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Orthopädische Biomechanik

Das Buch beschreibt Gedankengänge und Vorgehensweisen der orthopädischen Biomechanik, den Kenntnisstand zu Belastung und Beanspruchung des Haltungs- und Bewegungsapparates sowie die Reaktion der Gewebe auf mechanische Einflüsse exakt, aber mit einem Minimum an mathematischer und physikalischer Argumentation. Es gliedert sich in die Abschnitte I Grundlagen aus der Mechanik II Grundlagen aus der Mathematik III Mechanische Aspekte des Haltungs- und Bewegungsapparates IV Übungsaufgaben mit ausgearbeiteten Lösungen Zahlreiche Abbildungen unterstützen die anschauliche Darstellung. Ein Buch für Orthopäden, Ingenieure, Naturwissenschaftler, Physiotherapeuten und Orthopädietechniker in den Bereichen Forschung und Entwicklung von Orthopädie und Rehabilitation. 

Titel: Orthopädische Biomechanik
Verfasser: Brinckmann, Paul GND
Frobin, Wolfgang GND
Leivseth, Gunnar GND
Drerup, Burkhard GND
Organisation: FB 05: Medizinische Fakultät
Dokumenttyp: Buch
Medientyp: Text
Erscheinungsdatum: 2012
Publikation in MIAMI: 11.01.2012
Datum der letzten Änderung: 26.11.2013
Reihe Wissenschaftliche Schriften der WWU Münster / Reihe V ; 2
Schlagwörter: Orthopädische Biomechanik; Biomechanik
Fachgebiete: Medizin und Gesundheit
Sprache: Deutsch
Anmerkungen: Auch im Buchhandel erhältlich: Orthopädische Biomechanik / von Paul Brinckmann, Wolfgang Frobin, Gunnar Leivseth, Burkhard Drerup. - Münster : Monsenstein und Vannerdat, 2012. - 499 S. (Wissenschaftliche Schriften der WWU Münster : Reihe V ; Bd. 2), ISBN 978-3-8405-0059-6, Preis: 37,- EUR
Format: PDF-Dokument
ISBN: 978-3-8405-0059-6
URN: urn:nbn:de:hbz:6-41489479306
Permalink: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:6-41489479306
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Inhalt:
1 Mechanische Grundbegriffe 1
1.1 Kraft 1
1.2 Drehmoment 7
1.3 Druck 15
1.3.1 Zentrum des Drucks 20
1.4 Mechanische Spannung 23
1.5 Reibungskraft 25
1.6 Mechanische Arbeit, Energie, Impuls und Leistung 27
1.7 Stabilität und Instabilität 32
2 Materialeigenschaften fester Stoffe 35
2.1 Dehnung und Stauchung 35
2.2 Scherung 39
2.3 Elastische, viskoelastische und plastische Verformung 39
2.4 Härte 43
2.5 Reibung 44
2.6 Materialversagen 46
3 Verformung und Festigkeit von Strukturen 51
3.1 Experimentelle Bestimmung von Verformung und Festigkeit 52
3.2 Berechnung von Verformung und Festigkeit stabförmiger Strukturen 57
3.2.1 Längenänderung eines Stabes bei Zug- oder Druckbelastung 58
3.2.2 Biegung eines einseitig eingespannten Stabes 59
3.2.3 Torsion eines Stabes um seine Längsachse 61
3.3 Herabsetzung der Festigkeit durch Spannungskonzentrationen 62
4 Rechnen mit Vektoren 67
4.1 Die Winkelfunktionen Sinus, Kosinus und Tangens 68
4.2 Darstellung von Vektoren 71
4.3 Addition von Vektoren, grafisches Verfahren im 2-dimensionalen Fall 75
4.4 Addition von Vektoren, numerisches Verfahren im 2- und 3-dimensionalen Fall 78
4.5 Zerlegung eines Vektors in Summanden 79
4.6 Multiplikation von Vektoren: Skalarprodukt und Vektorprodukt 80
5 Rechnen mit Matrizen 85
5.1 Definition einer Matrix 85
5.2 Multiplikation einer Matrix mit einem Vektor oder einer Matrix 85
6 Verschiebung und Drehung in der Ebene 87
6.1 Anschauliche Beschreibung von Translation und Rotation 87
6.1.1 Translation 87
6.1.2 Rotation 88
6.1.3 Aus Translation und Rotation zusammengesetzte Bewegung 89
6.1.4 Fehlereinflüsse bei der Beschreibung einer Bewegung 91
6.2 Rechnerische Beschreibung von Translation und Rotation 92
6.2.1 Kartesische Koordinaten 92
