Printmagazin TECHNIK und WISSEN - Ausgabe 017

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vom 10. Mai
MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN BIOLOGISCHER GEWEBE
EINFACHER BESCHREIBEN
Ob ein Gewebe krank oder gesund ist, lässt sich
oftmals anhand dessen viskoser mechanischer
Eigenschaften diagnostizieren – wenn man diese
kennt, korrekt beschreibt und objektiv vergleichen
kann. Genau zu diesem Zweck wurden mathematische
Beschreibungsmodelle entwickelt, die sich in der Praxis
bewähren, aber durchaus umfangreicher Messungen und
Kalibrierungen bedürfen. Einem Team des Departments für
Anatomie und Biomechanik der Karl Landsteiner Privatuniversität
für Gesundheitswissenschaften Krems gelang
es nun, ein weltweit akzeptiertes Modell radikal zu vereinfachen
und so zukünftig erhebliche Einsparungen bei der
Gewebecharakterisierung zu ermöglichen.
Konkret nahm sich das Team um Studienleiter Prof. Dieter
Pahr dem «Adaptive Quasi-linear Viscoelastic Model» an.
Dieses beschreibt Eigenschaften weicher biologischer
Gewebe unter Berücksichtigung komplexer Mechanismen
bei veränderlicher mechanischer Belastung. Prinzipiell ist
dieses Modell sehr flexibel, da es für unterschiedliche Belastungsstärken
gilt, doch geht diese Flexibilität mit einem
hohen Preis einher, wie Prof. Dieter Pahr erläutert: «Je
flexibler ein mathematisches Modell ist, desto mehr Materialparameter
müssen bestimmt werden. Dazu kommt, dass
mit zunehmender Anzahl an Parametern die Vergleichbarkeit
zwischen verschiedenen Geweben immer schwieriger
wird. Daher haben wir uns das AQLV-Modell noch einmal
genauer angeschaut.»
Und tatsächlich gelang es dem Team in aufwendiger experimenteller
Arbeit, die für das Modell notwendigen Parameter
drastisch zu reduzieren. So wird im ursprünglichen
Modell das zu untersuchende Gewebe (mathematisch) in
drei Schichten aufgeteilt, die es zu berechnen gilt. Dazu sind
zur Kalibrierung vier Belastungsexperimente notwendig.
«In der Praxis müssen so 19 Parameter kalkuliert werden,
um das Modell richtig einzustellen», meint Prof. Dieter Pahr:
«Das haben wir nun auf acht reduzieren können, was eine
Zeitersparnis von 50 Prozent bei den Experimenten erlaubt.»
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