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Joint German Congress of Orthopaedics and Trauma Surgery

02. - 06.10.2006, Berlin

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Finite-Elemente-Modellierung eines knöchernen Beckens ausgehend von einem CT-Datensatz

Meeting Abstract

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  • M. Ellguth - Fachbereich Maschinen- und Energietechnik, HTWK Leipzig (FH), Markkleeberg, Germany
  • C. Voigt - Orthopädische Klinik und Poliklinik, Universität Leipzig, Leipzig, Germany
  • A. Bohne - Fachbereich Maschinen- und Energietechnik, HTWK Leipzig (FH), Leipzig, Germany
  • T. Hierl - Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesi, Universität Leipzig, Leipzig, Germany
  • H. Steinke - Institut für Anatomie, Universität Leipzig, Leipzig, Germany
  • R. Scholz - Orthopädische Klinik und Poliklinik, Universität Leipzig, Leipzig, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 70. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 92. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 47. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 02.-06.10.2006. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2006. DocP.2.3.2.2-1796

The electronic version of this article is the complete one and can be found online at: http://www.egms.de/en/meetings/dgu2006/06dgu0280.shtml

Published: September 28, 2006

© 2006 Ellguth et al.
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Fragestellung: Ziel der Arbeit ist die Überführung eines konventionellen CT-Datensatzes des knöchernen Beckens in ein für die Finite-Elemente-Modellierung nutzbares Datenformat. Dabei soll neben der Erzeugung einer verwertbaren Datenstruktur die Möglichkeit zur Steuerung des Verhältnisses von Datenmenge und -genauigkeit je nach biomechanischer Fragestellung durch den Anwender bestehen.

Methodik: Von einem frischen Leichenbecken wurde ein Spiral-CT (MX 8000 / Fa. Philips) mit einer Schichtdicke von 0,8 mm erstellt. Der DICOM-Datensatz (Digital Imaging and Communication in Medicine) wurde im ersten Konvertierungsschritt unter Nutzung der Software Vworks v4.0 (CyberMed Inc.) in eine VRML-Datei (Virtual Reality Modelling Language) umgewandelt. Im zweiten Schritt wurde daraus mit der Software Amapi3D v2.0 (ATSG Company) eine STL-Datei (Standard Triangulation Software) erzeugt, um die Daten im dritten Schritt im CAD-Programm Catia v5 (Dassault Systemes) weiterbearbeiten zu können. Im vierten Konvertierungsschritt wurde der STL-Datensatz mit einer Programmierung in der Scriptsprache von Mathematica 4 (Wolfram Research) in eine FEM-Eingabedatei umgeschrieben. Die Einzelschritte werden in einem Flussdiagramm dargestellt.

Ergebnisse: Unter Verwendung der genannten Software konnte eine lückenlose Konvertierungskette gefunden werden, um die geometrische Topologie eines knöchernen Beckens aus einem CT-Datensatz für die Finite-Elemente-Modellierung zu nutzen. Im ersten Konvertierungsschritt mussten ca. 800 CT-Einzelbilder manuell bereinigt werden. Die Nachbearbeitung der Daten ist mit einem Zeitaufwand von ca. 12 Stunden verbunden. Das Verhältnis zwischen Datenmenge und -genauigkeit kann durch den Anwender im dritten Konvertierungsschritt stufenlos reguliert werden. Die Rechenzeit auf einem adäquaten Standard-PC für den vierten Konvertierungsschritt (STL-Datei mit 33.000 Punkten) beträgt etwa 20 Minuten.

Schlussfolgerung: Die Konvertierung der geometrischen Information zwischen verschiedenen Software-Umgebungen ist mit einem gewissen Genauigkeitsverlust verbunden. Zur Effizienzsteigerung ist es wünschenswert die gesamte Konvertierung in eine Anwendung zu integrieren. Das erstellte FE-Modell eines knöchernen Beckens soll in einer weiterführenden Arbeit mit bereits modellierten Implantatkomponenten versehen und zur Untersuchung der Verankerungsstabilität bei Luxationen genutzt werden.