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In den vergangenen Jahren ist eine Zunahme von Achillessehnenverletzungen
feststellbar, obwohl diese die stärksten Sehnen des menschlichen Körpers sind.
Eine Ursache dafür ist die ungleichmäßige Belastung der Achillessehne durch
schräge Fußhaltung, aber auch hohe gleichmäßige Belastung kann zu Problemen
führen. Die Dissertation, die M. Eng. Majid Kardeh vom Fachbereich Informatik
und Ingenieurswissenschaften der Frankfurt University of Applied Sciences
(Frankfurt UAS) vorgelegt hat, beschäftigt sich mit einer "Methode zur
Beurteilung des Achillessehnenruptur-Risikos auf Basis bildgebender Verfahren
und der Finite Elemente-Methode".
Kardeh
entwickelte ein virtuelles Verfahren, das die Belastung der Achillessehne unter
verschiedenen Bedingungen simuliert und Schwachstellen erkennt.
"Unter Berücksichtigung von Majid Kardehs Erkenntnissen können künftig
vorbeugende Maßnahmen bei der Entwicklung von Schuhen getroffen werden, die dem
Risiko einer Achillessehnenruptur entgegenwirken", ordnet der Betreuer Prof.
Dr.-Ing. Gerhard Silber von der Frankfurt UAS die Bedeutung der Dissertation
ein. "Das Potenzial des genutzten Verfahrens liegt in der Entwicklung und
Optimierung von Schuhen am Computer, die sowohl im Komfort als auch im Schutz
besonders gefährdeter Muskeln und Sehnen verbessert werden können." Die Arbeit
wurde in enger Kooperation mit Prof. Dr. Dr. med. Thomas J. Vogl vom Institut
für Diagnostische und Interventionelle Radiologie der Goethe-Universität
Frankfurt am Main verfasst. Die radiologischen Aufgaben beinhalteten
insbesondere die Entwicklung und Analyse spezifischer
Magnetresonanztomographie-Sequenzen zur Bildgebung.
In das Forschungsförderungsprogramm LOEWE (Landes-Offensive zur Entwicklung
Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz) war der Fachbereich Informatik und
Ingenieurwissenschaften der Frankfurt UAS im Rahmen des Schwerpunktes
"Präventive Biomechanik - PräBionik" eingebunden. Kardeh entwickelte innerhalb
dieses Schwerpunktes eine Methode, welche die Interaktion von Fuß, Schuh und
Untergrund simuliert. Gleichzeitig zeigt sie die Belastungen der jeweiligen
Weichgewebe im Fuß auf. Mit Hilfe dieser Methode untersuchte Kardeh die
besonderen Anforderungen an die Achillessehne bei verschiedenen Fußstellungen.
Dabei wurden auch unterschiedliche Konstellationen der drei Parameter Fuß, Schuh
und Untergrund überprüft. Das virtuelle Verfahren ermöglicht die genaue
Darstellung der inneren Belastung der Achillessehne in verschiedenen Szenarien.
Die Beine von Versuchsteilnehmer(-inne)n wurden mittels des
Magnetresonanztomographie-Verfahrens digitalisiert und die mechanischen
Eigenschaften des Weichgewebes durch Versuche, die das hyperelastische Verhalten
von Materialien ermitteln, identifiziert. In Kombination mit Laufanalysen
konnten mittels eines Mehrkörpersystems, das die Berechnung der Bewegung
verschiedener Körper in einem System ermöglicht, die erforderlichen Muskelkräfte
für das virtuelle Modell ermittelt werden.
Kardeh kommt zu dem Ergebnis, dass die größte Spannung und Dehnung der
Achillessehne beim Laufen in neutraler Fußhaltung im Bereich der
Achillessehnentaille besteht. Diese Stelle wird auch als "kritische Stelle"
bezeichnet, da 80 % aller Achillessehnenrisse in diesem Bereich auftreten. Bei
einer ungleichmäßigen bzw. asymmetrischen Belastung der Achillessehne ist je
nach Art der Asymmetrie der innere - bei einer Eversion - oder der äußere - bei
einer Inversion - Teil der Sehne stärker gefährdet. Bei einer Inversion ist das
Risiko für eine Ruptur insgesamt höher als bei einer Eversion.
Kardeh hat sein Diplom in Maschinenbau und auch seinen Master in Automotive
Engineering an der Frankfurt UAS absolviert. Er ist seit 2008 wissenschaftlicher
Mitarbeiter am Institut für Materialwissenschaften und Lehrender am Fachbereich
Informatik und Ingenieurswissenschaften. Seine kooperative Promotion in
theoretischer Medizin schloss er im November 2015 an der Goethe-Universität
Frankfurt erfolgreich ab. Sie wurde von zwei Gutachtern betreut: Prof. Dr.-Ing.
Gerhard Silber ist Professor am Fachbereich Informatik und
Ingenieurwissenschaften der Frankfurt UAS und Direktor des Instituts für
Materialwissenschaften; Prof. Dr. Dr. med. Thomas J. Vogl ist Direktor des
Instituts für Diagnostische und Interventionelle Radiologie der
Goethe-Universität Frankfurt am Main.
Bereits 2012 befasste sich Christophe Then von der Frankfurt UAS in seiner
Dissertation im LOEWE-Schwerpunkt "Präventive Biomechanik - PräBionik" mit einem
besseren Verständnis der biomechanischen Vorgänge bei Liegegeschwüren und zeigte
Möglichkeiten zu ihrer Vermeidung auf. Der Titel der von Then in englischer
Sprache verfassten Dissertation lautete: "Application of the Finite Element
Method to Optimize Interaction of Human Soft Tissue and Soft Polymeric Foam
Supports".
Die Frankfurt UAS, die Goethe-Universität Frankfurt am Main, die
Philipps-Universität Marburg und die Duale Hochschule Baden-Württemberg Mosbach
wurden für ihre gemeinsame Forschung im biomechanischen Bereich von 2010 bis
2013 mit rund 3,8 Millionen Euro aus dem LOEWE-Programm gefördert.
Konsortialführer des LOEWE-Schwerpunkts war Prof. Dr.-Ing. Gerhard Silber,
Geschäftsführender Direktor des Instituts für Materialwissenschaften (IfM) der
Frankfurt UAS.
Das Institut für Materialwissenschaften (IfM) ist als Forschungsschwerpunkt an
der Frankfurt UAS am Fachbereich Informatik und Ingenieurwissenschaften
angesiedelt und widmet sich den Materialwissenschaften, der Biomedizin und der
Biomechanik. Das Institut setzt sich aus den Laboren für Materialwissenschaft,
Kunststoff und Kautschuk, Werkstoffe und für Computeralgebra zusammen.
Geschäftsführender Direktor des Instituts ist Prof. Dr.-Ing. Gerhard Silber.
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Autor und Copyright: Detlev Ackermann, Laufen-in-Koeln
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