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Prothesen in Zukunft individuell berechnen

Merkle & Partner setzt Simulationstechnologien in der Medizintechnik ein

Prothesen in Zukunft individuell berechnen

Prothesenschaft zur Aufnahme des Stumpfs; Finite-Elemente-Modell mit Darstellung der Spannungen. (Bildquelle: @Merkle&Partner GbR)

Circa 90 % der Prothesen werden in der Medizintechnik noch herkömmlich von Orthopädie-Technikern von Hand gefertigt. Über Simulationsberechnungen ließen sich Belastungen, Spannungen oder Druckstellen von Prothesen schon im Vorfeld erkennen.

Bei circa 10% moderner Prothesen kommen 3D-Drucker zum Einsatz. Die Konstruktion erfolgt dabei jedoch nicht anhand von Simulationstechnologien, sondern rein geometrisch anhand von gescannten Daten des Stumpfes. Wanddicken und Verrippungen werden nach Gefühl designt. Brechen Prothesen, wird aus der Erfahrung heraus verstärkt. Ein teurer Spaß für die Krankenkassen, ganz zu schweigen für den Besitzer der Prothese, der auf die ordentliche Funktion angewiesen ist.

Heutige Technologien können längst die Prothese für einen im MRT vermessenen Stumpf mit Knochen, Muskeln und Gewebe optimieren, bis der Kontaktdruck über mehrere Belastungsszenarien (Stehen, Gehen, Springen, Beugen, etc.) ein Minimum erreicht. Leider sind diese Fälle für die breite Anwendung in der Medizintechnik noch zu teuer.

Über Näherungswerte über FEM-Verfahren jedoch können kritische Zonen bewertet und verstärkt werden. So werden Prothesen ingenieursmäßig präziser ausgelegt. Dieser Prozess ließe sich nach Merkle & Partner sogar weitgehend automatisieren, gegebenenfalls auch über die Kombination mit KI-Verfahren. Allein die Kosteneinsparung durch die verlängerte Lebensdauer sollte bei größeren Stückzahlen den erforderlichen Aufwand amortisieren. Das macht Simulationstechnologien so wertvoll – nicht nur für die Medizintechnik.

„Mit einem unserer Forschungsprojekte, ROAD3D, beschäftigen wir uns mit den ertragbaren Spannungen von 3D-gedruckten Bauteilen. In einem weiteren Forschungsthema beschäftigen wir uns mit der Simulation des menschlichen Körpers oder von Teilen davon. Optimale Voraussetzungen also für das richtige Know-How“, so Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, Geschäftsführer der Merkle & Partner GbR. „Aktuell werden bereits Projekte im Bereich Medizintechnik umgesetzt. Ich bin überzeugt davon, dass wir hier in Zukunft vermehrt wertvolle Unterstützung leisten können.“

Das Ingenieurbüro Merkle & Partner GbR in Heidenheim wurde 1989 von Luft- und Raumfahrtingenieur Stefan Merkle gegründet und zählt zu den ersten und führenden Dienstleistern für ingenieurwissenschaftlicher Berechnungen und Simulationen in Deutschland. Am Hauptsitz Heidenheim und den Niederlassungen Wolfsburg, Homburg/Saar und Erfurt bearbeiten die 50 Mitarbeiter jedes Jahr rund 500 Kundenprojekte aus den Kerngebieten Strukturanalyse, Strömungssimulation und virtueller Produktentwicklung. Zum Kundenkreis zählen namhafte Unternehmen aus dem Maschinen- und Anlagenbau, der Luft- und Raumfahrttechnik, der Automobilindustrie, der Konsumgüterindustrie und dem Schiffbau.

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