Modellbildung und Simulation der Feldverteilung von großflächigen, elektro-stimulierenden Implantaten für die Orthopädische Chirurgie

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In der Orthopädischen Chirurgie werden bei Knochenheilungsstörungen verschiedene Konzepte verfolgt. Bei der elektrischen Stimulation des Knochens wird durch das Einwirken eines äußeren Wechselfeldes dessen funktionelle Belastung nachgeahmt, wodurch knöcherne Regeneration und Wiederherstellung verbessert werden. Die Energiezufuhr für die elektrische Stimulation erfolgt durch ein niederfrequentes elektromagnetisches Feld. Ziel des Projektes ist es, für die Frakturheilung bewährte elektro-stimulierende Verfahren auf Endoprothesen am Beispiel einer neuartigen Revisions-Hüftpfanne1 zu übertragen. Das entwickelte Implantat-System soll eine verbesserte Regeneration des geschädigten Knochenlagers durch gezielte osteostimulative Effekte bewirken. Dabei ist die Interaktion von Implantat-Design und elektrischen Effekten sowie die mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Implantate zu optimieren. Hierzu sind Methoden zur Simulation der elektrischen Felder und der Feldeffekte an den Endoprothesen unter Berücksichtigung verschiedener knöcherner Defektsituationen zu entwickeln. An dem entwickelten Implantatsystem zur invasiven Elektrostimulation von Knochendefekten soll der Einfluss der verschiedenen Stimulationsparameter untersucht werden. Dabei werden die elektrischen Impulse magnetisch von einer extrakorporalen Primärspule in das Implantat eingekoppelt. Grundlegende Aspekte zum Einfluss der Elektrodengeometrie sollen dabei herausgearbeitet werden. Basierend auf den Erkenntnissen der numerischen Berechnungen sollen die Implantate und die Stimulationsparameter derart gestaltet werden, dass der elektrostimulative Effekt auf die Knochenregeneration optimiert werden kann.