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Betriebsfestigkeit eines Hüftimplantats
Spannungsberechnung und Betriebsfestigkeits-
bewertung mit ANSYS®
Workbench™
Ihr Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Christoph Schlegel
Tel. +43(0)1 5877073-12
E-Mail christoph.schlegel@cadfem.at
Aufgabenstellung
Bei Hüftimplantaten, die als hochbeanspruchbare
Bauteile entwickelt werden, kommt es trotz ge-
wissenhafter Auslegung vereinzelt zum Bruch.
Speziell am Schaftquerschnitt ist die Bruchsi-
cherheit begrenzt, denn dieser kann nicht belie-
big groß dimensioniert werden, da sonst der Be-
wegungsfreiraum eingeschränkt wäre.
Im konkreten Fall eines Implantatbruchs kam es
zu einem Gerichtsverfahren zwischen dem
Krankenversicherungsträger und dem Implan-
tathersteller. Der Gerichtssachverständige beauf-
tragte CADFEM mit einer FE-Analyse (Finite Ele-
mente) des Implantates, um von unabhängiger
Stelle klären zu lassen, ob Dimensionierungs-
mängel erkennbar waren.
Lösung
Der CADFEM Geschäftsbereich „Medical“ konzen-
triert sich auf FE-Simulationen im Medizinbereich
und hat hier viel Erfahrungen gesammelt. Durch
die Verwendung von publizierten Mess-
ergebnissen von Kräften in Hüftgelenken realer
Patienten sowie Vorgaben aus Prüfnormen konn-
ten Simulationen mit ANSYS®
Workbench™ für
das betreffende Implantat durchgeführt werden.
Diese zeigten, dass neben der Dimensionierung
des Implantats vor allem das Gewicht des Patien-
ten und dessen Aktivitätslevel großen Einfluss auf
die Lebensdauer haben.
Nutzen für den Kunden
Mit der FE-Simulation kann die Spannungsvertei-
lung und die Lebensdauer des Implantates für
unterschiedliche Patientengruppen abgeschätzt
und so das Bruchrisiko reduziert werden. Damit
wird auch die Wahrscheinlichkeit einer weiteren
Operation für den Patienten minimiert. Simulati-
onen unterstützen die Dimensionierung neuer
Implantat-Typen und geben dem Mediziner eine
Entscheidungshilfe bei der Wahl der optimalen
Variante für den jeweiligen Patienten.
Quellen:
1)
http://www.biomedcentral.com/1471-2474/11/3
Grupp T.M., Weik T., Bloemer W., Knaebel H.P.
“Modular titanium alloy neck adapter failures in hip replacement - failure
mode analysis and influence of implant material” 2010
2)
www.orthoload.com bzw.
Bergmann G, Graichen F, Rohlmann A, Bender A, Heinlein B, Duda G N.
2010. Realistic loads for testing hip implants. Bio-Medical Materials and En-
gineering. 2010, 20, S. 65–75.
Gebrochenes Hüftgelenksimplantat 1)
Kräfte am Hüftgelenk beim Treppen steigen 2)
Kräfte am Hüftgelenk abhängig vom Gewicht 2)
Schaftquerschnitt

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Betriebsfestigkeit eines Hüftimplantats - Spannungsberechnung und Betriebsfestigkeitsbewertung mit ANSYS Workbench

  • 1. Betriebsfestigkeit eines Hüftimplantats Spannungsberechnung und Betriebsfestigkeits- bewertung mit ANSYS® Workbench™ Ihr Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Christoph Schlegel Tel. +43(0)1 5877073-12 E-Mail christoph.schlegel@cadfem.at Aufgabenstellung Bei Hüftimplantaten, die als hochbeanspruchbare Bauteile entwickelt werden, kommt es trotz ge- wissenhafter Auslegung vereinzelt zum Bruch. Speziell am Schaftquerschnitt ist die Bruchsi- cherheit begrenzt, denn dieser kann nicht belie- big groß dimensioniert werden, da sonst der Be- wegungsfreiraum eingeschränkt wäre. Im konkreten Fall eines Implantatbruchs kam es zu einem Gerichtsverfahren zwischen dem Krankenversicherungsträger und dem Implan- tathersteller. Der Gerichtssachverständige beauf- tragte CADFEM mit einer FE-Analyse (Finite Ele- mente) des Implantates, um von unabhängiger Stelle klären zu lassen, ob Dimensionierungs- mängel erkennbar waren. Lösung Der CADFEM Geschäftsbereich „Medical“ konzen- triert sich auf FE-Simulationen im Medizinbereich und hat hier viel Erfahrungen gesammelt. Durch die Verwendung von publizierten Mess- ergebnissen von Kräften in Hüftgelenken realer Patienten sowie Vorgaben aus Prüfnormen konn- ten Simulationen mit ANSYS® Workbench™ für das betreffende Implantat durchgeführt werden. Diese zeigten, dass neben der Dimensionierung des Implantats vor allem das Gewicht des Patien- ten und dessen Aktivitätslevel großen Einfluss auf die Lebensdauer haben. Nutzen für den Kunden Mit der FE-Simulation kann die Spannungsvertei- lung und die Lebensdauer des Implantates für unterschiedliche Patientengruppen abgeschätzt und so das Bruchrisiko reduziert werden. Damit wird auch die Wahrscheinlichkeit einer weiteren Operation für den Patienten minimiert. Simulati- onen unterstützen die Dimensionierung neuer Implantat-Typen und geben dem Mediziner eine Entscheidungshilfe bei der Wahl der optimalen Variante für den jeweiligen Patienten. Quellen: 1) http://www.biomedcentral.com/1471-2474/11/3 Grupp T.M., Weik T., Bloemer W., Knaebel H.P. “Modular titanium alloy neck adapter failures in hip replacement - failure mode analysis and influence of implant material” 2010 2) www.orthoload.com bzw. Bergmann G, Graichen F, Rohlmann A, Bender A, Heinlein B, Duda G N. 2010. Realistic loads for testing hip implants. Bio-Medical Materials and En- gineering. 2010, 20, S. 65–75. Gebrochenes Hüftgelenksimplantat 1) Kräfte am Hüftgelenk beim Treppen steigen 2) Kräfte am Hüftgelenk abhängig vom Gewicht 2) Schaftquerschnitt