Präoperative biomechanische Berechnung von Femur-Hüftendoprothese-Systemen zur Ermittlung der individuellen Primärstabilität nach Roboterimplantation:
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Aachen
Shaker
2001
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
2 Anatomie und Biomechanik des Femur 3
2.1 Anatomische Grundlagen 3
2.2 Biomerhanische Grundlagen 5
3 Problemstellung und Ziel der Arbeit 9
3.1 Reaktionen des Femur auf eine zementfreie Hiiftprothesenimplantation 9
3.2 Konventionelle Operationsplanung und -ausfiihrung 14
3.3 Robotergestiitzte Hiiftendoprothesenimplantation 15
3.4 Ziel der Arbeit: Biomechanische Analyse des Systems Implantat -
Femur 17
4 Patientenspezifisches Berechnungsverfahren 19
4.1 Geometrische Modellierung von Femur und Implantat 20
4.1.1 Computertomografische Aufnahme des Femur und ihre Bild-
verarbeitung 20
4.1.2 Beschreibung der Femur- und Implantatgeometrie 23
4.2 Finite-Elemente-Modellierung von Femur und Implantat 24
4.2.1 Vernetzung von Femur und Implantat 24
4.2.2 Materialeigenschaften des Femur 27
4.2.2.1 Grundlegende Aussagen zum Materialverhalten des
Femur 27
4.2.2.2 Kontinuumsmechanische Grundlagen 28
4.2.2.3 Femurinaterialkennwerte - Literaturstand 30
4.2.2.4 Entwicklung eiues elastischen und elastisch - ideal -
plastischen Materialgesetzes des humanen Femur . . 35
4.2.2.5 Numerische Umsetzung der Materialgesetze 36
4.2.3 Materialeigenschaften des Implantates 38
4.2.4 Beschreibung des Interface Implantat - Femur 38
4.2.4.1 Numerische Modellierung der Kontaktsituation ... 38
IV Inhaltsverzeichnis
4.2.4.2 Experimentelle Bestimmung der Reibparameter zwi-
sclien Implautat und Femur 41
4.2.5 Belastungsaimahmen des Systems Implautat - Femur 43
4.2.5.1 Femurkoordinatensystem 43
4.2.5.2 Literaturstand 44
4.2.5.3 Patientenspezifisches Belastungsregime 47
4.3 Bestimmung der Modellparameter 50
4.3.1 Festlegung der Netzdichte 50
4.3.1.1 Material und Methode 50
4.3.1.2 Ergebnisse 52
4.3.1.3 Diskussion 55
4.3.2 Konibination von Femurmaterialmodell und Kontaktmodellie-
rung 56
4.3.2.1 Material und Methode 56
4.3.2.2 Ergebnisse 58
4.3.2.3 Diskussion 60
4.4 Variantenrechnungen 62
4.4.1 EinfluS des Reibkoeffizienten zwischen Implautat und Femur
auf die Relativverschiebungen 62
4.4.2 Vergleich von Einbeinstand und Treppensteigen 64
4.4.3 Einflufi der Implantation einer Huftendoprotliese auf die Span-
nungsverteilung im Femur 66
5 Experimentelle Validierung 69
5.1 Material und Methode 69
5.1.1 Femora 69
5.1.2 Einspannvorrichtung 70
5.1.3 Belastungsvorrichtung 71
5.1.4 MeEeinrichtungen 74
5.1.4.1 Dehiiungsmessung 74
5.1.4.2 Iuduktive Wegmessung 74
5.1.5 Finite - Elemente - Berechnung 75
5.2 Experimentelle Versuehsdurchfuhrung 77
5.3 Ergebiiisse 79
5.3.1 Press - fit - Situation nach dem Einschlagen der Prothese ... 79
5.3.2 EinspanneinfluS 80
Inhaltsverxeichnis V
5.3.3 Modell miter Einzelkraft- und Torsionsbelastung 82
5.4 Diskussion 87
6 Optimierung von computergestfitzten Hiiffcimplantationen 91
6.1 Einflufi von Implantationsparametern auf die Primarstabilitat .... 91
6.1.1 Antetorsionswinkel 91
6.1.2 CCD - Winkel 93
6.1.3 Prothesenhalslange 95
6.1.4 Prothesengrofie 96
6.2 Klinische Beispiele im Rahmen der retrospektiven Studie 99
6.2.1 Femurschaftbruch - einige Wochen postoperativ 99
6.2.2 Bewegung der Prothesenspitze nach lateral - 3 Monate post¬
operativ 101
6.2.3 Ausreichende Primarstabilitat - 1 Jahr postoperativ 103
7 Zusammenfassung und Ausblick 105
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