Individualisierung orthopädischer Implantate durch algorithmisches Entwerfen am Beispiel einer Hüftschaftprothese

Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit wird ein umfassender Ansatz zur Individualisierung von orthopädischen Implantaten hinsichtlich der Form sowie der Topologie präsentiert. Im Fokus steht dabei die Entwicklung einer generischen Prozesskette innerhalb eines Knowledge-Based Engineering (KBE)-Systems, das in einer rechnerunterstützten Entwicklungsumgebung umgesetzt wird. Diese Prozesskette umfasst alle Schritte von der Datenerfassung bis zur Optimierung der individualisierten Implantatform und -topologie. Dafür werden Methoden und Werkzeuge, wie das algorithmische Entwerfen und numerische Optimierungen, angewendet, um individuelle Varianten zu entwerfen, die sowohl die Passgenauigkeit durch eine optimierte Form verbessern als auch den Effekt des Stress-Shieldings durch lokal angepasste Gitterstrukturen minimieren. Die Anwendbarkeit des methodischen Vorgehens und der Entwicklungsumgebung für die Individualisierung der Form und Topologie der orthopädischen Implantate erfolgt durch eine Fallstudie. Die Validierung der individualisierten Form erfolgt durch eine klinische Implantation einer Endo-Exo-Prothese in einen Hundekadaver und die der individualisierten Topologie durch Vergleiche mit klinisch validierten mikroskopischen Finite-Element (micro-FE) Modellen.