Laut Deutschem Gesundheitsamt weisen 80 Prozent der Kinder in Deutschland Haltungsschäden auf. Etwa 125.000 Heranwachsende ab dem zehnten Lebensjahr sind sogar von einer krankhaften Wirbelsäulenverkrümmung, der so genannten Skoliose, betroffen. Eine notwendige Therapie dieser Erkrankung ist anstrengend und erfordert einen hohen personellen Aufwand. Dr.-Ing. Grzegorz Śliwiński von der Technischen Universität (TU) Dresden und Dipl.-Ing. (FH) Michael Werner vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umform­technik (IWU) in Chemnitz haben jetzt dafür gesorgt, dass die jungen Patienten es in Zukunft leichter haben werden: Im Rahmen eines Projektes der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) konnten die beiden Wissenschaftler ein kindgerechtes Therapiegerät und eine Simulationsplattform für die Skoliosebehandlung entwickeln. Damit soll nicht nur die Therapie vereinfacht, sondern auch das Gesundheitswesen entlastet werden. Koordiniert wurde das Projekt vom AiF-Mitglied Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. (DECHEMA). Für ihre Leistungen wurden die Forscher heute in Berlin mit dem Otto von Guericke-Preis der AiF ausgezeichnet. Der Preis wird einmal im Jahr für herausragende Leistungen auf dem Gebiet der IGF vergeben und ist mit 10.000 Euro dotiert. Die vorwettbewerbliche IGF wird im Innovationsnetzwerk der AiF und ihrer 100 Forschungsvereinigungen organisiert und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit öffentlichen Mitteln gefördert.

Frühestmöglicher Therapiebeginn
Bei einer Skoliose weist die Wirbelsäule eine dreidimensionale Fehlstellung auf. So sind die einzelnen Wirbelkörper um ihre Längsachse verdreht und die Wirbelsäule zudem im Ganzen seitlich verkrümmt. Eine Skoliose kann verschiedene Auslöser haben, von angeborenen Fehlbildungen der Wirbel über bestimmte Muskelerkrankungen bis hin zu Unfällen. In etwa 90 Prozent der Fälle bleibt die Ursache aber unbekannt. Die Erkrankung beginnt meist im Wachstumsalter und führt je nach Ausprägung der Wirbelsäulenveränderungen zu mehr oder weniger starken gesundheitlichen Beeinträchtigungen wie Bewegungseinschränkungen, Rückenschmerzen oder auch Funktionseinschränkungen der inneren Organe. Obwohl eine Skoliose im klassischen Sinn nicht heilbar ist, sollte eine Therapie möglichst früh beginnen, um schwerere Verlaufsformen zu verhindern.

Kindgerechtes Gerät mit multisensorischem Feedbacksystem
„Eine skoliosespezifische Physiotherapie, wie sie in Deutschland angewandt wird, ist insbesondere für die jungen Patienten sehr anspruchsvoll“, erklärt der Dresdner Wissenschaftler Śliwiński. „Dabei gibt es heute schon teilautomatisierte Systeme, die die Übungen einfacher machen und den Therapeuten körperlich entlasten. Bislang sind diese Geräte aber noch nicht ausgereift.“, so der Ingenieur. Sein Kollege Werner vom Dresdner IWU-Standort ergänzt: „Wir haben das Potenzial dieser derzeit in Polen und Spanien verwendeten Geräte erkannt und uns an die Verbesserung des bestehenden Systems gemacht. Dabei haben wir die Erfahrungen der Therapeuten und Patienten berücksichtigt und verschiedene technische Lösungen entwickelt.“ Die gerätegestützte Skoliosetherapie mit FED (Fixation, Elongation und Derotation), auf der das moderne Gerätekonzept der Preisträger aufbaut, basiert auf der Mobilisierung der Wirbel, der Stimulation des Knochenwachstums, der Muskelkräftigung und der Verbesserung der sensomotorischen Kontrolle. Besonders wichtig war den heute ausgezeichneten Ingenieuren eine offene Bauweise des Therapiegeräts, die die kleinen Patienten nicht einengt. Sein Herzstück ist ein integriertes multisensorisches Feedbacksystem, das auf die Bewegungen des Patienten reagiert. Dadurch werden sowohl die kognitiven als auch die sensomotorischen Fähigkeiten während der Behandlung optimal angesprochen. „Letztendlich führt die Summe der Verbesserungen dazu, dass die Patienten bei einem geringeren Trainingsaufwand und gleichzeitiger Stärkung der Langzeitmotivation schneller lernen, ihre Körperhaltung zu korrigieren und diese auch im Alltag anzunehmen.“, fasst Śliwiński zusammen.

