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BMBF-Projekt "Simulation des Abriebs von Knieimplantaten und Optimierung der Form zur patientengruppenspezifischen Abriebminimierung" (SOAK) - Teilprojekt 3

Projektstart: 07/2013 , Projektende: 06/2016

Projektnummer: 05M2013

Geldgeber:

BMBF

Projektbeteiligte

Projektleiter

Prof. Dr. Anton Schiela

Projektmitglieder

M.Sc. Georg Müller

Externe Partner

Prof. Dr. Ralf Kornhuber (FU Berlin), Prof. Dr. Oliver Sander (RWTH Aachen),

Dr. Martin Weiser (Zuse-Institut Berlin)

Industriepartner

aap Implantate AG, Questmed GmbH

Projektbeschreibung

Für die Zulassung von Implantaten muss für diese ein standardisierter Abriebtest durchgeführt werden. Während der Entwicklung sind entsprechende Tests ebenfalls erforderlich. Diese Tests sind sehr zeit- und kostenintensiv. Das Projekt zielt darauf, Simulations- und Optimierungsmethoden zu entwickeln, mit denen ein Teil der Tests während der Entwicklung durch Simulationen ersetzt werden kann. Zudem soll durch Formoptimierung die Entwicklung beschleunigt und durch die Berücksichtigung unterschiedlicher Patientengruppen eine bessere Anpassung der Modellpalette auf die Patientenpopulation ermöglicht werden.

Das Projekt wird gemeinsam von den Partnern FU Berlin, RWTH Aachen, Universität Bayreuth und Zuse Institut Berlin durchgeführt.

Optimierung der Implantatform

Bei der Optimierung der Implantatform tritt als Nebenbedingung ein dynamisches Kontaktproblem auf, das die Bewegung des Knies modelliert. Das zugrunde liegende mathematische Problem ist zeitabhängig und auf einer komplexen dreidimensionalen Geometrie definiert. Da Kontaktprobleme nicht durch Gleichungen sondern über Variationsungleichungen modelliert werden, sind die Nebenbedingungen nichtglatt.

Der Schwerpunkt dieses Arbeitspaketes soll in der Entwicklung eines effizienten Algorithmus für diese Art von Optimierungsproblem liegen. Innerhalb des Gesamtprojektes soll der Algorithmus dann zusammen mit den verfeinerten Modellen sowohl zur Optimierung der Implantatform, als auch zur Schätzung unbekannter Materialparameter benutzt werden.