6.2.2 Translation 93
6.2.3 Rotation 94
6.2.4 Aus Rotation und Translation zusammengesetzte Bewegung 96
6.2.5 Bestimmung der Abbildungsparameter aus 2 Punkten und ihrer Bilder 97
6.2.6 Matrixnotation 100
7 Rechnerische Behandlung von Verschiebung und Drehung im Raum 103
7.1 Koordinaten und Vektoren 106
7.2 Koordinatentransformationen 109
7.3 Geradlinige Verschiebung im Raum 111
7.4 Drehungen im Raum 112
7.4.1 Einzeldrehungen um Koordinatenachsen 112
7.4.2 Aus Einzeldrehungen zusammengesetzte Drehung 113
7.4.3 Euler Winkel und Cardan-Bryant Winkel 116
7.4.4 Einzeldrehung um eine beliebige Achse 118
7.4.5 Aus Rotation und Translation zusammengesetzte Bewegung im Raum und Theorem von Chasles 120
7.5 Berechnung der Parameter der Verschiebung und Drehung im Raum aus der Messung der Lage von Referenzpunkten 125
7.5.1 Parameter der Bewegung eines Körpers, der in einem raumfesten Koordinatensystem beobachtet wird 125
7.5.2 Parameter der Beschreibung der relativen Bewegung von zwei Körpern 130
7.6 Beschreibung der Bewegung der Gelenke des menschlichen Körpers 132
7.6.1 Anschauliche Beschreibung der Bewegung in einer Ebene 132
7.6.2 Beschreibung der räumlichen Gelenkbewegung 134
8 Mechanische Eigenschaften von Knochen und Knorpel 139
8.1 Aufbau des Knochengewebes 140
8.2 Wachstum und Anpassung der Knochenform 141
8.3 Frakturheilung 143
8.4 Mechanische Eigenschaften des Knochenmaterials 144
8.4.1 Spannung und Verformung inhomogener, anisotroper Materialien 144
8.4.2 Materialeigenschaften von Kortikalis 146
8.4.3 Architektur und Materialeigenschaften von Spongiosa 149
8.5 Bestimmung der Knochendichte 152
8.6 Klinische Anwendungen der Knochendichtemessung 156
8.7 Anpassung von Knochen an die mechanischen Anforderungen 158
8.8 Aufbau und mechanische Eigenschaften von Knorpel 166
8.9 Reibungseigenschaften von Knorpel 168
8.10 Anpassung und mechanisch bedingte Schädigung des Knorpels 169
9 Struktur und Funktion von Skelettmuskeln 175
9.1 Anatomische Grundlage der Kraftentfaltung 175
9.2 Abhängigkeit der Muskelkraft von der Länge des Muskels 178
9.3 Abhängigkeit der Muskelkraft von der Verkürzungsgeschwindigkeit 181
9.4 Modellierung der mechanischen Eigenschaften der Skelettmuskeln 182
9.5 Elastische Eigenschaften von Sehnen 183
9.6 Abstufung der Kraft eines Muskels 185
9.7 Zusammenhang zwischen EMG-Signal und Muskelkraft 190
9.8 Architektur des Skelettmuskels 191
9.9 Mechanische Aufgaben der Skelettmuskeln 196
9.10 Training von Kraft und Ausdauer 200
9.10.1 Kraftzuwachs durch Muskelhypertrophie 201
9.10.2 Kraftzuwachs durch neurale Anpassung 201
9.10.3 Kraftzuwachs nach mentalem Training 202
9.10.4 Ausdauertraining 203
10 Mechanische Aspekte der Haut 211
10.1 Anatomischer Aufbau der Haut 211
10.2 Mechanische Kennwerte 212
10.2.1 Elastizitätsmodul 212
10.2.2 Reibungseigenschaften 216
10.3 Reaktion der Haut auf mechanische Beanspruchung 216
10.4 Schädigung der Haut durch mechanische Beanspruchung 217
10.4.1 Schädigung durch Druck 217
10.4.2 Schädigung durch Scherung 219
11 Abmessungen, Masse, Schwerpunktlage und Trägheitsmoment der Segmente des menschlichen Körpers 223
11.1 Bestimmung der Schwerpunktlage und des Trägheitsmoments 223
11.1.1 Schwerpunkt 223
11.1.2 Trägheitsmoment 227
11.2 Masse, Dichte und Abmessungen der Segmente des Körpers 231
11.3 Schwerpunkt der Segmente des Körpers 234
11.4 Trägheitsmoment der Segmente des Körpers 235
12 Ermittlung der Gelenkbelastung in einer Modellrechnung 239
12.1 Gleichgewichtssatz der Mechanik 239
12.2 Beispiel der Ermittlung der Gelenkkraft einer Balkenwaage 242
