Inverse numerische Simulation zur Berechnung statisch äquivalenter Lasten aus CT-Aufnahmen des menschlichen Femurs

Masterarbeit aus dem Jahr 2005 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Bauingenieurwesen Note: 1.3 Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Sprache: Deutsch Abstract: Stellen Sie sich vor Sie könnten die unsichtbaren Kräfte entschlüsseln die unsere Knochen formen und beeinflussen - eine revolutionäre Vorstellung die in dieser bahnbrechenden Arbeit Realität wird. Im Zentrum dieser Forschung steht die inverse numerische Simulation ein hochmodernes Verfahren das es ermöglicht die Belastung des menschlichen Femurs anhand von CT-Aufnahmen zu rekonstruieren. Diese Arbeit dringt tief in die komplexen Mechanismen des Knochenumbaus ein beleuchtet den Zusammenhang zwischen Elastizitätsmodul und Dichte und präsentiert eine detaillierte Evolutionsgleichung für isotropes Materialverhalten. Die Finite-Elemente-Methode (FEM) dient als numerisches Rückgrat wobei das Prinzip der virtuellen Verrückung und die FE-Diskretisierung detailliert erläutert werden. Ein entscheidender Aspekt ist die Sensitivitätsanalyse die sowohl numerische als auch analytische Methoden umfasst um die Effizienz der Optimierungsverfahren zu maximieren. Das Spektrum der Optimierungsverfahren reicht von klassischen Ansätzen wie Abstiegsverfahren und dem Gauss-Newton-Verfahren bis hin zu innovativen Techniken wie genetischen Algorithmen die eine Schlüsselrolle bei der Lösung des inversen Problems spielen. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der intelligenten Kopplung von genetischen Algorithmen und Gradientenverfahren deren Leistungsfähigkeit anhand von numerischen Testbeispielen in verschiedenen Dimensionen demonstriert wird. Die Krönung dieser Forschung ist die Anwendung des entwickelten Verfahrens auf den menschlichen Femur wobei Berechnungen mit unterschiedlicher Anzahl von Lasten durchgeführt werden um die Genauigkeit und Robustheit des Modells zu validieren. Diese Arbeit eröffnet neue Perspektiven für die Biomechanik die medizinische Forschung und die Entwicklung personalisierter B