Finite Elemente in Bewegung - CAD-FEM GmbH

Medizin und Biomechanik
Materialise und CADFEM: Durchgehende
Prozesskette bei der Implantatentwicklung
Aufnahmen aus verschiedenen medizinischen
Tomografie (bildgebenden)-Verfahren
können mit Softwareprodukten von Materialise
in Geometerien transformiert
werden, die sich als Ausgangsmodell für
FEM-Simulationen eignen. Die Zusammenarbeit
von CADFEM mit Materialise hat
die effiziente Gestaltung dieser Prozesskette
zum Ziel.
Strukturen aus dem Körperinneren des
Menschen werden durch bildgebende
Verfahren wie die Computertomografie
(CT) oder die Magnetresonanztomografie
(MRT) „fotografiert“. Aus diesen Aufnahmen
generiert die Software Mimics biomechanische
Modelle, die durchaus mit
CAD-Modellen aus dem herkömmlichen
Ingenieurwesen vergleichbar sind. Die
Firma Materialise gehört zu den Spezialisten
auf diesem Gebiet, die mit Mimics und
3-matic dafür ausgezeichnete Softwareprodukte
entwickelt und vertreibt. Weil
diese Daten auch als Ausgangsmodell für
FEM-Simulationsanwendungen dienen
können, haben CADFEM und Materialise
eine Kooperation begonnen. Im ersten
Schritt der Zusammenarbeit bieten CAD-
FEM und Materialise auch die Produkte
und Kompetenzen des anderen Partners
mit an. Ziel ist es, für den Bereich der Biomechanik
eine effiziente, durchgehende
Prozesskette von der Modellerstellung bis
zur FEM-Berechnung zu schaffen.
Materialise
Insbesondere für Rapid Prototyping werden
von Materialise zahlreiche Softwareprodukte
für industrielle und medizinische
Anwendungen angeboten. Überwiegend im
medizinischen Bereich wird das Programm
Mimics eingesetzt.
Mit Mimics können die CT- oder MRT-
Bilddaten besonders benutzerfreundlich
segmentiert und hochwertige 3D Geometriemodelle
erstellt werden. Ohne über
die Flächenrückführung gehen zu müssen,
kann dann 3-matic diese Modelle wie beim
„klassischen“ CAD editieren. wie z.B. der
Verschnitt von Knochen mit Implantaten.
Die so gewonnenen Geometriedaten
bieten eine ideale Basis für eine weiterführende
FEM-Berechnung.
Beispiel Kieferimplantat
Ein anschauliches Beispiel für die skizzierte
Prozesskette für biomechanische Simulationen
ist die Berechnung eines patienten-individuellen
Kieferimplantats.
Die komplette Geometrieerstellung erfolgt
über Materialise Produkte: Die CT-Aufnahme
des Kiefers des Patienten wird mit Mimics
segmentiert, und als wasserdichtes STL
herausgegeben. Mit 3-matic wird die
Kiefergeometrie aufbereitet und ein
patienten-individuelles Implantat modelliert.
Schließlich wird dieses Implantat
über das Rapid Prototyping Verfahren
hergestellt und vom Arzt eingesetzt.
An dieser Stelle kann schon in naher
Zukunft im Sinne der Qualitätssicherung
eine FEM-Simulation helfen, das
Implantat auf seine Festigkeit oder
Lebensdauer zu untersuchen, mögliche
Schwachstellen, beispielsweise Kerben,
frühzeitig zu erkennen und letztendlich
die Geometrie patienten-individuell zu
optimieren.
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Neue Materialgesetze in der Biomechanik
CADFEM entwickelt derzeit ein anisotropes,
hyperelastisches Materialgesetz auf der Basis der
Arbeiten von Prof. Holzapfel (TU Graz), das sich
insbesondere für biomechanische Fragestellungen
eignet. In einem weiteren Projekt wird
zudem ein Materialgesetz für die Simulation von
temperaturabhängigen Formgedächtnislegierungen
programmiert.
Veranstaltung
6th Medical Innovations Conference Vienna 2008
Materialise veranstaltet diese große internationale
Veranstaltung vom 30. – 31.Mai 2008 in
Wien. CADFEM wird dort einen FEM-Workshop
anbeiten. www.materialise.com/MIC
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Geschäftsbereich CADFEM Medical
Christoph Müller
Tel. +49 (0)9092-7005-43
E-Mail cmueller@cadfem.de
infoplaner 1/2008 41