Publikation

Software-Applikation zur vollautomatischen Finite Elemente Berechnung von Frakturplatten

Outline:

P. Leitner, D. Stadlmayr, M. Steinbatz, W. Höller, M. Metzger - Software-Applikation zur vollautomatischen Finite Elemente Berechnung von Frakturplatten - Tagungsband NAFEMS DACH Regionalkonferenz, Bamberg, Deutschland, 2016, pp. 4

Abstract:

Moderne Frakturplatten sind auf die anatomische Region zugeschnitten bzw. vorgeformt, mit verschiedenen Optionen f¨ur Knochenschrauben [1]. Sie m¨ussen der Chirurgin oder dem Chirurgen erm¨oglichen, eine Fraktur flexibel und hochpr¨azise zu reponieren, zu fixieren und zu stabilisieren [2, 3]. Die Merkmale der Frakturplatte f¨ur eine erfolgreiche Operation sind die anatomische Passform, das Lochmuster, Schraubenrichtung und Schraubenart [4]. Aktuell versuchen die Plattenhersteller, den vielf¨altigen Bed¨urfnissen der Medizinerinnen und Mediziner durch zahlreiche Varianten Rechnung zu tragen. Dort kn¨upft die Firma CADS an und entwickelt eine Software-Applikation, welche es den Plattenherstellern erm¨oglicht, ihre Frakturplatten zu modularisieren und zu flexibilisieren. Der Automatisierungscharakter der Applikation verk¨urzt die Produktentwicklungszeit und reduziert Fehler. Individuelle Kundenw¨unsche k¨onnen direkt umgesetzt werden. In einfacher und rascher Zusammenarbeit mit A¨ rztinnen und A¨ rzten entsteht mit der Software eine hochspezifische Frakturplatte in nie dagewesener Passform. Der gesamte Entwicklungsprozess bis zum fertigen Produkt verk¨urzt sich von Monaten auf wenige Tage. Die Software-Applikation revolutioniert die Frakturplattenentwicklung dahingehend, dass Chirurginnen und Chirurgen die Platten, mit denen sie t¨aglich Patientinnen und Patienten versorgen in einer bisher nicht da gewesenen Art und Weise einfach und intuitiv gestalten k¨onnen. Eine in der Software-Applikation eingebundene voll automatisierten Finite-Elemente-Berechnung hilft der Chirurgin bzw. dem Chirurg die Frakturplatte hinsichtlich Festigkeit untersuchen, ohne Fachwissen in diesem technischen Bereich zu ben¨otigen. Durch das Baukasten-Prinzip, dass durch den Plattenkonfigurator bereits vorgegeben ist, kann ein Teil der Diskretisierung des FEM-Modells gesteuert werden (z.B. Plattenquerschnitt, Bohrungen, etc). Die Randbedingungen f¨ur die Berechnung stammen aus biomechanischen Simulationen der Universit¨at Erlangen. Durch Erkenntnisse bei der U¨ bertragung von Fraktursituationen auf vereinfachte Finite-Elemente-Modelle ko¨nnen die Randbedingungen zur Berechnung der Lasten gefunden und ein fundiertes Ergebnis erhalten werden. Die im Bereich der Strukturmechanik bereits seit etlichen Jahren am Markt bekannten Open-Source Softwarepakete Calculix sowie Gmsh dienen als Grundlage der f¨ur die Software-Applikation notwendigen strukturmechanischen Analysen. Im Vortrag wird der allgemeine Workflow der Software-Applikation dargestellt, wobei ein Hauptaugenmerk auf die Modellierung der voll automatische Finite-Elemente-Berechnung gelegt wird. Literatur [1] D. L. Miller and T. Goswami, “A review of locking compression plate biomechanics and their advantages as internal fixators in fracture healing,” Clinical Biomechanics, vol. 22, no. 10, pp. 1049 – 1062, 2007. [2] M. E. M¨uller, R. Schneider, and H. Willenegger, Manual der Osteosynthese - AO-Technik. Berlin Heidelberg New York: Springer-Verlag, 2013. [3] J. Grifka and J. Kr¨amer, Orthop¨adie Unfallchirurgie. Berlin Heidelberg New York: Springer-Verlag, 2013. [4] D. Wolter and W. Zimmer, Die Plattenosteosynthese und ihre Konkurrenzverfahren: Von Hansmann bis Ilisarow. Springer Berlin Heidelberg, 1991.