Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Umsetzung von Methoden und Werkzeugen zur Bereitstellung von Modellen und Randbedingungen für die Konstruktion individueller Langzeit-Knochenimplantate (Konstruktionsvorbereitung). Grundlage dabei ist, dass die Planung aus medizinischer Sicht z.B. durch einen Chirurgen und die Konstruktion unter technischen Aspekten z.B. durch einen Konstrukteur getrennt erfolgt. Hierfür wird ein erarbeitetes Planungskonzept vorgestellt, welches sowohl die geplanten geometrischen Merkmale, als auch weiterführende Metadaten beinhaltet (Randbedingungen). Die Übergabe dieser Planungsdaten an die Konstruktion erfolgt über eine dafür entworfene Formatbeschreibung im Kontext der Schnittstelle zwischen Mediziner und Ingenieur. Weiterführend wird die Notwendigkeit von speziellen Funktionen für die Konstruktion von individuellen Implantaten in der Arbeitsumgebung des Konstrukteurs (z.B. Modelliersystem – CAD) am Beispiel der konturlinienbasierten Modellrekonstruktion erörtert. Die gesamtheitliche Basis bildet eine durchgängig digitale Prozesskette zur Datenaufbereitung, Konstruktion und Fertigung. Die Anwendbarkeit der Methoden und zweier umgesetzter Demonstratoren wurde innerhalb eines interdisziplinär angelegten Projektes am realen Patientenfall bestätigt.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Umsetzung von Methoden und Werkzeugen zur Bereitstellung von Modellen und Randbedingungen für die Konstruktion individueller Langzeit-Knochenimplantate (Konstruktionsvorbereitung). Grundlage dabei ist, dass die Planung aus medizinischer Sicht z.B. durch einen Chirurgen und die Konstruktion unter technischen Aspekten z.B. durch einen Konstrukteur getrennt erfolgt. Hierfür wird ein erarbeitetes Planungskonzept vorgestellt, welches sowohl die geplanten geometrischen Merkmale, als auch weiterführende Metadaten beinhaltet (Randbedingungen). Die Übergabe dieser Planungsdaten an die Konstruktion erfolgt über eine dafür entworfene Formatbeschreibung im Kontext der Schnittstelle zwischen Mediziner und Ingenieur. Weiterführend wird die Notwendigkeit von speziellen Funktionen für die Konstruktion von individuellen Implantaten in der Arbeitsumgebung des Konstrukteurs (z.B. Modelliersystem – CAD) am Beispiel der konturlinienbasierten Modellrekonstruktion erörtert. Die gesamtheitliche Basis bildet eine durchgängig digitale Prozesskette zur Datenaufbereitung, Konstruktion und Fertigung. Die Anwendbarkeit der Methoden und zweier umgesetzter Demonstratoren wurde innerhalb eines interdisziplinär angelegten Projektes am realen Patientenfall bestätigt.

Der Einsatz numerischer Simulationen zur Bearbeitung klinischer Fragestellungen ist eine innovative Vorgehensweise. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Methode zur Auswertung von Ergebnissen einer Finite-Elemente-Analyse zum Stentgraftverhalten konzipiert, implementiert und im Rahmen einer deutschlandweiten Benutzerstudie getestet. Für einen Vergleich unterschiedlicher Stentgraftkonfigurationen im Kontext mit dem patientenspezifischen Gefäß wurden Stentgraftbewertungsgrößen eingeführt. Hierzu gehören die Fixierungskraft und der Kontaktstatus zwischen Stentringen und Blutgefäßbestandteilen. Für eine Bereitstellung der Ergebnisgrößen im gefäßmedizinischen Arbeitsumfeld wurde eine graphische Mensch-Maschine-Schnittstelle entwickelt. Diese ermöglicht eine quantitative und qualitative Auswertung von Stentgraftbewertungsgrößen. Hierfür wurden Module zur automatisierten Auswertung von Fixierungskräften sowie zur 2D- und 3D- Ergebnisvisualisierung implementiert. Im Rahmen der Benutzerstudie wurde die Anwendung der entwickelten Methode für die Ermittlung des Einsatzpotenzials numerischer Simulationen zur Unterstützung der Stentgraftauswahl demonstriert. Im Ergebnis wurde als wesentliches Einsatzpotenzial die Festlegung eines Mindestmaßes an Überdimensionierung, die Optimierung der Schenkellänge sowie der Ver- gleich unterschiedlicher Stentgraftdesigns ermittelt. Weiterhin konnten grundlegende Anforderungen an ein System zur Generierung und Bewertung von Stentgraftkonfigurationen im klinischen Alltag definiert werden. Zu den wesentlichen Funktionen, die der Implanteur für einen Vergleich von Stentgrafts benötigt, zählen eine Übersichtskarte zu farbkodiertem Migrationsrisiko pro Stentgraft und Landungszone, die Visualisierung des Abdichtungszustandes der Stentkomponenten sowie die Darstellung von Stentgraft- und Gefäßdeformationen im 3D-Modell.

Der Einsatz numerischer Simulationen zur Bearbeitung klinischer Fragestellungen ist eine innovative Vorgehensweise. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Methode zur Auswertung von Ergebnissen einer Finite-Elemente-Analyse zum Stentgraftverhalten konzipiert, implementiert und im Rahmen einer deutschlandweiten Benutzerstudie getestet. Für einen Vergleich unterschiedlicher Stentgraftkonfigurationen im Kontext mit dem patientenspezifischen Gefäß wurden Stentgraftbewertungsgrößen eingeführt. Hierzu gehören die Fixierungskraft und der Kontaktstatus zwischen Stentringen und Blutgefäßbestandteilen. Für eine Bereitstellung der Ergebnisgrößen im gefäßmedizinischen Arbeitsumfeld wurde eine graphische Mensch-Maschine-Schnittstelle entwickelt. Diese ermöglicht eine quantitative und qualitative Auswertung von Stentgraftbewertungsgrößen. Hierfür wurden Module zur automatisierten Auswertung von Fixierungskräften sowie zur 2D- und 3D- Ergebnisvisualisierung implementiert. Im Rahmen der Benutzerstudie wurde die Anwendung der entwickelten Methode für die Ermittlung des Einsatzpotenzials numerischer Simulationen zur Unterstützung der Stentgraftauswahl demonstriert. Im Ergebnis wurde als wesentliches Einsatzpotenzial die Festlegung eines Mindestmaßes an Überdimensionierung, die Optimierung der Schenkellänge sowie der Ver- gleich unterschiedlicher Stentgraftdesigns ermittelt. Weiterhin konnten grundlegende Anforderungen an ein System zur Generierung und Bewertung von Stentgraftkonfigurationen im klinischen Alltag definiert werden. Zu den wesentlichen Funktionen, die der Implanteur für einen Vergleich von Stentgrafts benötigt, zählen eine Übersichtskarte zu farbkodiertem Migrationsrisiko pro Stentgraft und Landungszone, die Visualisierung des Abdichtungszustandes der Stentkomponenten sowie die Darstellung von Stentgraft- und Gefäßdeformationen im 3D-Modell.