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Aktives Rumpfmuskelmodell zur verbesserten Berechnung der Beanspruchung der Lendenwirbelsäule durch Ganzkörpervibration

Projektnummer:
F 2070
Projektdurchführung:

Wölfel - Beratende Ingenieure GmbH & Co. KG

Status:
laufend
Geplantes Ende:
15. November 2014
Vorhabenbeschreibung:

Ein von der TU Darmstadt entwickeltes anatomiebasiertes Modell des Menschen wurde über einen längeren Zeitraum verbessert und erweitert. Ein relativ hoher Stand wurde mit dem Abschluss des Forschungsprojektes 2028 erreicht. Eine wesentliche Einschränkung ergibt sich aus der nicht aktiven Modellierung der Muskelkomponenten, wobei Muskeleigenschaften mittels Materialverhalten beschrieben werden. Zeitlage und Größe der Kräfte, welche von der Rumpfmuskulatur unter Vibrationseinfluss ausgelöst werden, bestimmen die Beanspruchung der Wirbelsäule maßgeblich mit. Eine adäquate Abbildung dieses aktiven Verhaltens im mathematischen Modell soll dazu beitragen, die Beurteilung des Gesundheitsrisikos infolge Ganzkörpervibration zu verbessern. Die bereits im Modell vorgesehenen Rumpfmuskeln sollen als aktive krafterzeugende Komponenten ausgebildet werden. Für die Muskulatur soll eine unabhängige körperbauabhängige Skalierung wählbar sein. Das Modell soll mindestens 2 verschiedene Perzentile (m50 und m90 oder m95) und mindestens 3 repräsentative Haltungen (z. B. Fahrerhaltung auf Nutzfahrzeugen, vorgeneigte Haltung) auf hartem oder weichem Sitz mit oder ohne Rückenlehnennutzung beschreiben. Zur Validierung soll die im Laborexperiment an der Körperoberfläche abgeleitete elektrische Muskelaktivität (Oberflächen-EMG) und die Bestimmung von Kraftmomenten dienen. Insbesondere bei Dehnungsreflexen ohne Überlagerung anderer EMG-Generatoren wie bei Willkürbewegungen sollen Korrelationen zwischen internen Verschiebungen zum EMG (unter Beachtung von Reflexzeiten) und zwischen EMG zur aktiven Krafterzeugung der Muskeln (unter Beachtung der elektromechanischen Latenz) untersucht und abgebildet werden.

Mit einem abgeleiteten Anwenderprogramm (MatLab) soll insbesondere die Berechnung von internen Kraftverläufen in verschiedenen Ebenen der Wirbelsäule unter praxisrelevanten Bedingungen auch während unterschiedlicher Haltungen unter Ganzkörpervibration in beliebiger Richtung möglich sein. Die Berechnung muss auch Verläufe im Zeitbereich bei Inputsignalen mit praxisrelevanter Dynamik ergeben, wobei nichtlineare Eigenschaften und nichtlineares Verhalten einzubeziehen sind. Bis mindestens 5 Hz muss die aktive Muskelkraftentwicklung validiert sein. Eine Prüfung des Modells bezüglich Torsion soll für Perzentil m50 und ggf. angepasst für Versuchspersonen erfolgen. Für Abweichungen bei der Validierung sind Erweiterungen des Modells zu begründen und der Aufwand einer Realisierung abzuschätzen.

Weitere Informationen:

Fachgruppe 3.4 "Mentale Gesundheit und Kognitive Leistungsfähigkeit"
Service-Telefon: 0231 9071-2071
Fax: 0231 9071-2070