Bessere Versorgung von Skoliosepatienten birgt großes Marktpotential
Christian Diers, Geschäftsführer der Diers International GmbH in Schlangenbad, hat als Hersteller von Medizinprodukten das ausgezeichnete IGF-Projekt von Anfang an eng begleitet. „Die Versorgung der Patienten, vor allem im Zusammenspiel von Therapie und Diagnostik, hat sich nach unseren Beobachtungen deutlich verbessert. Wir sind vollends überzeugt von dem heute ausgezeichneten System und sehen dafür ein großes Marktpotential.“, betont Diers. Professor Kurt Wagemann, Geschäftsführer des AiF-Mitglieds DECHEMA, sieht in der Medizintechnik einen wichtigen Pfeiler der IGF: „Die diesjährigen Träger des Otto von Guericke-Preises haben eine wissenschaftbasierte Therapieform entwickelt, bei der die behandelten Kinder spielend lernen. Das hat mich besonders überzeugt. Dass dadurch womöglich auch Operationen vermieden werden können, ist ein ein weiterer Pluspunkt des ausgezeichneten IGF-Projektes.“

Ein dreiminütiger Film zum Projekt ist unter https://youtu.be/TJxtDZfw84k abrufbar.

Ansprechpartner zum Projekt
Dr.-Ing. Grzegorz Śliwiński, TU Dresden, Institut für Biomedizinische Technik,
E-Mail: , Telefon: +49 (0)351 463 35342

 

Schluss mit verstopften Betonpumpen und Verzögerungen im Baustellenbetrieb - Weiteres Vorhaben mit TUD-Beteiligung war Finalist für den Otto von Guericke-Preis 2018 der AiF
 

© TUD/Egor Secrieru

Die deutsche Baubranche boomt. Gründe dafür sind der seit einigen Jahren anhaltende Konjunkturaufschwung in Deutschland, der steigende Wohnungsbedarf in den Innenstädten und die ungewöhnlich günstigen finanziellen Rahmenbedingungen für Bauherren. Beton als wichtigstes Baumaterial bescherte der deutschen Transportbetonindustrie im Jahr 2017 einen Umsatz von über 3,6 Milliarden Euro. Jedoch führen zunehmend komplexere Betonzusammensetzungen und anspruchsvollere Rohrführungen der Betonpumpen häufiger zu Störfällen oder Sach- und Personenschäden auf den Baustellen. Im Rahmen eines Forschungsprojektes der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) haben Wissenschaftler der Technischen Universität (TU) Dresden jetzt eine Möglichkeit gefunden, den bisherigen Problemen beim Pumpen von Frischbeton wirksam vorzubeugen. Professor Viktor Mechtcherine und Dr.-Ing. Egor Secrieru haben eine wissenschaftsbasierte und zugleich praxistaugliche Methode zur Charakterisierung von Betonförderprozessen in realen Pumpleitungen entwickelt, mit der das Pumpverhalten verschiedenster Betonarten verlässlich vorhergesagt werden kann. Koordiniert wurde das Projekt vom AiF-Mitglied Forschungsgemeinschaft Transportbeton e.V. (FTB). Für ihre Leistungen wurden die Ingenieure für den Otto von Guericke-Preis der AiF 2018 nominiert. Der Preis wird einmal im Jahr für herausragende Leistungen auf dem Gebiet der IGF vergeben.

