Erstellung eines Computermodells der Lendenwirbelsäule zur Ermittlung innerer Belastungen bei sportlichen Bewegungen - Juchem, S.; Gruber, K. (Biomechanik Grundlagenforschung und Anwendung: Symposium der dvs-Sektion Biomechanik vom 3.-4. April 2009 in Tübingen, 2010)
Die Problematik hoher Belastungen der lumbalen Wirbelsäule und zunehmender Rückenbeschwerden tritt sowohl im Alltag als auch im Breiten- und vor allem im Leistungssport sehr häufig auf. Verschiedene Sportarten erfordern eine große Beweglichkeit der Wirbelsäule, die insbesondere im Bereich der Lendenwirbelsäule zu nachhaltigen Schädigungen führen kann. Zur Bestimmung der individuellen Belastung der einzelnen Strukturen sind Messungen von inneren Kraftwirkungen in vivo aufgrund der Einbringung von Messinstrumenten in die Wirbelsäule kaum realisierbar. Eine moderne Methode der Belastungsbestimmung ist die der Computermodellierung. Hierbei wird ein möglichst realitätsnahes physikalisches Modell der betrachteten Körperstrukturen erstellt und damit die wirkenden Kräfte und Drehmomente zwischen den knöchernen Anteilen sowie in den elastischen Elementen, wie beispielsweise in den Bändern und in den Zwischenwirbelscheiben berechnet. Die Genauigkeit der Ergebnisse hängt dabei entscheidend von der Realitätsnähe der Modellierung ab. Neben der bisher häufig angewandten Finite-Element-Modellierung (FE), bei der Kraftwirkungen in definierten Abschnitten der Wirbelsäule mit Hilfe sehr genauer Netzstrukturen berechnet werden, ist eine weitere Möglichkeit die Methode der Mehrkörpersystem-Modellierung (MKS). Dabei werden die knöchernen Anteile als Starrkörper modelliert, die durch Gelenke beweglich miteinander verbunden sind, und die Weichteilstrukturen werden durch ihr mechanisches Verhalten in Form geeigneter Kraft-Deformations-Relationen im Modell realisiert. Vorteil der MKS-Modellierung gegenüber der FE-Modellierung ist der wesentlich geringere Rechenaufwand. Damit ist die Möglichkeit gegeben, ein feinstrukturiertes Teilkörpermodell in ein Ganzkörpermodell des menschlichen Körpers zu implementieren und damit aus großräumigen sportlichen Bewegungsabläufen auf Kraftwirkungen in detaillierter modellierten Strukturen zu schließen. Zur Validierung der MKS-Modelle geben die Ergebnisse der FE-Modellierungen entscheidende Hinweise. Daher ergänzen sich beide Berechnungsverfahren in optimaler Weise.