Studienfach Biomechanical Engineering

Die Medizintechnik in der Schweiz hat eine lange Tradition, was die Vielzahl der Unternehmen in der MedTech-Branche zeigt. Die Medizintechnik beschäftigt sich mit medizinischen Produkten und Apparaten, welche für diverse Anwendungen zum Einsatz gelangen und bietet daher eine Vielzahl von Beschäftigungsmöglichkeiten:

  • Implantate und Prothesen
  • Herz-Lungen-Maschinen und Dialysepumpen
  • Instrumentar als Hilfsmittel bei Operationen
  • Bildgebende Diagnoseverfahren
  • Therapie-Geräte (robotische Rehabilitation)

Arbeit als Biomechanical Engineer

Die Arbeit als IngenieurIn in diesem Bereich bedeutet Entwickeln und Produzieren von "Ersatzteilen", Werkzeugen und Apparaten zur zeitweisen Funktionsüberbrückung, zur Therapie oder zur Diagnostik für die „Maschine“ Mensch.

Studium an der ZHAW

In den Studienrichtungen Allgemeine Maschinentechnik, Maschinentechnik-Informatik und dem Studiengang Systemtechnik (Mechatronik) wird „Biomechanical Engineering“ als Vertiefungsfach im dritten Ausbildungsjahr angeboten.
Aufgrund der hohen Komplexität und Vielfalt der Medizintechnik fokussiert das Vertiefungsfach "Biomechanical Engineering" den Teilbereich Endoprothetik (künstliche Gelenke), Traumatologie-Produkte (chirurgische Knochenbruchbehandlung) und robotisch gestützte Rehabilitation.
Zudem stehen interessierten Studierenden weiterführende Studien, wie Nachdiplomstudien FH, ETH-Abschluss, Master Degree und Dissertation, im In- und Ausland auf dem Gebiet der Medizintechnik offen.


Fachhörer
Das Vertiefungsfach kann auch von Firmenmitarbeitern mit technischer Grundausbildung als Fachhörer besucht werden.

Zielsetzung:
Einführung in die Produkte- und Funktionsgrundlagen von künstlichen Gelenken (Endoprothetik), in die chirurgische Behandlung von Knochenbrüchen (Trauma-Versorgung) und Entwicklung von Therapiegeräten als Voraussetzung für Entwicklungs- und Forschungsarbeiten auf diesen Themen.
Weiter wird ein Einblick in Spezialgebiete der Medizintechnik vermittelt, die ebenfalls nach einer kurzen Einarbeitungszeit als Tätigkeitsbereich in Frage kommen.

Studieninhalt Biomechanical Engineering

Der Unterricht im Schwerpunkt Biomechanical Engineering verteilt sich im letzten Bachelor-Studienjahr auf zwei Semester. Das Thema der abschliessenden Diplomarbeit beinhaltet in der Regel Aufgabenstellungen aus dem Bereich Biomechanik.

Herbstsemester:

  • 4 Lektionen pro Woche Vorlesung
  • 4 Lektionen pro Woche Labor - und biomechanische Übungen sowie Projektarbeit

Frühlingssemester:

  • 4 Lektionen pro Woche Vorlesung
  • 4 Lektionen pro Woche industriebezogene Projektarbeiten (Konstruktionen, FE-Analysen, Simulationen, Experiment usw.)

Studieninhalt

  • Grundlagen der Anatomie des Bewegungsapparates
  • Grundlagen der funktionellen Anatomie des Bewegungsapparates
  • Degenerative Gelenkprozesse
  • Einführung in die Physiologie
  • Berechnungsmodelle des Bewegungsapparates
  • Einführung in biologisches Material (Aufbau, Umbauprozesse, Materialverhalten)
  • Handling von biologischem Material (Sicherheitsaspekte, Varianz)
  • Biokompatible Werkstoffe (körperverträgliche Werkstoffe)
  • Bildgebende Verfahren (Röntgen, Computertomographie, Magnetresonanz-Imaging usw.)
  • Grundlagen zur Produktentwicklung (Zusammenarbeit mit Medizinern)
  • Operationstechniken (Zusammenarbeit mit Medizinern)
  • Grundlagen zur Instrumentarentwicklung
  • Qualitätssicherung (Risikoanalysen, Testung, Berechnungen)
  • Wirbelsäule (Anatomie, funktionelle Anatomie, Implantate)
  • Traumatologie (medizinische Einführung in die chirurgische Frakturbehandlung)
  • Kieferchirurgie (Operationstechniken, Instrumente und Hilfsmittel)

