Open Access

Til Stockmann

• In der AG Biomateriallabor wurde ein Projekt gestartet, das sich mit der Schwingungsanalyse zur Beurteilung der Osseointegration von Implantaten beschäftigt. Dazu wurde zunächst eine Bachelorarbeit [19] in Kooperation mit dem Frauenhofer Institut ENAS Chemnitz gemacht. Darauf aufbauend wurde im Labor der AG im Rahmen einer eigenen Arbeit [20] eine Messtrecke konzipiert und realisiert. Zudem wurde ein stabiles und schweres Implantatgehäuse entwickelt, das mit Hilfe eines Piezoaktors zum Schwingen gebracht wurde. Die Resonanzfrequenzen wurden dann mit einem Beschleunigungssensor gemessen und mit einem USB-Oszilloskop aufgezeichnet. Mit der selbst entwickelten Messtrecke konnte zusätzlich an Gehäuse Materialblöcke (Stahl, Kunstholz, Kunstknochen) angekoppelt werden, die Knochengewebe simulieren sollten. Doch durch die schwere und kompakte Bauweise des Gehäuses konnte nur eine Veränderung des Schwingungsverhalten mit angekoppelten Stahlblöcken beobachtet werden. Zusätzlich konnte das Gehäuse mit angekoppelten Materialien mit reproduzierbaren Einspannkräften in der Messstrecke verspannt werden. Diese Messtrecke wurde als Grundlage der vorliegenden Arbeit genommen und sollte im Rahmen dieser verbessert werden. Dazu sollte zu einem ein neues Gehäusemodell konzipiert und realisiert werden. Das neuentwickelte Gehäuse sollte im Gegensatz zu seinem Vorgänger vor allem im Gewicht reduziert werden, damit leichter angekoppelte Materialien eine Auswirkung auf das Schwingverhalten des Gehäuses hätten. Außerdem sollte ein neues Aktorsystem zur Schwingungsanregung getestet und mit dem Piezoaktor verglichen werden. Des Weiteren sollte ein Auswertungsprogramm in Matlab realisiert werden, das das Aktor- und Beschleunigungssensorsignal mit Hilfe einer FFT auf ihre Frequenzspektrum untersucht. Im Rahmen der Arbeit wurde ein neues Implantatgehäuse entwickelt, das um 36,4 g leichter war als sein Vorgängermodell. Durch die starke Gewichtsreduzierung konnte auch ein verändertes Schwingverhalten bei leichter angekoppelten Materialblöcken beobachtet werden. Zudem wurde ein Unwuchtmotor als neues Aktorsystem für Schwingungsanregung des neuentwickelten Gehäusemodells getestet. Doch im Vergleich zum Piezoaktor ist das Größe-Leistungs-Verhältnis wesentlich schlechter. So gab der Piezoaktor Spannungen im Volt-Bereich und der Unwuchtmotor nur in mV-Bereich aus. Jedoch konnten auch mit dem Unwuchtmotor Veränderungen der Spannung, je nach angekoppeltem Material gemessen werden. Als letztes wurde eine Software in Matlab implementiert, dass die aufgenommenen Daten einliest und die Signale mit Hilfe einer FFT auf ihre Frequenzspektrum analysiert. Jedoch lief das Programm nicht optimal für die aufgenommenen Messdaten, was aber aufgrund der Zeit im Rahmen dieser Arbeit nicht behoben werden konnte. Diese Arbeit soll mit als Grundlage für weitere Messungen und Verbesserungen für die Evaluierung der Schwingungsanalyse zur Beurteilung der Osseointegration von Implantaten dienen und vorantreiben.