26dkou32610.3205/26dkou326urn:nbn:de:0183-26dkou3269Meeting AbstractComputergestützte Modellierung des humanen Femurknochens unter Verwendung neuartiger medizinischer Bilddaten – eine MachbarkeitsstudieBeckerBeckerAnn-KristinAKForschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie (FORBIOMIT), Orthopädische Klinik und Poliklinik, Universitätsmedizin Rostock, Rostock, DeutschlandauthorSoodmandSoodmandImanIForschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie (FORBIOMIT), Orthopädische Klinik und Poliklinik, Universitätsmedizin Rostock, Rostock, DeutschlandauthorKlaanKlaanBastianBInstitut und Poliklinik für Radiologie, Kinder- und Neuroradiologie, Universitätsmedizin Rostock, Rostock, DeutschlandauthorCantréCantréDanielDInstitut und Poliklinik für Radiologie, Kinder- und Neuroradiologie, Universitätsmedizin Rostock, Rostock, DeutschlandauthorLappeLappeChrisCInstitut und Poliklinik für Radiologie, Kinder- und Neuroradiologie, Universitätsmedizin Rostock, Rostock, DeutschlandauthorDauDauMichaelMKlinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie, Department für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde, Universitätsmedizin Rostock, Rostock, DeutschlandauthorSaßSaßJan-OliverJOForschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie (FORBIOMIT), Orthopädische Klinik und Poliklinik, Universitätsmedizin Rostock, Rostock, DeutschlandauthorBaderBaderRainerRForschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie (FORBIOMIT), Orthopädische Klinik und Poliklinik, Universitätsmedizin Rostock, Rostock, DeutschlandauthorKebbachKebbachMäruanMForschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie (FORBIOMIT), Orthopädische Klinik und Poliklinik, Universitätsmedizin Rostock, Rostock, DeutschlandauthorGerman Medical Science GMS Publishing House
Düsseldorf
61020261020germThis is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 License.Dieser Artikel ist ein Open-Access-Artikel und steht unter den Lizenzbedingungen der Creative Commons Attribution 4.0 License (Namensnennung).M0659326Deutsche Gesellschaft für Orthopädie und UnfallchirurgieDeutsche Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische ChirurgieDeutsche Gesellschaft für UnfallchirurgieBerufsverband für Orthopädie und UnfallchirurgieDeutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2026)Grundlagenforschung | BildgebungBerlin2026102020261023DKOU26_Abs_379TextZielsetzung und Fragestellung: Die Finite-Elemente (FE) Modellierung ermöglicht detaillierte, nicht-invasive computergestützte Untersuchungen anatomischer Strukturen. Für patientenspezifische Modelle ist eine hochauflösende Bildgebung erforderlich, die üblicherweise mittels Computertomographie (CT) erfolgt . Da CT-Untersuchungen mit ionisierender Strahlung und einem erhöhten Lebenszeit-Krebsrisiko verbunden sind (Smith-Bindman et al., JAMA Intern. Med., 2025), haben dreidimensionale (3D) Zero-Echo-Time (ZTE) Magnetresonanztomographie (MRT)-Techniken, die eine CT-ähnliche Knochendarstellung ermöglichen , am lebenden Organismus an Bedeutung für Klinik und Forschung gewonnen. Ziel dieser Studie ist daher die Evaluation der 3D-ZTE-MRT-Bildgebung für die Erstellung patientenspezifischer FE-Modelle am repräsentativen Anwendungsbeispiel des humanen Femurknochens.Material und Methoden: Es wurden vier gesunde Probandinnen (24–36 Jahre) mittels 3D-ZTE-MRT an einem klinischen 3 T-System (GE Premier, GE HealthCare) unter Verwendung von 3D-T1-gewichteten ZTE-Sequenzen untersucht (Abbildung 1A ). Nach Segmentierung der Femora wurden die 3D-Geometrien rekonstruiert, zusammengeführt und anatomische Landmarken definiert (Abbildung 1B ). Die FE-Analyse erfolgte in Abaqus/CAE v.2022 (Dassault Systèmes Simulia Corp.) unter der Annahme linear-elastischer Materialeigenschaften (Bazyar et al., Biomechanics, 2023) (Abbildung 1C ). Nach der Vernetzung mit quadratischen Tetraeder-Elementen (Abbildung 1D ) wurden die distalen Femora fixiert und eine axiale Last von 2000 N entlang der mechanischen Achse appliziert (Abbildung 1E ). Zur Auswertung wurden die berechneten Verschiebungen und Dehnungen (Abbildung 1F ) mit experimentellen Ergebnissen von Kluess et al. (2019) verglichen.Ergebnisse: Auf Basis von 3D-ZTE-MRT-Bildern wurden FE-Modelle von vier humanen Femora erstellt. In Tabelle 1 sind die Ergebnisse der maximalen Verschiebung des Femurkopfes und der durchschnittlichen Dehnung an den superioren und inferioren Oberflächen des Oberschenkelhalses sowie die experimentellen Vergleichswerte zusammengefasst.Diskussion und Schlussfolgerung: Die ermittelten Verschiebungs- und Dehnungswerte liegen in einer ähnlichen Größenordnung wie im Experiment und belegen das Potenzial der 3D-ZTE-MRT-Bildgebung für die Erstellung patientenspezifischer FE-Modelle. Da in ein Femurpräparat herangezogen wurde, ist ein direkter Vergleich der Ergebnisse nur begrenzt möglich. Daher sollten in zukünftigen Studien FE-Modelle auf Basis von 3D-ZTE-MRT-Bildern mit CT-basierten Modellen des vitalen Knochens verglichen werden.Kluess DSoodmand ELorenz APahr DSchwarze MCichon RVarady PAHerrmann SBuchmeier BSchröder CLehner SKebbach MA round-robin finite element analysis of human femur mechanics between seven participating laboratories with experimental validation2019Comput Methods Biomech Biomed Engin1020-1031Kluess D, Soodmand E, Lorenz A, Pahr D, Schwarze M, Cichon R, Varady PA, Herrmann S, Buchmeier B, Schröder C, Lehner S, Kebbach M. A round-robin finite element analysis of human femur mechanics between seven participating laboratories with experimental validation. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 2019 Sep;22(12):1020-1031. DOI: 10.1080/10255842.2019.1615481https://doi.org/10.1080/10255842.2019.1615481Breighner REEndo YKonin GPGulotta LVKoff MFPotter HGTechnical Developments: Zero Echo Time Imaging of the Shoulder: Enhanced Osseous Detail by Using MR Imaging2018Radiology960-966Breighner RE, Endo Y, Konin GP, Gulotta LV, Koff MF, Potter HG. Technical Developments: Zero Echo Time Imaging of the Shoulder: Enhanced Osseous Detail by Using MR Imaging. Radiology. 2018 Mar;286(3):960-966. DOI: 10.1148/radiol.2017170906https://doi.org/10.1148/radiol.2017170906
11
Tabelle 1:Verschiebungs- und Dehnungsergebnisse der FE-Modelle im Vergleich zum Experiment [1]