< Terug naar vorige pagina

Project

Een geïntegreerde modelleringswijze voor het geoptimaliseerd ontwerp van patiënt-specifieke, dunwandige sleutelbeen fractuur fixatie platen

Sleutelbeenfracturen zijn veelvoorkomende letsels, goed voor 2.6 – 4 % van alle fracturen. De incidentie is gestegen van 56.5/100,000 personen per jaar in 2006 naar 70.6/100,000 in 2015. Hoewel deze fracturen doorgaans conservatief behandeld werden, is het aantal operatief behandelde sleutelbeen fracturen het afgelopen decennium met 190 % toegenomen. De huidige fixatieplaten die worden gebruikt om de breuk operatief te stabiliseren, zijn echter suboptimaal. Deze moeten tijdens de operatie geplooid worden en spieraanhechtingen moeten soms worden losgemaakt om een goede pasvorm te verkrijgen. Bovendien is het percentage her-operaties na fixatie van de sleutelbeenbreuk 20 %, met geïsoleerde plaat verwijdering -meestal als gevolg van plaat irritatie- goed voor 16 %. In een recente studie worden her-operaties gerapporteerd tot 53 %. Mogelijke oorzaken van deze plaatirritatie zijn enerzijds een slechte geometrische pasvorm en anderzijds irritatie van de weke delen door de dikte van de huidige fixatieplaten. Dunwandige patiënt-specifieke fixatieplaten kunnen een ideale oplossing bieden. Huidige incrementele vormtechnieken zouden de productie van fixatieplaten met een laag profiel voor sleutelbeenbreuken mogelijk kunnen maken.

Het doel van dit doctoraat is het ontwikkelen van een modelleringswerkwijze voor dunwandige, patiënt-specifieke fixatieplaten die zowel geometrisch als biomechanisch geoptimaliseerd zijn. Dit kan bereikt worden door het ontwerp van de huidige sleutelbeen fractuur fixatieplaten te verbeteren, rekening houdend met de sleutelbeenmorfologie en belasting. Identificatie van de morfologie maakt het mogelijk om platen te ontwerpen die optimaal passen op de geometrie van het sleutelbeen en de spieraanhechtingsplaatsen respecteren. De belasting waaraan het sleutelbeen wordt blootgesteld tijdens dagelijkse activiteiten moet worden bepaald om de minimale dikte van de fixatieplaten te bepalen, terwijl hun stijfheid wordt gewaarborgd.

Om dit doel te bereiken, werd in een eerste stap een statistisch vormmodel van het sleutelbeen gemaakt en een analyse van de spieraanhechtingsvariatie. Beide werden vervolgens gebruikt om het gebroken bot in 3D te reconstrueren en zijn spieraanhechtingen te voorspellen. In een tweede stap werden de krachten die op het sleutelbeen werken tijdens verschillende bewegingen bepaald. Een patiënt-specifiek sleutelbeen implantaat werd ontworpen op basis van deze twee stappen en geëvalueerd m.b.v. eindige elementen analyse (EEA). Alvorens deze EEA uit te voeren, werd dit model gevalideerd. Na de validatie werd het patiënt-specifieke implantaat vergeleken met een commercieel beschikbare plaat. De patiënt-specifieke plaat had een betere geometrische pasvorm, anatomische uitlijning, sterkte en breukstabiliteit in vergelijking met de commerciële plaat.

De ontwikkelde ontwerpwijze maakt het ontwerp van dunwandige fractuur fixatieplaten met patiënt-specifieke geometrie mogelijk, rekening houdend met belastingsgevallen tijdens activiteiten van het dagelijks leven. Verwacht wordt dat het gebruik van deze patiënt-specifieke fixatieplaten de operatietijd zal verkorten, omdat intra-operatief plooien van de plaat onnodig wordt, en het aantal her-operaties voor het verwijderen van de plaat als gevolg van irritatie van het implantaat zal verminderen.

Datum:10 aug 2015 →  5 sep 2019
Trefwoorden:Bone reconstruction
Disciplines:Biologische systeemtechnologie, Biomateriaal engineering, Biomechanische ingenieurswetenschappen, Medische biotechnologie, Andere (bio)medische ingenieurswetenschappen, Orthopedie, Heelkunde, Verpleegkunde, Biomechanica
Project type:PhD project