Gründe für Rupturen an der Achillessehne

Ein virtuelles Verfahren erkennt die Belastung der Achillessehne unter verschiedenen Bedingungen und simuliert und Schwachstellen. © CLIPAREA l Custom media / shutterstock.com

Ein virtuelles Verfahren erkennt die Belastung der Achillessehne unter verschiedenen Bedingungen und simuliert und Schwachstellen. © CLIPAREA l Custom media / shutterstock.com

In den vergangenen Jahren ist eine Zunahme von Verletzungen an der Achillessehne feststellbar, obwohl diese die stärksten Sehnen des menschlichen Körpers sind.

Eine Ursache für eine Ruptur der Achillessehne 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 Risse der Achillessehne 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 Achillessehne stärker gefährdet. Bei einer Inversion ist das Risiko für eine Ruptur insgesamt höher als bei einer Eversion.

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”.




Quelle:

http://www.frankfurt-university.de/ifm

http://www.3ds.com/fileadmin/PRODUCTS/SIMULIA/PDF/scc-papers/LS-Numerical-Analysis-of-the-Interactions-between-Human.pdf

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