SimPROLEG

Das Förderprojekt SimPROLEG zielt darauf ab, ein KI-gestütztes Software-Tool zur Verbesserung und Verkürzung des Entwurfsprozesses von Beinprothesenschäften zu entwickeln. Der Fokus liegt dabei auf der Entwicklung bio- und strukturmechanischer Ersatzmodelle, die es ermöglichen, Prothesenschäfte effizienter und passgenauer zu gestalten. Bisherige Verfahren zur Schaftherstellung sind stark manuell und zeitaufwändig, was häufig zu einer unbefriedigenden Passform und hohem Tragekomfort für die Betroffenen führt. Das Projekt soll die Qualität und Präzision der Prothesenschäfte erhöhen, die Entwicklungszeit verkürzen und den Aufwand für Orthopädietechniker reduzieren. 

Ziele und Vorgehensweise: 

Die Entwicklung eines KI-gestützten Systems basiert auf umfangreichen Datenerfassungen der Beinstümpfe von Patienten, welche in Zusammenarbeit mit Orthopädietechnikern gesammelt und analysiert werden. Diese Daten werden in strukturmechanische Modelle umgewandelt, die mit Hilfe von Finite-Elemente-Methoden (FEM) analysiert und optimiert werden. Dabei sollen repräsentative Lastfälle wie Gehen oder Springen berücksichtigt werden, um realistische Belastungen auf den Prothesenschaft zu simulieren. 

Ein wesentlicher Aspekt ist die Entwicklung vereinfachter, parametrischer Berechnungsmodelle, die eine schnelle und automatisierte Optimierung der Schaftgeometrien ermöglichen. Diese Modelle werden durch KI-basierte Ansätze trainiert, wobei synthetische Trainingsdaten durch FEM-Simulationen generiert werden. Durch den Einsatz von sogenannten Physics-Informed Neural Networks (PINNs) sollen physikalische Gesetze in das Training der KI integriert werden, um die Genauigkeit und Effizienz der Modellierung zu verbessern. 

Beteiligte Partner: 

Die Merkle CAE Solutions GmbH übernimmt die Projektleitung und die Entwicklung der Simulations- und Optimierungsmethoden. Der Prothesenhersteller Ottobock SE & Co. KGaA stellt die erforderlichen Daten und praktische Expertise in der Prothesenfertigung bereit, während das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) für die Entwicklung der KI-Algorithmen verantwortlich ist. 

Das Projekt soll nicht nur die Lebensqualität der Betroffenen durch besser angepasste Prothesenschäfte steigern, sondern auch den Entwurfsprozess für Orthopädietechniker durch den Einsatz innovativer Technologien wie KI und FEM revolutionieren. Langfristig wird angestrebt, dass Patienten ihre Schäfte weitgehend selbstständig durch digitale Erfassung und automatisierte Optimierungsprozesse erstellen lassen können, was zu einer schnelleren und kostengünstigeren Versorgung führen könnte.