Dreidimensionale Finite-Elemente-Modellierung von Skelettmuskeln: Parameteridentifikation, Simulation und Verifikation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Markus Böl; Professor Dr. Tobias Siebert
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 127753742

Skelettmuskeln befinden sich in unsere Körper vorwiegend eng gepackt in Muskelpaketen und müssen so bei Kontraktion mit umgebenden Muskelgeweben interagieren. Um ein tieferes Verständnis für die Packung von Muskeln unter den Prämissen der Krafterzeugung und der Kontraktionsgeschwindigkeit zu erlangen, ist die Untersuchung der Architektur, der dreidimensionalen Verformung und der Kraftentwicklung von Muskelpaketen notwendig. Basierend auf dieser Fragestellung ist das Hauptziel dieses Projektes (über die gesamte Förderphase), die Entwicklung eines dreidimensionalen Muskelmodelles, welches realistische Vorhersagen zur Kraftentwicklung und dreidimensionalen Verformung bei Muskelkontraktionen ermöglicht. Dies konnte für den M. soleus (SOL) des Kaninchens erreicht werden. In dieser letzten Förderphase soll das entwickelte Modell auch auf andere Wadenmuskeln des Kaninchens (M. gastrocnemius: GAS, M. plantaris: PLA) übertragen werden, die final zu einem Muskelpaketmodell (SOL, GAS, PLA) zusammengeführt werden sollen.So ist das Ziel dieser, das Gesamtprojekt abschließenden Förderphase die zusätzliche Erfassung von Geometriedaten (Aponeurosenlokalisation, dreidimensionale Faserverläufe), deren Notwendigkeit sich aufgrund des Einflusses der Muskelpackung auf der Muskelarchitektur herausgestellt hat. Weiterhin sollen noch offene Arbeiten aus der vorherigen Förderphase zur Charakterisierung der Materialeigenschaften von GAS und PLA sowie zur Datenauswertung und Modellvalidierung abgeschlossen werden. Aufgrund zeitaufwendiger und zum Teil unerwarteter, jedoch für die Bearbeitung des Antrages notwendiger Arbeitsschritte, war dies im bisherigen geförderten Projektzeitraum nicht möglich. So liegen für den GAS und das Gesamtmuskelpaket umfangreiche, experimentelle, dreidimensionale Muskeloberflächendaten während der Kontraktion vor, die noch ausgewertet werden müssen.Die in dieser letzten Förderphase gesammelten Daten sollen in ein dreidimensionales Modell zur Beschreibung des Muskelpaketes einfließen. Somit steht erstmals ein Muskelpaketmodell zur Verfügung, mit dessen Hilfe, wie bereits von den Antragstellern für den SOL gezeigt, ausgewählte Fragen zur Funktion und Ausgestaltung von Muskeln, Muskelpaketen und Körpersegmenten adressiert werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen