kniebewegung

  • Nachahmung der kniegelenktypischen Belastung unter einer Roll-Gleit-Bewegung
  • Standardisiertes Prüfverfahren (in Anlehnung an ASTM F1715-00, ASTM F2026-06, ISO 14243-2)
  • Vereinfachte Geometrien der Knieimplantatkomponenten: Grundplatte (Tibia) und zylindrischer Gegenkörper (Femur)
  • Axiale Kraft von 700N (simulierter Einbeinstand)
  • Auf 37°C temperierte Ersatzflüssigkeit der Synovia

Verschleißprüfung

  • Bestimmung des Materialverlusts von Implantatmaterialien
  • Darstellung des Verschleißverhaltens mittels gravimetrischer Messung
  • Langzeitverschleißmessungen unterschiedlicher Materialpaarungen


Knie-Komponenten-Prüfstand

Simulation der Kniebewegung

  • Nachahmung der kniegelenktypischen Belastung unter einer Roll-Gleit-Bewegung
  • Vereinfachte Geometrien der Knieimplantatkomponenten: Bikonkave Grundplatte (Tibia) und bikonkaver zylindrischer Gegenkörper
  • Axiale statische Belastung
    Ersatzflüssigkeit der Synovia oder Läppmittel

Verschleißprüfung

  • Bestimmung des Materialverlusts von Implantatmaterialien
  • Darstellung des Verschleißverhaltens mittels gravimetrischer Messung
  • Langzeitverschleißmessungen unterschiedlicher Materialpaarungen


Knorpelidentor

Messgrößen:

  • Ermittlung der biomechanische Eigenschaften von Knorpelgewebe – und konstrukten
  • Ermittlung der Dicke von Knorpelgewebe und -konstrukten

Anwendungsbereiche:

  • Knorpelgewebe
  • Knorpelkonstrukte
  • Knorpelregenerate


Fluoroskop

Generatorleistung:

  • Durchleutung: 40kV bis 110kV/0,2 bis 6mA
  • Aufnahme 40kV bis 110kV/20mA
  • Betriebsfrequenz: 20Hz

Max. Betriebsdaten:

  • Durchleuchtung: 100kV/0,2-6mA
  • Aufnahme:110kV/20mA
  • Ausnahmezeit: 0,1 bis 4 Sekunden

Röntgen-Kontrollbereich:

  • Doppelfokus Stehanodenröhre

Bildverstärkerröhre:

  • 17/10 cm oder 23/15 cm, Cäsium – Jodid
  • Vergrößerung : 1,5fach

Durchleuchtungsraster:

  • Pb 8/1 40


Feinwaage

Technische Daten

  • Messauflösung/Ablesbarkeit: 0,01mg
  • Reproduzierbarkeit <±mg 0,015/0,025
  • Linearitätsabweichung <±mg 0,1
  • Max. Bereich: 230g
  • Messzeit (typisch): 8s
  • Einsatz-Temperaturbereich +10 … +30 °C
  • Vollautomatischer Windschutz
  • Integrierter Elektrostatik-Eliminator zur Neutralisation störender elektrostatischer Ladungen (Ionisator)


Optische Messsysteme

  • NDI Polaris P4
  • NDI Optotrak Certus




Kontakt

Dr. Bastian Welke
Telefon: +49 (0)511 5354 652
Telefax: +49 (0)511 5354 875
E-Mail: welke.bastian(at)mh-hannover.de