Finite-Elemente-Analyse zur Bestimmung des mechanischen Verhaltens der gesunden und degenerierten Bandscheibe unter komplexer Belastung:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
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2006
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|---|---|
| adam_text | 1 Einleitung 1
1.1 Klinischer Hintergrund 1
1.2 Aufbau des lumbalen Bewegungssegments 4
1.2.1 Wirbel 4
1.2.2 Bandscheibe 5
1.2.3 Bandapparat 6
1.3 Veränderung der Bandscheibe durch Degenerationsprozesse 7
1.4 Bandscheibenvorfall (Prolaps) 11
1.5 Finite Elemente Modelle lumbaler Bewegungssegmente 12
1.5.I Modelle einzelner Wirbel 13
1.5.2 Modelle der Bandscheibe 14
1.5.3 Modelle des Bewegungssegments 16
1.5.4 Zusammenfassung 17
1.5.5 Modelle zur Untersuchung der Bandscheibendegeneration 19
1.6 Ziel der Arbeit 21
2 Material und Methoden 22
2.1 Erstellung des FE Modells 22
2.1.1 Geometrieerfassung 22
2.1.2 Netzgenerierung der unterschiedlichen Strukturen 24
2.1.3 Materialeigenschafien 28
2.2 In vitro Experimente 30
2.3 Kalibrierung des FE Modells 32
2.3.1 Kalibrierung des Anulus fibrosus 32
2.3.2 Kalibrierung des kompletten Segments 37
2.4 Validierung des FE Modells 37
2.4.1 Evaluierung der numerischen Implementierung 38
2.4.2 Vergleich des FE Modells mit experimentellen in vitro Ergebnissen 39
2.5 Modellierungen unterschiedlicher Degenerationsgrade 39
2.5.1 Höhenminderung der Bandscheibe 40
2.5.2 Osteophytenbildung 42
2.5.3 Verminderung der Endplattenkrümmung 42
2.5.4 Kompressibilitätszunahme im Nukleus pulposus 43
2.6 Belastungs und Lagerungsbedingungen 44
2.7 Datenanalyse 46
3 Ergebnisse 49
3.1 Kalibrierung des FE Modells 49
3.1.1 In vitro Experimente 49
3.1.2 Kalibrierung des Anulus fibrosus 51
3.1.3 Kalibrierung des kompletten Segments 53
3.2 Validierung des FE Modells 56
3.2.1 Evaluierung der numerischen Implementierung 56
3.2.2 Vergleich des FE Modells mit experimentellen ln vitro Ergebnissen 59
3.3 Das mechanische Verhalten der gesunden Bandscheibe 60
3.3.1 Bewegungsumfang und Kontaktkraft 60
3.3.2 Intradiskaler Druck im Nukleus pulposus 61
3.3.3 Zugdehnung in den Kollagenfasern 62
3.3.4 Scherdehnung zwischen Anulus und den angrenzenden Endplatten 64
3.3.5 Scherdehnung zwischen zwei benachbarten Lamellenschichten 66
3.3.6 Zugdehnung zwischen zwei benachbarten Lamellenschichten 68
3.4 Das mechanische Verhalten der degenerierten Bandscheibe 71
3.4.1 Bewegungsumfang und Kontaktkraft 71
3.4.2 Intradiskaler Druck im Nukleus pulposus 74
3.4.3 Zugdehnung in den Kollagenfasern 75
3.4.4 Scherdehnung zwischen Anulus und den angrenzenden Endplatten 79
3.4.5 Scherdehnung zwischen zwei benachbarten Lamellenschichten 83
3.4.6 Zugdehnung zwischen zwei benachbarten Lamellenschichten 87
4 Diskussion 90
4.1 Modellannahmen und Vereinfachungen 90
4.1.1 Modell der gesunden Bandscheibe 90
4.1.2 Modelle der degenerierten Bandscheiben 92
4.2 Kalibrierung 93
4.2.1 In vitro Experimente 94
4.2.2 Kalibrierung des Anulus fibrosus 96
4.2.3 Kalibrierung des kompletten Segments 99
4.3 Validierung des FE Modells 100
4.3.1 Gesunde Bandscheibe 101
4.3.2 Degenerierte Bandscheibe 104
4.4 Das mechanische Verhalten der gesunden Bandscheibe 108
