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Zur Biomechanik des Fingers unter Berücksichtigung der Krümmungsinkongruenz der Gelenkflächen

  • In der Fachliteratur beriicksichtigte Fingermodelle modellieren die Fingergelenke bzgl. Flexion/Extension (iblicherweise als Scharniere mit ortsfesten Achsen (drei Freiheitsgrade pro Finger). In der vorliegenden Arbeit wird aufgezeigt, dass dieses prinzipiell falsch ist und dass die bei alien Gelenken vorliegende Inkongruenz der Gelenkflachenkrummung die Grundlage jeglicher Fingermodellierung bilden muss. Daraus resultiert, dass der Gelenkkette des Fingers physikalisch prinzipiell sechs Freiheitsgrade zukommen. Da die Lagen der Phalangen durch sechs Muskelkrafte eingestellt werden, kann das Problem der Fingerpositionierung prinzipiell geschlossen gelost werden. Der Autor beschreibt die fur die Fingerbewegung relevanten Anteile der Anatomic des menschlichen Fingers und mathematisiert sie fur Flexion/Extension mit Hilfe der Vektorgeometrie. Daraus ergeben sich Gleichungssysteme fur die bei der Betrachtung des Fingers bedeutsamen Gleichgewichtslagen, die von einem dazu entwickelten Computerprogramm aufgestellt und numerisch gelost werden. Mogliche Gleichgewichtslagen und die dazu notwendigen Muskelkrafte werden berechnet. Die rechnerischen Losungen werden interpretiert. Im Gegensatz zu den meisten in der Literatur beriicksichtigten quantitativen Fingermodellen konnen mit diesem Fingermodell Phanomene wie z.B. das Krankheitsbild des knochernen Strecksehnenausrisses oder die Ruheposition der Finger erklart werden. Es wird aufgezeigt, dass einige anatomische Daten empfmdlich auf Veranderungen reagieren und dass dieses z.B. bei rekonstruierenden Operationen unbedingt beriicksichtigt werden sollte. AuBerdem decken sich die rechnerischen Ergebnisse mit denen experimenteller Untersuchungen.
  • Existing finger models so far display finger joints in regard to flexion/extension as hinges with a set axis (3 degrees of freedom per finger). This dissertation shows that those models are wrong and that incongruent curvature of the articulating surfaces, which is to be found in any joint, has to be considered as a basis for future models. Therefore, the finger's jointchain is characterized by six degrees of freedom instead of only three as found in former models. Since the positions of the phalanges are determined by the power of six muscles, the problem of positioning fingers can be solved. The author describes the for finger-movements relevant parts of the anatomy of the human finger and puts them for flexion/extension into mathematical equations by using vector-geometry. It follows equation systems for the finger's important balance-positions. These equation systems can be put up and numerically solved by a new designed computer program. Possible balance-positions and necessary muscle powers are calculated. Calculated results are to be interpreted. Unlike other quantitative finger models this finger model can explain phenomenons such as avulsion fracture of extensor tendons or the resting position of the finger. It is shown that some anatomical data is sensitive to changes made and that this should be considered in e.g. reconstructive surgery. Additionally, calculated results match to finding of experimental research.

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Metadaten
Author: Harm Burfeind
URN:urn:nbn:de:gbv:9-200339-7
Title Additional (German):keine Angaben
Title Additional (English):Biomechanics of the finger considering incongruent curvature of the articulation surfaces
Advisor:Prof. Dr. Jochen Fanghänel
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2006/07/19
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Medizinische Fakultät (bis 2010)
Date of final exam:2003/12/04
Release Date:2006/07/19
GND Keyword:Biomechanik, Fingermuskulatur, Flexion
Faculties:Universitätsmedizin / Institut für Anatomie und Zellbiologie
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit