Entwicklung eines in vitro- und Finite-Element-Modells (FE-Modells) für biomechanische Skolioseuntersuchungen
Final Report Abstract
Mit Hilfe von Kalbspräparaten wurde ein In-vitro-Skoliosemodell entwickelt. Hierzu wurden die Bandscheiben und Wirbelkörper thorakolumbaler Kalbswirbelsäulen so modifiziert, dass eine rechts thorakolumbale C-förmige Skoliose mit einem Cobb-Winkel > 40° entstand. Mit Hilfe dieses Modells wurden rigide und dynamische Implantat-Konfigurationen biomechanisch getestet. So konnte an einem rigiden Implantat gezeigt werden, dass das Modell funktioniert und sich die Krümmung korrigieren lässt. Messungen mit einem dynamischen Implantat haben ergeben, dass diese Implantate erwartungsgemäß mehr Bewegung zulassen und bei entsprechender Anwendung eine sichtbare Korrekturwirkung erzielen können. Weiter wurde ein Finite-Elemente-Modell der humanen Brust- und Lendenwirbelsäule entwickeln. Die spezifische Geometrie wird basierend auf wenigen Parametern algorithmisch generiert. Bei diesen Parametern kann es sich z.B. um die Wirbelkörperhöhen handeln, die sich leicht aus lateralen Röntgenaufnahmen gewinnen lassen. Ein Satz nichtlinearer Regressionsgleichungen stellt den Zusammenhang zwischen Eingabeparametern und weiteren benötigten anatomischen Längen- und Winkelmaßen her. Dieses parametrische Modell bietet die Möglichkeit zur Untersuchung nahezu beliebiger gesunder als auch pathologisch veränderter morphologischer Varianten der Wirbelsäule. In einer ersten probabilistischen Studie konnten wir zum einen die Sensitivität des Modells bezüglich einzelner Geometrieparameter als auch die zu erwartende Vorhersageunsicherheit quantifizieren. Diese Ergebnisse werden uns bei der weiteren Kalibrierung und der gezielten Validierung des Modells helfen. In Zukunft wird das Modell den Vergleich verschiedener Skoliose-Behandlungen und deren Optimierung ermöglichen.
Publications
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A new approach for generating geometrically parameterized models of the human thoracic and lumbar spine for scoliosis research. 15th Workshop on the Finite Element Method in Biomedical Engineering, Biomechanics and Related Fields. Proceedings of the 15th FEM Workshop; 2008 16-17. July; Ulm; 2008. p. 34-40
Kunkel ME, Schmidt H, Wilke HJ
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Kunkel ME, Schmidt H, Wilke HJ
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Kunkel ME, Schmidt H, Wilke HJ
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Kunkel ME, Herkommer A, Wilke HJ
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Kunkel ME, Schmidt H, Wilke HJ
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Kunkel ME, Schmidt H, Wilke HJ
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Wilke HJ, Werner K, Häußler K, Reinehr M, Böckers TM
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Morphometric analysis of the relationships between intervertebral disc and vertebral body heights: an anatomical and radiographic study of the human thoracic spine. J Anat 2011;219:375-87
Kunkel ME, Herkommer A, Reinehr M, et al.
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Kunkel ME, Schmidt H, Wilke HJ
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Wilke HJ, Werner K, Haussler K, et al.
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Wilke HJ, Werner K, Böckers TM
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Niemeyer F, Wilke HJ, Schmidt H
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Niemeyer F, Wilke HJ, Schmidt H
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The influence of uncertain anatomical parameters on the response of finite element models of the human lumbar spine. 10th International Symposium on Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering; 2012 11.-14.04.2012; Berlin; 2012
Niemeyer F, Wilke HJ, Schmidt H
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Thiel-fixation preserves the nonlinear load-deformation characteristic of spinal motion segments, but increases their flexibility. 18th Congress of the European Society of Biomechanics (ESB). Lisbon, Portugal: J Biomech, 2012. p. S592
Wilke HJ, Werner K, Häussler K, Reinehr M, Böckers TM
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Which influence has the fixation according to thiel to the flexibility of the spinal motion segments. 7. Deutscher Wirbelsäulenkongress, Jahrestagung der Deutschen Wirbelsäulengesellschaft; 2012 6.-8. Dezember; Stuttgart; Eur Spine J; 2012. p. 2337
Wilke HJ, Werner K, Häussler K, Reinehr M, Böckers TM
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InstantSpine: An Open Source Spine Model Generator. 18th International Symposium on Computational Biomechanics in Ulm; 2013 13.- 14.05.2013; Ulm; 2013
Niemeyer F, Schmidt H, Ignatius A, Wilke HJ