4.5 Das mechanische Verhalten der degenerierten Bandscheibe 112
5 Zusammenfassung 117
6 Literaturverzeichnis 119
Anhang 131
Danksagung 136
Lebenslauf 138
|
| adam_txt |
1 Einleitung 1
1.1 Klinischer Hintergrund 1
1.2 Aufbau des lumbalen Bewegungssegments 4
1.2.1 Wirbel 4
1.2.2 Bandscheibe 5
1.2.3 Bandapparat 6
1.3 Veränderung der Bandscheibe durch Degenerationsprozesse 7
1.4 Bandscheibenvorfall (Prolaps) 11
1.5 Finite Elemente Modelle lumbaler Bewegungssegmente 12
1.5.I Modelle einzelner Wirbel 13
1.5.2 Modelle der Bandscheibe 14
1.5.3 Modelle des Bewegungssegments 16
1.5.4 Zusammenfassung 17
1.5.5 Modelle zur Untersuchung der Bandscheibendegeneration 19
1.6 Ziel der Arbeit 21
2 Material und Methoden 22
2.1 Erstellung des FE Modells 22
2.1.1 Geometrieerfassung 22
2.1.2 Netzgenerierung der unterschiedlichen Strukturen 24
2.1.3 Materialeigenschafien 28
2.2 In vitro Experimente 30
2.3 Kalibrierung des FE Modells 32
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2.4 Validierung des FE Modells 37
2.4.1 Evaluierung der numerischen Implementierung 38
2.4.2 Vergleich des FE Modells mit experimentellen in vitro Ergebnissen 39
2.5 Modellierungen unterschiedlicher Degenerationsgrade 39
2.5.1 Höhenminderung der Bandscheibe 40
2.5.2 Osteophytenbildung 42
2.5.3 Verminderung der Endplattenkrümmung 42
2.5.4 Kompressibilitätszunahme im Nukleus pulposus 43
2.6 Belastungs und Lagerungsbedingungen 44
2.7 Datenanalyse 46
3 Ergebnisse 49
3.1 Kalibrierung des FE Modells 49
3.1.1 In vitro Experimente 49
3.1.2 Kalibrierung des Anulus fibrosus 51
3.1.3 Kalibrierung des kompletten Segments 53
3.2 Validierung des FE Modells 56
3.2.1 Evaluierung der numerischen Implementierung 56
3.2.2 Vergleich des FE Modells mit experimentellen ln vitro Ergebnissen 59
3.3 Das mechanische Verhalten der gesunden Bandscheibe 60
3.3.1 Bewegungsumfang und Kontaktkraft 60
3.3.2 Intradiskaler Druck im Nukleus pulposus 61
3.3.3 Zugdehnung in den Kollagenfasern 62
3.3.4 Scherdehnung zwischen Anulus und den angrenzenden Endplatten 64
3.3.5 Scherdehnung zwischen zwei benachbarten Lamellenschichten 66
3.3.6 Zugdehnung zwischen zwei benachbarten Lamellenschichten 68
3.4 Das mechanische Verhalten der degenerierten Bandscheibe 71
3.4.1 Bewegungsumfang und Kontaktkraft 71
3.4.2 Intradiskaler Druck im Nukleus pulposus 74
3.4.3 Zugdehnung in den Kollagenfasern 75
3.4.4 Scherdehnung zwischen Anulus und den angrenzenden Endplatten 79
3.4.5 Scherdehnung zwischen zwei benachbarten Lamellenschichten 83
3.4.6 Zugdehnung zwischen zwei benachbarten Lamellenschichten 87
4 Diskussion 90
4.1 Modellannahmen und Vereinfachungen 90
4.1.1 Modell der gesunden Bandscheibe 90
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4.2 Kalibrierung 93
4.2.1 In vitro Experimente 94
4.2.2 Kalibrierung des Anulus fibrosus 96
4.2.3 Kalibrierung des kompletten Segments 99
4.3 Validierung des FE Modells 100
4.3.1 Gesunde Bandscheibe 101
4.3.2 Degenerierte Bandscheibe 104
4.4 Das mechanische Verhalten der gesunden Bandscheibe 108
4.5 Das mechanische Verhalten der degenerierten Bandscheibe 112
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Anhang 131
Danksagung 136
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