Verformungsmessungen am Femur mit der Speckle-Interferometrie

Zusammenfassung

Die Speckle-Interferometrie ist ein bislang fast ausschließlich in der Technik eingesetztes Verfahren, hierbei wird eine Objektoberfläche mit kohärentem Licht beleuchtet. Das reflektierende Licht belichtet zweimal - vor und nach der Deformation - eine Filmplatte. Durchleuchtet man die entwickelte Filmplatte mit einem Laser, entstehen Interferenzstreifen, die über die Verschiebungsvektoren der Oberfläche Auskunft geben. In der vorliegenden Arbeit wurde das Verfahren modifiziert, indem die Beleuchtung des Objekts mit einem Blitzlicht erfolgte. Ein gleichzeitig aufgenommenes Eichobjekt diente zur Kontrolle und Berechnung der Verschiebungsvektoren. Die Interferenzlinien im Beugungshalo wurden mit einem Digitizer ausgewertet. Mit Hilfe dieses Meßverfahrens wurden erstmals Deformationsmessungen an konservierten menschlichen Femora bei unterschiedlichen Belastungsbedingungen durchgeführt. So war es möglich, Aussagen über die Absolutverschiebungen (Größe und Richtung) sowie über die Dehnung bzw. Stauchung der Oberfläche zu treffen. Das vorgestellte Verfahren bietet neue Möglichkeiten bei Beanspruchungsberechnungen am Hüftgelenk. Als klinische Anwendungsmöglichkeit ist die Messung der Relativverschiebungen zwischen Knochen und Osteosynthese bzw. Knochen und Fixateur denkbar.

Abstract

A new method for measuring the surface displacement in bones is described. Speckle interferometry was used to study the deformation behaviour of embalmed human femoral bones. The bones were measured under varying loads and conditions. It was shown that the magnitude and direction of displacement could be ascertained at selected points and the strain between any two points could be calculated. The present findings differ from those derived from mathematical models for the femoral bone published so far. The practicabilities of this technique are outlined. The present results indicate that the technique of speckle interferometry can also be applied to femoral bones with prostheses or external fracture fixations.