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19.02.2010 Wissenschaftler der MSF und MEF entwickeln gemeinsam OP-Roboter
Kategorie: Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik
Am Lehrstuhl für Technische Mechanik/ Dynamik (Prof. Woernle) wird gemeinsam mit Kollegen der medizinischen Fakultät (Prof. Bader) ein Roboter zur Unterstützung bei Hüftersatzgelenksoperationen entwickelt.
Bild 1:HiL-Gelenksimulator
Bild 2:Bewegung und Belastung des Hüftgelenks durch Industrieroboter mit hybrider Lage- Kraftregelung
Bild 3:Biomechnische Mehrkörpermodell
Bild 4:Funktionsweise des Hardware-in-the-Loop Gelenksimulators
HiL-Gelenksimulator
Das Auskugeln (Luxation) von Hüftendoprothesen ist der zweithäufigste Grund für deren Wechseloperation. Trotz hinreichender klinischer Erfahrungen konnte in den letzten Jahren die Luxationsrate nicht entscheidend gesenkt werden. Hinsichtlich der Wertigkeit der für die Luxationssicherheit maßgeblichen Parameter, wie z.B. Implantatdesign oder Weichteilverhältnisse, sind zahlreiche Fragen offen.Da Untersuchungen von Luxationen am Patienten ethisch nicht vertretbar sind,arbeitet das Forschungslabor FORBIOMIT der Orthopädischen Klinik und Poliklinik in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Technische Mechanik/ Dynamik an einem neuartigen mechatronischen Hardware-in-the-Loop-Gelenksimulator (Bild 1).
Mit diesem Gelenksimulator soll das Verhalten von Hüftimplantaten bis hin zur Luxation sowohl in Bezug auf die Kinematik als auch auf die Dynamik nachgebildet und die verschiedenen Einflussparameter experimentell evaluiert werden. Die im knöchernen Lager verankerten Implantate werden als mechanische Komponenten der HiL-Simulation durch einen Roboter mit hybrider Lage-Kraft-Regelung im Raum bewegt und belastet (Bild 2).
Die für den Luxationsvorgang wesentliche Dynamik der physiologischen Bewegungen einschließlich der Weichteilvorspannungen und der Muskelkräfte wird durch ein biomechanisches Mehrkörpermodell nachgebildet (Bild 3).
Das biomechanische Mehrkörpermodell und der Roboter mit den Implantaten stehen im geschlossenen Regelkreis in ständiger gegenseitiger Wechselwirkung (Bild 4).
Ziel der HiL-Simulation ist die Erhöhung der Luxationsstabilität von Hüftendoprothesen durch die Optimierung der Einflussparameter unter Berücksichtigung der Knochen- und Weichteilverhältnisse. Daraus sollen zukünftig Empfehlungen für den Operateur hinsichtlich präoperativer Planung, Festlegung der Operationsstrategie sowie Auswahl und Positionierung der Implantate abgeleitet werden.
Ansprechpartner:
Prof. Woernle (MSF)
Prof. Bader (MEF)
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