Digitale Zwillinge für die Strukturoptimierung patientenspezifischer Implantate
Dieses Projekt nutzt die Strukturoptimierung, insbesondere die Topologieoptimierung, um das Design von Osteosyntheseplatten zu verbessern. Osteosyntheseplatten sind Implantate, die frakturierte Knochen stabilisieren, um eine korrekte Ausrichtung während der Heilung zu gewährleisten. Ein bedeutender Fortschritt im Implantatdesign ist die Entwicklung patientenspezifischer Implantate (Honigmann et al., 2018; Maintz et al., 2024) . Im Regelfall werden Implantate anhand durchschnittlicher anatomischer Masse und allgemeiner biomechanischer sowie klinischer Vorgaben entwickelt. Chirurginnen und Chirurgen müssen sie im Operationssaal manuell anbiegen, um eine bessere Passform zu erzielen, was jedoch das Implantat schwächt (Park et al., 2016) und die Operationszeit verlängert.
Durch bildgebende Verfahren wie die Computertomografie (CT) in Kombination mit computergestützter Software und additiver Fertigung können Implantate nun passgenau an die individuelle Anatomie eines Menschen angepasst und effizient hergestellt werden. Diese Individualisierung verbessert die Fixierung und reduziert das Risiko von Komplikationen, insbesondere für Patienten und Patientinnen, bei denen Standardimplantate keine sichere Passform bieten. Zudem unterstützt eine strukturelle Optimierung, angepasst an die Konturen des Knochens, die Lastverteilung und kann somit die Genesungszeit verkürzen.
Im Rahmen meiner PhD-Arbeit liegt der Fokus auf Knochenplatten, insbesondere deren Materialauswahl und biomechanischer Eignung für die Behandlung von Frakturen, wie beispielsweise im Unterkiefer. Neue Designs für diese Implantate werden entwickelt und müssen umfassend getestet werden. Hierfür eignet sich die Finite-Elemente-Analyse (FEA), die eine detaillierte Simulation der biomechanischen Belastungen ermöglicht. Da patientenspezifische «digitale Zwillinge» immer häufiger eingesetzt werden, wird die Zusammenarbeit zwischen orthopädischen Chirurginnen und Chirurgen, biomedizinischen Ingenieurinnen und Ingenieuren sowie Datenwissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern immer wichtiger.
Dieses Projekt zeigt in einer Machbarkeitsstudie, wie mithilfe von Optimierungstechniken und neuen Technologien zukunftsweisende Implantate entwickelt werden können. Ein exemplarisches Anwendungsbeispiel bildet dabei eine Osteosyntheseplatte für eine Fraktur im Bereich des Kieferwinkels (Abbildung 1). Im Incubator-Projekt untersuche ich die Anwendung dieser Methode zur Generierung topologieoptimierter Implantate, die im Institut für Medizintechnik und Medizininformatik an der FHNW Life Sciences hergestellt wurden.
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Full spec
- DateAdded
- 2025-06-16T09:25:46Z
- DateModified
- 2025-06-16T09:59:41Z
- Key
- WZMVZHA3
- Handle
- 20.500.11806/med/3kdc-v8bt-0m