Orthopädie
Aus ESOCAETWIKIPLUS
Kategorie: Medical Fallbeispiele Medical
Die Orthopädie befasst sich mit Form- und Funktionsfehlern des Bewegungsapparates.
Simulation
In der Orthopädie werden Simulationen sowohl zur Unterstützung von diagnostischen Methoden in der allgemeinen Medizin und der Sportmedizin als auch zur präoperativen Unterstützung verwendet.
Publikationen
F.Gottinger, M.Eder, J.Mitternacht, L.Kovacs:
"FEM Simulation der Weichteildeformation"
CADFEM Users Meeting 2009, Leipzig, 2.10.03 www.usersmeeting.com
Hier wird für eine Femur-Prothese die Belastung des Weichteilbereiches vor der Herstellung der Prothese simuliert. Dies betrifft Prothetik, Produktentwicklung durch Belastungssimulation.
Einige Stichworte zum Inhalt:
- Prothetik, Femur, Anforderungen und Problematik
- Anpassung der Prothese, Schafttechnik, Abformmethode, Datenerfassung mit MRT
- Vorteile durch Simulation bei Untersuchung von Bewegungsablauf, Schaftformgestaltung oder kompletter Prothese.
Kurzbeschreibung der Simulation:
- Geometrieerfassung, CT, Druckmessung
- Simulationsgestützte Produktentwicklung durch Belastungssimulation
- Simulation der Strukturmechanik 3-dimensional
T.Thielen:
"Entwicklung einer Hüftinterimsprothese (Spacer) mittels FE-Analyse"
CADFEM Users Meeting 2009, Leipzig, 2.10.08 www.usersmeeting.com
Thielen untersucht eine Hüft-Interimsprothese (Spacer). Ein Schwerpunkt hierbei ist die Bestimmung der Kräfte im menschlichen Bewegungsapparat bei Bewegungszuständen oder -abfolgen wie "Stand auf einem Bein", "Gang (Gait3D)", "Treppe aufwärts" oder "Treppe abwärts". Dabei werden Muskelmodelle der Simulation variiert und mit Messwerten verglichen.
Einige Stichworte zum Inhalt:
- Interims-Prothese (spacer)
- Belastungsfälle aus dem Alltag durch Simulation mit "AnyBody"
- Übertragung der Lasten und
- Simulation der Spannungen und Dehnungen im Implantat (spacer) und im Femur
- Vergleich mit Labortest
Kurzbeschreibung der Simulation:
Ziel der Simulation ist die Berechnung der Spannungen und Dehnungen im Implantat (spacer) und im Femur unter einer mechanischen Belastung.
Jeder chirurgische Eingriff zur Plazierung eines Implantates erfordert eine Beachtung der in-vivo-Bedingungen. Die gegebene Knochenstruktur und die Implantat-Geometrie müssen aufeinander abgestimmt werden. Maßgebend hierfür sind angemessene Lasten, die statistisch ausreichend genau die Alltagserfordernisse abdecken.
Diese Lasten werden hier mit einer Simulation des Bewegungsapparates mit "AnyBody" bestimmt. Dabei wird der Bewegungsapparat als kinematische Kette modelliert, die Knochen, Muskeln, Bänder und Gelenkeigenschaften abbildet.
Es werden typische und repräsentative Bewegungszustände und -abläufe wie "Stand auf einem Bein", "Gang (Gait3D)", "Treppe aufwärts" oder "Treppe abwärts" untersucht. Das Ergebnis dieser Simulation sind die zutreffenden Schnittgrößen an Femur und Pelvis für den jeweiligen Lastfall.
T.Marchal, M.Rochette, N.Hraiech, C.Boichon:
"Creation of an Unlimited Database of Virtual Bone Population
using Mesh Morphing: Validation and Exploitation for Orthopedic Device"
CADFEM Users Meeting 2009, Leipzig, 2.10.05 www.usersmeeting.com
Hier wird das Verhalten der Spongiosa und Compacta im Bereich des Femur in Hinsicht auf Simulations-Anwendungen untersucht.
Einige Stichworte zum Inhalt:
- Bruchrisiko des Femur
- in-vivo Feststellung der Form und der Knochendichte
- Parametrisierung des numerischen Simulationsmodells
Kurzbeschreibung der Simulation:
- Modell-Vorbereitung für die Anwendung der FEM
- Diskretisierung für Grundkonfiguration
- Verformung des Element-Netzes (Morphing) zur Anpassung an gemessene Form
- Indexierung und Wichtung der Anpassung
- Validierung der Methode
U.Simon, D.Nolte, F.Niemeyer, T.Wehner, L.Claes:
"Simulation von Frakturheilungs- und anschließenden Knochenumbauprozessen"
CADFEM Users Meeting 2009, Leipzig, 2.10.11 www.usersmeeting.com
Einige Stichworte zum Inhalt:
- Simulation von Frakturen und Heilungsprozessen
- Frakturkallus, Knochenbildung, Revaskularisierung
- Korrelation zu Dehnungen, mechanischen Beanspruchungen
- Ziel: Minimierung von Komplikationen, Optimierung von Implantaten
Kurzbeschreibung der Simulation:
- Strukturmechanik, statische Simulation
- Harmonische Elemente (axisymmetrische Elemente mit nicht-axisymmetrischen Lasten)
- Fuzzy-Algorithmus für Knochenbildung, Resorption
- Fallstudien mit unterschiedlicher Dislokation
- Biegesteifigkeit mit klinischen Ergebnissen korreliert
C.Hellmich, A.Fritsch, L.Dormieux:
"Multiscale Strength of Bone and Bone Replacement Materials:
An Experimentally Supported Micromechanical Explanation"
CADFEM Users Meeting 2009, Leipzig, 2.10.12 www.usersmeeting.com
Von Hellmich et.al. wird das Materialverhalten im Bereich des Femur simulativ untersucht.
Einige Stichworte zum Inhalt:
- Materialcharakteristika des Knochens
- Hydroxylapatit-Kollagen-Poren-System
Kurzbeschreibung der Simulation:
- Materialdaten von Knochen im Detail
- mechanische Eigenschaften
- Hydroxylapatit-Kollagen-Poren-System, Verbund-Werkstoff
- Versagensmodelle für Beanspruchungsgrenzen
Weiterführende Informationen
Ein weiterführendes Seminar speziell hierzu finden Sie unter "Wissen" auf der Homepage von CADFEM bei "Finite-Elemente-Simulation für Biomechaniker und Mediziner".