Labor Biomechanical Engineering

Im Wintersemester führen wir Laborübungen zu den Themen biokompatible und biologische Werkstoffe sowie zur Anatomie durch. Dies mit dem Ziel, den Studierenden wichtiges Grundlagenwissen auf diesen Gebieten zu vermitteln.

Laborübungen zu biokompatiblen Werkstoffen

Praxisnaher Unterricht, Präparation von Rinderknochen

Die Werkstoffkunde stellt einen wichtigen Zweig der Biomechanik dar und zeigt diese aus einer anderen Perspektive. Laborübungen helfen, das Verhalten und die Materialeigenschaften von biokompatiblen Werkstoffen kennen zu lernen. Sie geben den Studierenden einen Überblick über biokompatible Werkstoffe und machen verständlich, dass Biokompatibilität nicht eine Werkstoff- sondern eine Systemeigenschaft ist.

Weiter werden spezielle Werkstoffe, wie Legierungen für Implantate, Knochenzemente und biologische Materialien, wie Knochen und Muskeln, kennen gelernt. Mit diesen Materialien gilt es, Handling-Tests in Kombination mit Operationswerkzeugen durchzuführen.

Mittels Zug-, Biege-, Drucktests und Tribologieversuchen lassen sich die mechanischen Materialkennwerte festlegen. Die Oberflächen, vor allem Bruchoberflächen der verschiedenen Werkstoffe werden im REM (Raster-Elektronen-Mikroskop) analysiert.

Fachseminar Davos

Zusätzlich zu den Laborübungen findet im Sommersemester ein zweitägiges Seminar im AO Development Institute in Davos statt. Das Seminar beinhaltet diverse Fachvorträge zu aktuellen Forschungsprojekten sowie praktische Übungen im Bereich Instrumentarhandling

Abschluss- und Studienarbeiten Biomechanical Engineering

In Projekt- und Diplomarbeiten befassen sich die Studenten vertieft mit konkreten Aufgaben aus dem Industriealltag wie zum Beispiel:

  • Röntgentransparentes Zielgerät zum Setzen von Pedikelschrauben
  • Interfacebetrachtung von exzentrischen Hüftpfannen mit FE-Analysen
  • Entwicklung eines physiologischen Systemtests für winkelstabile Osteosyntheseplatten
  • Oberflächenanalysen von korundgestrahlten Implantatoberflächen
  • Distales Zielgerät für Tibia-Marknagel
  • Knochen-Muskel-Modell eines Schweinekiefers und Validierung dieses Modells

Projektarbeit

Im Wintersemester führen die Studierenden eine Projektarbeit in Form von Gruppenarbeiten durch. Ziel dieser Aufgabe ist, ein Konzept für eine Kleingelenkprothese mit den dazu notwendigen Grundlagen der funktionellen Anatomie (biomechanisches Modell) zu erarbeiten.

Im Sommersemester werden Projekte in Form von industriellen Aufträgen bearbeitet. Diese befassen sich mit der Entwicklung von Instrumentar- und Prothesenkomponenten, Simulationen, Testungen, Berechnungen und biokompatiblen Werkstoffen.

Bachelorarbeit

Die Bachelorarbeiten im Schwerpunkt Biomechanical Engineering sind in Umfang und Aufgabenstellung etwas grösser als Projektarbeiten. Die Arbeitsthemen befassen sich meistens mit Problemstellung von unseren Industriepartnern.

Die Art der Bachelorarbeit (konstruktiv, experimentell oder theoretisch) kann den Stärken der Diplomierenden angepasst werden.

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