Personalisierte orthopädische Lösungen durch die fortschrittliche 3D-CAD-Modellierung

Kunde und Herausforderung

Unser Kunde ist ein führender Hersteller von orthopädischen Lösungen. Das Unternehmen war bestrebt, das Design und die Auswahl seiner orthopädischen Produkte, insbesondere der Prothesen und der zugehörigen chirurgischen Geräte, die für die Implantation erforderlich sind, zu optimieren, um die individuelle Passform und Leistung zu verbessern.

Die komplexen Wechselwirkungen zwischen Implantaten oder Geräten und den vielfältigen Variationen der menschlichen Extremitätenanatomie konnten mit herkömmlichen F&E-Methoden nicht simuliert werden. 3D-Modelle der menschlichen unteren Extremitäten wurden benötigt, um folgende Aufgaben zu erfüllen:

• Berücksichtigung der anatomischen Vielfalt: Berücksichtigung der Unterschiede zwischen männlicher und weiblicher Anatomie, zwischen schlanken und breiten Staturen und zwischen erwachsenen und pädiatrischen Patienten.
• Simulation von Materialeigenschaften: Einsatz von CAD-Software zum Testen verschiedener Materialeigenschaften für prothetische und chirurgische Instrumente und Werkzeuge, um optimale Kombinationen für verschiedene Anatomien zu definieren.
• Simulation von Implantationsszenarien: Visualisierung und Analyse der Wechselwirkungen zwischen chirurgischem Instrument und Knochen oder Gelenk oder zwischen Gliedmaße und Prothese mit der Möglichkeit, Parameter während der Operation zu ändern. 
• CAD-Kompatibilität: Die resultierenden Modelle sollten als CAD-Objekte dargestellt werden, damit sie mit CAD-Software weiter bearbeitet werden können. 

Lösung

Um den Anforderungen des Kunden gerecht zu werden, wurden fortschrittliche 3D-Modellierungstechniken eingesetzt. Im Gegensatz zu herkömmlichen hohlen 3D-Modellen haben wir uns auf die Erstellung von soliden CAD-Objekten konzentriert, denen realistische physikalische Eigenschaften zugewiesen werden können. 

Das Verfahren wurde in folgenden Schritten durchgeführt:

1. Vorbereitung eines Modells

Ausgangspunkt war eine Auswahl vorgefertigter Modelle aus der Bibliothek.

2. CAD-Konvertierung

Diese Modelle wurden in solide CAD-Objekte umgewandelt, um die Anwendung von Materialeigenschaften zu ermöglichen und die notwendigen Anpassungen vorzunehmen, bevor mit der eigentlichen Produktion begonnen werden konnte.

3. Kundenspezifische Anpassung

Bei den CAD-Modellen haben wir die Anatomie der menschlichen Gliedmaßen unter Berücksichtigung von Alter, Statur und Geschlecht mit großer Präzision dargestellt. Um die anatomische Genauigkeit zu gewährleisten, haben wir spezifische anatomische Orientierungspunkte berücksichtigt, darunter verschiedene Knochendimensionen, die Achsenausrichtung der unteren Extremitäten und die allgemeine Morphologie der Gliedmaßen. In der CAD-Umgebung wurden sowohl den Prothesenkomponenten als auch dem umgebenden Gewebe unterschiedliche Materialeigenschaften (z.B. Dichte, Elastizität, Zugfestigkeit) zugewiesen.