12.3 Berechnung der Gelenkbelastung im statischen Fall, erläutert am Beispiel des Ellenbogengelenks 244
12.4 Berechnung der Gelenkbelastung im dynamischen Fall, erläutert am Beispiel des Sprunggelenks 248
12.5 Berechnung der Gelenkbelastung, wenn mehr als ein das Gelenk überspannender Muskel aktiv ist 255
13 Mechanische Aspekte des Hüftgelenks 261
13.1 Belastung des Hüftgelenks in der Standphase beim langsamen Gang 261
13.2 Beeinflussung der Hüftgelenksbelastung durch Gehtechnik, äußere Hilfsmittel oder knochenchirurgische Eingriffe 265
13.3 Bestimmung der Hüftgelenksbelastung aus Ganguntersuchungen 268
13.4 Bestimmung der Hüftgelenksbelastung mit Hilfe instrumentierten Gelenkersatzes 272
13.5 Berechnung der Druckverteilung auf der Oberfläche des Hüftgelenks 273
13.6 Mechanische Ursachen der Arthrose des Hüftgelenks 280
14 Mechanische Aspekte des Kniegelenks 285
14.1 Gemeinsamkeiten in Aufbau und Funktion der Gelenke, aufgezeigt am Beispiel des Kniegelenks 285
14.2 Die Bewegung des Kniegelenks 288
14.3 Belastung des femoro-tibialen und des femoro-patellaren Gelenks 294
14.4 Belastung der Kreuzbänder 303
15 Mechanische Aspekte der Lendenwirbelsäule 313
15.1 Belastung der Lendenwirbelsäule 313
15.1.1 Ebene Modellrechnung 313
15.1.2 Räumliche Modellrechnungen 316
15.1.3 Intraabdominaler Druck und Belastung der Lendenwirbelsäule 317
15.1.4 Empfehlungen für das Heben und Tragen von Lasten 319
15.2 Festigkeit der Lendenwirbel 322
15.2.1 Kompressionsfestigkeit 322
15.2.2 Knochendichte und Knochenmineralgehalt in Abhängigkeit von Geschlecht und Alter 324
15.2.3 Bruch des Wirbelbogens 328
15.3 Segmentale Bewegung 330
15.3.1 Beschreibung als reine Rotation 330
15.3.2 Beschreibung als Kombination von Rotation und Translation 331
15.4 Mechanische Funktion lumbaler Bandscheiben 332
15.4.1 Druckverteilung an der Grenzfläche Bandscheibe-Wirbelkörper 333
15.4.2 Zusammenhang zwischen intradiskalem Druck und radialer Auswölbung 334
15.5 Bandscheibenvorfall 337
15.5.1 Hypothesen zu mechanischen Ursachen des Bandscheibenvorfalls 337
15.5.2 Epidemiologische Studien 339
16 Mechanische Aspekte der Schulter 347
16.1 Die Gliederkette der oberen Extremität 347
16.2 Muskeln der Schulterregion 350
16.3 Stabilität des Schultergelenks 353
16.4 Belastung des Schultergelenks 356
16.4.1 Statische, ebene Modellrechnungen 356
16.4.2 Statische, räumliche Modellrechnungen 358
16.4.3 Dynamische, räumliche Modellrechnungen 360
16.4.4 Messungen mit instrumentiertem Gelenkersatz 362
17 Biomechanik des Fußes 367
17.1 Die kinematische Kette des Fußes 368
17.2 Statik des Fußes 370
17.2.1 Belastung des Sprunggelenks 371
17.2.2 Innere Kräfte in der Fußwölbung 373
17.2.3 Innere Kräfte im Vorfuß 375
17.2.4 Verformung des Fußes 376
17.3 Posturographie 377
17.4 Plantare Druckverteilung 381
17.4.1 Druck-Messverfahren, Anforderungen und generelle Lösungen 381
17.4.2 Druck-Messverfahren, Interpretation der Messungen 384
17.4.3 Bodenreaktionskraft und plantarer Druck 386
17.4.4 Einflussfaktoren der plantaren Druckverteilung 387
17.5 Besonderheiten beim Diabetischen Fuß 392
18 Gang 399
18.1 Schrittmuster 399
18.2 Zeitliche Schrittfolge 400
18.3 Kinematik 402
18.4 Muskelaktivität 404
18.5 Drehmoment und Leistung der Muskeln 405
18.6 Angriffspunkt der Bodenreaktionskraft 411
18.7 Energieverbrauch beim Gehen 411
18.8 Dominanz eines Beins 414
18.9 Stürze 415
18.9.1 Epidemiologie der Stürze 416
18.9.2 Prävention von Sturzverletzungen 417
19 Übungsaufgaben 423
Bezeichnungen und Maßeinheiten 471
Fachausdrücke der Biomechanik Englisch-Deutsch 473
Sachverzeichnis 479