Optimierung der Form des Femurimplantats in der Hüfttotalendoprothese
Ein Finite-Elemente-Ansatz unter Verwendung einer Kombination aus neuronalem Netz und genetischen Algorithmen
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Es ist bekannt, dass Versagensmechanismen wie implantatbedingter ungünstiger Knochenumbau, übermäßige Spannungen an der Schnittstelle zwischen Implantat und Knochen und mangelnde Primärstabilität das Ergebnis der zementfreien Hüfttotalendoprothese (HTEP) beeinträchtigen. Es wird berichtet, dass diese Versagensmechanismen durch das Design des Femurimplantats beeinflusst werden. Mit Hilfe der Formoptimierung als präklinisches Designwerkzeug können Schaftgeometrien auf der Grundlage dieser Versagensziele bewertet werden. Diese Ziele können jedoch manchmal miteinander in Konflikt stehen...
Es ist bekannt, dass Versagensmechanismen wie implantatbedingter ungünstiger Knochenumbau, übermäßige Spannungen an der Schnittstelle zwischen Implantat und Knochen und mangelnde Primärstabilität das Ergebnis der zementfreien Hüfttotalendoprothese (HTEP) beeinträchtigen. Es wird berichtet, dass diese Versagensmechanismen durch das Design des Femurimplantats beeinflusst werden. Mit Hilfe der Formoptimierung als präklinisches Designwerkzeug können Schaftgeometrien auf der Grundlage dieser Versagensziele bewertet werden. Diese Ziele können jedoch manchmal miteinander in Konflikt stehen. Daher ist es notwendig, eine multikriterielle Formoptimierung zu implementieren, um den Designkonflikt zu lösen. Anhand eines patientenspezifischen Femurs und eines ersten Designs eines TriLock® (DePuy)-Schafts wurde ein vollautomatisches 3D-Formoptimierungsschema entwickelt, das auf der Minimierung des Knochenumbaus und der Schnittstellenspannungen basiert. In der Studie wurde nach weiteren kompromissfähigen Designs von Femurimplantaten gesucht, indem ein neuartiges hybrides System zur gleichzeitigen Minimierung aller drei Ziele eingeführt wurde. In der Studie wurden lateral aufgeweitete Designs mit rechteckigen proximalen Querschnitten und größeren Schaftgrößen zur Verbesserung der Stabilität bevorzugt. Die endgültigen Kompromiss-Schaftgeometrien sagten eine günstige Lastübertragung und verbesserte Fixierung voraus.
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