Prothetik
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Kategorie: Medizintechnik Medical Fallbeispiele Medical
Die Prothetik umfasst die Entwicklung und Herstellung von Prothesen.
Simulation
Die Simulationen in der Prothetik betreffen überwiegend die Mechanik im Bereich des Bewegungsapparates und in der Dentalmedizin.
Publikationen
P.Varady:
"Methodische Aspekte bei der Belastungsanalyse des Hüftgelenks mit FKS und FEA"
CADFEM Users Meeting 2014, Nürnberg, 2.13.02 www.usersmeeting.com
Stichworte
- Bewegungsmuster, motion capture
- Lifting&carrying, stair climbing up/down, jumping
- Parameter-Optimierung
Simulation
- MKS, multi body simulation MBS
- FEM-Simulation im Detail
- Modellanpassung mit CT-Daten, Diskretisierung
N.Babel:
"Untersuchung nachgiebiger Strukturen zur Steifigkeitsanpassung von Wirbelkörperimplantaten"
CADFEM Users Meeting 2013, Mannheim, 2.16.04 www.usersmeeting.com
Stichworte
- Konzipierung von individualisierten Wirbelkörperimplantaten
- Rapid Prototyping, Selective Laser Melting (3D-Druck)
- Material Titan
- Untersuchung des mechanischen Verhaltens
Simulation
- statische Simulation der Strukturmechanik
- Balken-Elemente
- Bewertung der berechneten Spannungen
M.Meingast, A.Volf, L.Kovacs:
"FEM Simulation von Prothesenschäften"
CADFEM Users Meeting 2010, Aachen, 2.10.03 www.usersmeeting.com
Einige Stichworte zum Inhalt:
- Quantitative Aussagen über die Qualität
- Optimierung der Schaftform
Kurzbeschreibung der Simulation:
- MRT-Aufnahmen des Patienten
- Segmentierung mit Mimics
- Vernetzung mit ICEM CFD
- statische Simulation der Strukturmechanik mit ANSYS Workbench
- Materialbereiche Knochen, Fettgewebe, Muskelgewebe
- Auswertung von Verformungen, Dehnungen, Spannungen
- Validierung über Druckmessung
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
C.Voigt:
"Entwicklung und experimentelle Validierung eines FE-Modells des menschlichen
Beckenknochens für die Optimierung von künstlichen Hüftgelenken – ein
Verbundvorhaben der Universität Leipzig und dem Fraunhofer Institut IWU"
CADFEM Users Meeting 2009, Leipzig, 2.10.09 www.usersmeeting.com
In dieser Publikation wird für eine Femur-Prothese die Beanspruchung des Beckens (pelvis) in der Hüftgelenk-Region (articulatio coxae) simuliert. Ein Schwerpunkt hierbei ist die Datenverarbeitung der in-vivo-Geometrie der Knochen einserseits und der CAD-Daten des Implantates andererseits.
Einige Stichworte zum Inhalt:
- FEM-Modellierung des Implantat-Knochen-Verbundes
- spezielle Probleme bei der Modellierung des menschlichen Beckenknochens
- Ablauf einer effektiven Modellierungsstrategie
- Validierung des resultierenden Beckenknochenmodells
Kurzbeschreibung der Simulation:
Gegenstand der Publikation ist die Idealisierung und Diskretisierung des Beckenknochens (Pelvis) für eine Anwendung der Finite-Element-Methode (FEM).
Für die in-vivo-Geometrie des Beckens (Pelvis) und des Oberschenkels (Femur) werden CT-Daten zugrunde gelegt. Aus diesen Daten wird über eine Oberflächen-Triangularisierung (STL) bei der Diskretisierung ein FEM-Netz erzeugt.
Die Geometrie des Implantates wird aus den CAD-Daten der Konstruktion abgeleitet.
Die Diskretisierung erfolgt mit Volumen-Elementen.
Das FEM-Modell wird der Aufgabenstellung angepasst durch lokale Netz-Verfeinerungen in maßgebenden Bereichen und ergänzt durch Kontakt-Elemente.
Zusammen mit den Randbedingungen (Lagerungen und Lasten) wird das Simulationsmodell vervollständigt.
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.
Stichworte
- Kniegelenk Prothese
- Zeitfestigkeitsverhalten, Ermüdung
Simulation
- FEM-Simulation der Strukturmechanik
- Kontakt
- Validierung anhand von Versuchsergebnissen
Weiterführende Informationen
Ein weiterführendes Seminar speziell hierzu finden Sie unter "Wissen" auf der Homepage von CADFEM bei "Finite-Elemente-Simulation für Biomechaniker und Mediziner".