Moderne Betone fließen besonders
Die häufigste Störung in einem Pumpvorgang ist die Verstopfung der Pumpleitung. In deren Folge können Schläuche platzen oder das Pumpaggregat kann dauerhaft blockieren. Hochgerechnet auf alle Betonpumpen in Deutschland belaufen sich die daraus resultierenden direkten Schadenkosten auf mehrere Millionen Euro pro Jahr. Die indirekten Kosten, die beispielsweise im Zusammenhang mit Personen- und Sachschäden und durch Verzögerungen des Baufortschritts entstehen, sind ungleich höher.

„Beton bestand früher nur aus Zement, Wasser und Gesteinskörnung. Heutzutage sind jedoch Betone mit unterschiedlichsten Zusätzen baupraktische Realität.“, erklärt Mechtcherine. „Und diese weisen ein anderes Fließverhalten auf als einfache Betonsysteme. Bislang konnten wir nur das Fließverhalten dieser recht simplen Betone einschätzen, während uns entsprechende Methoden in Bezug auf moderne, aktuelle Betonmischungen fehlten. Es war also an der Zeit, neue Prüfverfahren und Vorhersagemethoden zu entwickeln, um die Pumpbarkeit jeglicher Betone sicherzustellen.“

In zahlreichen Versuchen analysierte das Team der TU Dresden eine Vielzahl von Betonen unterschiedlichster Zusammensetzungen. „Wir haben das spezifische Fließverhalten in Abhängigkeit von Pumpendruck und Betonalter genau untersucht. Zusätzlich zu den praktischen Versuchen wurden viele numerische Simulationen des Fließvorgangs in den Rohrleitungen unter Verwendung der Strömungsmechanik durchgeführt. Mit Erfolg.“, freut sich Secrieru. Auf der gesammelten Datenbasis entstand letztlich eine robuste, praxisgerechte Prüfmethodik, die eine sichere Vorhersage der Pumpbarkeit von Betonen ermöglicht. Damit existiert eine solide Grundlage, auf der die Problematik von Verstopfungen und anderen Störfällen der Vergangenheit angehören sollte.

Zum dreiminütigen Film des Nominierungsprojektes: https://youtu.be/iiXZR-W1tk0

Ansprechpartner zum Projekt
Prof. Dr.-Ing. Viktor Mechtcherine, TU Dresden, Institut für Baustoffe
E-Mail:

Dr.-Ing. Egor Secrieru, TU Dresden, Institut für Baustoffe
E-Mail:

Dr.-Ing. Olaf Aßbrock, Forschungsgemeinschaft Transportbeton e.V. (FTB)
E-Mail:

Über die AiF
Die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. ist das Forschungsnetzwerk für den deutschen Mittelstand. Sie fördert Forschung, Transfer und Innovation. Als Dachverband von 100 gemeinnützigen Forschungsvereinigungen mit mehr als 50.000 eingebundenen Unternehmen und 1.200 beteiligten Forschungsstellen leistet sie einen wichtigen Beitrag, die Volkswirtschaft Deutschlands in ihrer Wettbewerbsfähigkeit nachhaltig zu stärken. Die AiF als gemeinnütziger Verein organisiert die Industrielle Gemeinschaftsforschung und betreut über die AiF Projekt GmbH und die AiF F∙T∙K GmbH, ihre einhundertprozentigen Tochtergesellschaften, weitere Förderprogramme der öffentlichen Hand. Im Jahr 2017 setzte die AiF rund 535 Millionen Euro an öffentlichen Fördermitteln ein. Seit ihrer Gründung im Jahr 1954 lenkte sie rund 11,5 Milliarden Euro öffentliche Fördermittel in neue Entwicklungen und Innovationen und brachte mehr als 230.000 Forschungsprojekte auf den Weg.