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Finite Elemente Modell für degenerierte Bandscheiben

Ziel dieses Projektes ist es, ein robustes, kosteneffizientes und zuverlässiges Finite Elemente (FE) Modell zu entwickeln, um das mechanische Verhalten von Bandscheiben in verschiedenen Degradationsstadien zu untersuchen.

 

Die Bandscheiben bestehen aus einem äusseren Kollagenfaserring (annulus fibrosus) und einem inneren gallertigen Kern (nucleus pulposus). Damit sie sorgen für die notwendige Flexibilität und Polsterung zwischen den Wirbelkörpern. Allerdings führen fortschreitendes Alter, Überbeanspruchung oder pathologischen Veränderungen zu graduellen Abnutzungserscheinungen (Abbildung 1). Immer häufiger werden physiologische FE-Modelle eingesetzt, um das mechanische Verhalten der Bandscheiben für patientenspezifische Studien und medizinische Anwendungen zu untersuchen. Hierbei stellen sowohl die Komplexität der physiologischen Geometrie als auch die statischen und dynamischen Belastungsszenarien eine besondere Herausforderung bei der Wahl geeigneter FE-basierter Diskretisierungs- und Analyseansätze dar.

    Abbildung 1: Verschiedene Stadien der Bandscheibendegeneration.

    Die Entwicklung eines geeigneten FE-basierten Modells umfasst die folgenden Schritte:

    1. Generierung von 3D-Volumen der Wirbelsäulensegmente auf Grundlage von physiologischen Informationen und statistischen Modellen (Abbildung 2).
    2. Numerische Simulation der Lastfälle Flexion/Extension, laterale Biegung und axiale Rotation mit der vorgeschlagenen Wahl der Diskretisierung (d.h. tetraedrische Elemente) und expliziten Lösungsmethode.
    3. Vergleich der Ergebnisse mit denen, die mit dem üblicherweise verwendeten Diskretisierungs- und Analyseansatz sowie mit mehrachsigen experimentellen Daten erzielt wurden.
    Abbildung 2: Generierung patienten-spezifischer Finite Elemente Modelle.

    Projektteam & Kooperationen

    Dr. Ramachandra Kuravi
    Postdoc



    Profil

    Marie-Rosa Fasser
    Doktorandin

     

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