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Modellierung und numerische Simulation der minimal invasiven Injektion von akrylischen Knochenzementen in osteoporotisch geschädigte Wirbelkörper innerhalb der Vertebroplastie

椎体成形术中将丙烯酸骨水泥微创注射到骨质疏松受损椎体中的建模和数值模拟

基本信息

批准号：
61846739
负责人：
Professor Dr.-Ing. Alexander Lion
金额：
--
依托单位：
Institut für Mechanik (LRT-4)
依托单位国家：
德国
项目类别：
Research Grants
财政年份：
2008
资助国家：
德国
起止时间：
2007-12-31 至 2013-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/61846739?language=en
关键词：
Modellierung und numerische Simulation der

项目摘要

Das Ziel des Gesamtvorhabens ist die modellbasierte Untersuchung des minimal invasiven Eingriffs zur Stabilisierung osteoporotisch geschädigter Wirbelkörper (Vertebroplastie) und die Analyse der damit verbundenen, in der Praxis auftretenden Komplikationen. Die klinische Relevanz besteht in einer Vergrößerung der Sicherheit des Operationsvorganges und der Möglichkeit, Modifikationen der Operationsmethoden und -techniken in der Simulation auf ihre Wirksamkeit hin zu untersuchen und durch ein verbessertes Verständnis der physikalischen Vorgänge gezielt zu entwickeln. Dies wird durch eine umfassende numerische Modellierung der dabei ablaufenden Prozesse mittels der Metho-den der Finiten Elemente und Finiten Volumen, basierend auf einer thermomechanisch-chemisch gekoppelten Materialmodellierung zur Abbildung des injizierten Materials erreicht.In der beantragten Förderperiode soll dazu der Injektionsvorgang von Knochenzement in einen osteo-porotisch erkrankten Wirbelkörper detailgetreu numerisch abgebildet werden. Während des ersten Antragszeitraumes wurde ein thermomechanisch-chemisch gekoppeltes Materialmodell, welches die Polymerisation von Knochenzement beschreibt, entwickelt und an thermochemische sowie thermo-mechanische Versuche angepasst. Darauf aufbauend soll dieses Materialmodell speziell um die phy-sikalischen Effekte, die für die Rheologie während des Injektionsvorgangs von zentraler Bedeutung sind, erweitert und parametrisiert werden. Zur Berechnung des Injektionsvorganges von Knochenze-ment in einen Wirbelkörper soll das entwickelte Materialmodell in ein leistungsfähiges Programmpaket zur Strömungssimulation integriert werden. Die Geometrie der geschädigten Wirbelkörper wird dazu in digitale Oberflächenmodelle, die aus Mikro-Computertomographie-Daten erstellt werden, überführt und in das Finite-Volumen- Programmpaket OpenFOAM® zur Strömungssimulation importiert. Um ein reales Oberflächenmodell erstellen zu können, wird auf die Expertise der Kooperationspartner K1 (Prof. C. Kober) und K2 (Prof. T. Blattert) zurückgegriffen. Die Ergebnisse des Einspritzvorganges in Form der sich einstellenden räumlichen Zementverteilung sowie der zugehörigen thermomechanischen Feldgrößen sind von zentraler Bedeutung für den Projektpartner P2 (Prof. J. Ihlemann), der darauf aufbauend den Aushärtevorgang mit der Methode der Finiten Elemente simuliert.

Das Ziel des Gesamtvorhabens is die modelbasierte Untersuchung des minimal invasiven Eingriffs zur Stabilisierung Wirbelkörper（Vertebroplastie）and die Analysis der damit verbundenen，in der Praxis auftretenden Komplikationen.该klinische Relevanz besteht在einer Vergrößerung der Sicherplatz des Operationsvorganges und der Möglichkeit，Modifikationen der Operationsmethoden and-techniken in der Simulation auf ihre Wirksamkeit hin zu untersuchen and durch ein verbessertes Verständnis der physicalischen Vorgänge gezielt zu entwickeln.本文通过建立一个基于热机械-化学模型的有限元数值模拟方法，对一个骨多孔性材料的注射成型过程进行了详细的数值模拟，并对注射成型过程中的韦尔登进行了详细的分析。第一次合成需要一个热机械-化学复合材料模型，包括聚合反应、增韧和热化学反应。Darauf aufbauend soll dieses Materialmodell speziell um die phy-sikalischen Effekte，die für die Rheologie während des Injektionsvorgangs von zentraler Bedeutung sind，erweitert and parametrisiert韦尔登.在一个集成了韦尔登模拟的大型程序包中，一个Wirbelkörper中的Knochenze-ment注入方法将使材料模型变得更加复杂。Die Geometrie der geschädigten Wirbelkörper wird dazu in digitale Oberflächenmodelle，die aus Mikro-Computertomographie-Daten erstelt韦尔登，überführt and in das Tecte-Volumen- Programmpaket OpenFOAM® zur Strömungssimulation importiert. Um ein reales Oberflächenmodell erstellen zu können，wird auf die Expertise der Cooperationspartner K1（Prof. C. Kober）和K2（T. Blattert）zurückgegriffen. Escherichritzvorganges形式的Ergebnisse der sich einstellenden räumlichen Zementvertetilung sowie der zugehörigen thermomechanischen Feldgrößen sind von zentraler Bedeutung für den Projektpartner P2（Prof. J. Ihlemann），der darauf aufbauend den Aushärtevorgang mit der Methode der Scherichen Elemente simuliert.