Numeric simulation of the human ankle, the subtalar and the midtalar joints - Forster, E.; Muellner, T.; Steffan, H.; Geigl, B. (Proceedings of the Sixth International Symposium on the 3D Analysis of Human Movement, 2000)
Ziel der Arbeit ist die Bestimmung der Kraftverteilung im menschlichen Fußgelenk, in den subtalaren und midtalaren Gelenken während des Aufsetzen des Fußes. Dazu wurde ein mathematisches Modell entwickelt, das jeden beliebigen Fuß beschreiben kann. Als Ausgangspunkt wurde ein kinetisches Modell der Kontaktoberflächen benutzt. Jeder Knochen wurde mit einer Struktur finiter Elemente modelliert und als eigenständiger Körper definiert. Die einzelnen Körper wurden mit Hilfe freier Gelenke verbunden, d.h. es gibt hinsichtlich der sechs Freiheitsgrade keine Restriktionen. Die Freiheitsgrade hängen von der Kontaktinteraktionen zwischen den verschiedenen Oberflächen ab wie auch von den Auswirkungen aller Muskeln und Bänder, die an den Gelenken arbeiten. Es wurde eine Software eingesetzt (Amira), um die Oberflächen der einzelnen Knochen aus den MRT-Daten zu rekonstruieren. Dazu wurden in einem ersten Schritt, die Grenzen der Knochen in jedem Bild "extrahiert". Das wurde als Segmentierung bezeichnet. Die Software schafft dann eine neune Matrix, die die gleichen Dimensionen wie die originale MRT-Datenmatrix besitzt. Im nächsten Schritt wird aus der Segmentierungsmatrix ein Geflecht erzeugt. Dazu wird der Algorhythmus der "Generalized Marching Cubes" (ein Algorithmus, der es erlaubt, aus 3D-Volumendaten ein Polygonmodell zu erstellen) verwendet. Um sehr große Rechenzeiten zu vermeiden, wird danach noch ein Reduktionsalgorhythmus eingesetzt.