Neues Kompetenzzentrum für Laser-Doppler-Vibrometrie in der Biomechanik

3D-Schwingungsmessung an einem Versuchsmodell / Bildquelle: Universität Stuttgart

An der Universität Stuttgart wurde Mitte November das neue Kompetenzzentrum für Laser-Doppler-Vibrometrie eröffnet, das Messtechniken aus dem Maschinenbau für die Biomechanik nutzbar machen soll. Getragen wird die Kooperation durch das Institut für Technische und Numerische Mechanik (ITM) der Universität Stuttgart sowie der Firma Polytec aus Waldbronn, dem Marktführer auf dem Gebiet der berührungslosen Schwingungsmesstechnik. Von den Forschungen profitieren werden insbesondere hörgeschädigte Menschen.

Die Laser-Doppler-Vibrometrie ist eine Messtechnik, die selbst kleinste Bewegungen im Nanometerbereich erfasst und dadurch insbesondere hochdynamische Vorgänge ohne Beeinflussung des Messobjekts zugänglich macht. Klassischerweise kommt sie in technischen Systemen wie Maschinen, Robotern oder Fahrzeugen zum Einsatz. Nach Dr. Albrecht Eiber, stellvertretende Leiter des ITM, lässt sich die Laservibrometrie als eine grundlegende Methodik zur Erfassung und zum Verständnis von Schwingungen auch bei biomechanischen Vorgängen wie der Schallübertragung durch das Mittelohr zum Innenohr anwenden. Dr. Eiber forscht schon seit mehreren Jahren mit Verfahren wie der Computersimulation an Implantaten, die es ermöglichen, ein durch Alter, Krankheit oder einen Unfall geschädigtes Gehör zu rekonstruieren. Neben passiven Prothesen mit der Funktion von Ersatzteilen werden dabei auch aktive Prothesen entwickelt, die das eintreffende Schallsignal innerhalb des Ohres verstärken.

Wie sich die Prothesen bei unterschiedlichen Tönen tatsächlich verhalten und wie gut der Patient nach einer Operation wieder hört, war jedoch aufgrund der engen Verhältnisse im Mittel- oder Innenohr und der Schmerzbelastung für den Patienten lange Zeit schwer zu ermitteln. Mit Hilfe der berührungsfreien Laser-Doppler-Vibrometrie sind solche Messungen möglich. Sie leistet daher einen wertvollen Beitrag zur Entwicklung von passiven Implantaten und aktiven Hörgeräten, die leistungsfähig und preisgünstig sind, minimalinvasiv eingesetzt werden können und dem Patienten maximalen Komfort und Sicherheit bieten.

Auf dem Weg dahin kooperiert das ITM mit den Universitätskliniken Zürich, Köln und Hannover sowie mit mehreren Wirtschaftspartnern. Seit mehreren Jahren arbeitet das Institut mit verschiedenen Typen von Laser-Doppler-Vibrometern der Firma Polytec, so dass erhebliche gemeinsame Kompetenzen aufgebaut werden konnten. Die Erfahrungen und Erkenntnisse sollen im Rahmen des Kompetenzzentrums ausgetauscht und künftige Einsatzmöglichkeiten der Laser-Doppler-Vibrometrie in Biomechanik, Medizin und Maschinenbau aufgezeigt werden. Zudem spielt die Verknüpfung von Messungen und Simulationen eine wichtige Rolle. Für Studierende ergeben sich durch das Zentrum vielfältige Fragestellungen für Projekt-, Abschluss- und Doktorarbeiten rund um das Thema Schwingungsmesstechnik und Laser-Doppler-Vibrometrie.

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