Individualisierung und Validierung eines numerischen Modells der unteren menschlichen Lendenwirbelsäule

Ein bestehendes FE-Modell des L4-L5-Segmentes der menschlichen Wirbelsäule wird hinsichtlich der Individualisierungsmöglichkeiten erweitert und einer umfassenden Validierung unterzogen. Es werden zwei Individualisierungsstufen untersucht: teilweise und vollständige Individualisierung. Beide Individualisierungsmethoden basieren auf computertomografischen Daten. Für die Validierung der individualisierten Modelle werden Daten aus In-vitro-Versuchen herangezogen, die an menschlichen LWS-Präparaten an der Technischen Universität Hamburg-Harburg in Form von Kraft-Verschiebungs-Kurven ermittelt wurden. Die teilweise Individualisierung führt in Verbindung mit einer Anpassung der Materialparameter im Vergleich zum Ausgangsmodell zu deutlich besseren, jedoch nicht vollständig zufriedenstellenden numerischen Ergebnissen. Für das der Validierung zugrunde liegende Präparat können insbesondere im dynamischen Bereich gute Übereinstimmungen zwischen Versuchen und Berechnungen erzielt werden. Für andere Präparate kommt es bei der Verwendung identischer Materialgesetze und -parameter teilweise zu deutlichen Abweichungen. Die vollständige Individualisierung erweist sich in diesem Zusammenhang ebenfalls als nicht zielführend. Die Ergebnisse legen nahe, dass mit der gewählten Modellierung eine nur auf der Geometrie beruhende Individualisierung nicht ausreicht, um die in den experimentellen Untersuchungen aufgetretenen Unterschiede zwischen verschiedenen Präparaten bei gleichen Lastfällen wiederzugeben. Eine Individualisierung der Materialparameter und eine individuelle Modellierung der Facettengelenke könnten sich hier als zielführend erweisen.