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Die Verbeugung vor dem Knie

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Die Verbeugung vor dem Knie

Grafik des Berechnungsmodells mit Muskelkräften
Darstellung des Prüfstandes
Präpariertes Kniegelenk
DruckmessfolieIn im patellofemoralen Gelenk

In vitro - Knieprüfstand

"Belastungsverteilung im patello-femoralen Gelenk"

In Zusammenarbeit mit Dipl.-Ing. C. König, Dr. P. Schöttle, Dipl.-Ing. J.-E. Hoffmann, Dr. B. Taylor, Prof. G. Duda, Dr. M. Heller (Centrum für Muskuloskeletale Chirurgie, CVK)

Ein Forschungsgebiet des Centrums für Muskuloskeletale Chirurgie (CMSC) der Charité sind die muskuloskeletalen Belastungen in den unteren Extremitäten. In vorangegangenen Studien wurde ein Berechnungsmodell entwickelt und validiert, mit dem die Muskel- und Gelenkkontaktkräfte im Bein bei verschiedenen Aktivitäten bestimmt werden können [1,2].

Um die Interaktionen zwischen den verschiedenen Strukturen des Kniegelenks besser zu verstehen und chirurgische Eingriffe zu optimieren, wurde am CMSC ein mechanischer Prüfaufbau entwickelt und im CWW gebaut, mit dem die beim Laufen und Treppensteigen wirkenden Muskelkräfte aufgebracht werden können. Im Prüfstand wird das Knie befestigt und mittels Seilzügen Muskelkräfte appliziert, welche beim Laufen und Treppensteigen wirken.

Im Experiment kann so die Verteilung der Belastungen auf die verschiedenen Strukturen des Knies während Alltagsaktivitäten genauer untersucht werden.

In einer ersten Studie wurde die Belastungsverteilung im patellofemoralen Gelenk bei verschiedenen Aktivitäten gemessen. In das patellofemorale Gelenk eingebrachte Druckmessfolie dienen zur Messung der Belastungsverteilung. Die am präpariertes Kniegelenk mit an den Muskelansätzen angebrachten Extensionshülsen dienen zur Übertragung der Muskelkräfte sowie die optischen Markern zur Erfassung der Bewegung.

Kniegelenke wurden dazu in eine servo-hydraulische Prüfmaschine (Instron 8871, Instron Wolpert GmbH, Darmstadt, Germany) eingespannt und die physiologischen Muskelkräfte durch 4 unabhängig gesteuerte servo-elektrische Aktuatoren (PowerCube Drive Unit 70-100, AMTEC GmbH, Berlin) aufgebracht. Die 3D Bewegung von Tibia, Femur und Patella wurde durch ein optisches Messsystem (Vicon Peak, Oxford, UK) und die Drücke an der Kniescheibe durch eine Druckmessfolie (Tekscan, Boston, USA) gemessen.

Literatur
[1] Heller et al. (2001) Journal of Biomechanics
[2] Taylor et al. (2004) Journal of Orthopedic Research