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Fragestellung: Es war Ziel dieser Arbeit, eine Methode zu entwickeln, um die Materialeigenschaften von periprothetischem Knochengewebe den entsprechenden Elementen eines Finite-Elemente-Modells einer Knochenstruktur automatisch als Materialparameter zuzuordnen.

Methodik: Basis für die Knochenumbau-Simulation bildet die Theorie der adaptiven Elastizität des Knochens. Zur Umsetzung der Programmierung wurde die Scriptsprache APDL (Ansys Parametric Design Language) der FEM-Software Ansys (Ansys Inc.) eingesetzt. Die Programmierung erfolgte mit einem standardmäßigen Texteditor.

Ergebnisse: Ausgangspunkt für eine Knochenumbau-Simulation ist ein vollständig vernetztes FE-Modell mit Definition eines Lastfalles jedoch ohne Materialzuweisung. Über eine iterative Berechnung, die je nach Komplexität des Modells mehrere Stunden benötigt, wird für jedes Finite Element ein individueller E-Modul ermittelt und als Materialparameter zugeordnet. Danach kann die eigentliche FEM-Analyse gestartet werden. Berechnungsergebnisse am proximalen Femur zeigen realitätsnahe Steifigkeitsverteilungen im Vergleich mit bekannten morphologischen Daten.

Schlussfolgerung: Mit Hilfe der Knochenumbau-Simulation lassen sich die Materialeigenschaften von Knochengewebe für die entsprechenden Elemente eines Finite-Elemente-Modells berechnen und als Materialparameter zuweisen. Dadurch wird es zum Beispiel möglich, die Knocheneigenschaften nach dem Einwachsen eines Implantats zu berechnen, um das Materialverhalten im periprothetischen Knochengewebe realitätsnaher zu modellieren. Damit ist eine Voraussetzung zur Simulation der Belastungsstabilität von Endoprothesen bei unphysiologisch hohen Belastungen im Verlauf von Luxationen gegeben.