Original title:
Deformačně napěťová studie Burch-Schneiderovy dlahy
Translated title:
Strain Stress Study of Burch-Schneider Split
Authors:
Řehák, Kamil ; Horyl, Petr (referee) ; Janíček, Přemysl (referee) ; Florian, Zdeněk (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2018
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství Abstract:
[cze][eng]
Tato práce se zabývá problematikou z oblasti kyčelní endoprotetiky, konkrétně totální endoprotézou (TEP) s Burch-Schneiderovou (BS) dlahou, u které se v klinické praxi vyskytuje řada problémů. Zatížení kyčelního kloubu závisí na hmotnosti jedince a činnosti, kterou vykonává. Negativně se na stavu kyčelního spojení projevuje sedavé zaměstnání, málo pohybu, velké množství stresu či špatné stravovací návyky a s tím spojená nadváha. Zvyšující se opotřebení kyčelního kloubu a jeho bolestivost při pohybu je nutné v řadě případů řešit operačním zákrokem, při kterém je aplikována TEP. Při výběru a následné aplikaci jednotlivých TEP je důležité věnovat pozornost vytvoření lůžka, které umožní kvalitní fixaci. V případě zhoršených mechanických vlastností kostní tkáně je značně problematické zajistit stabilitu implantátu. Na základě jednotlivých klasifikací, které hodnotí stupeň poškození kyčelního spojení, je možné vybrat vhodnou TEP. Burch-Schneiderova dlaha, na kterou je tato práce zaměřena, se dominantně využívá v případech velkých defektů v oblasti jamky kyčelního kloubu. Užití této dlahy umožňuje překlenutí velkých defektů a vytvoření nového středu otáčení kyčelního kloubu. Znalost mechanických vlastností kostní tkáně kyčelního spojení může významně ovlivnit predikci poškození BS dlahy. Za tímto účelem bylo nutné provést biomechanickou studii, která je zaměřena na vliv zhoršených mechanických vlastností kostní tkáně na selhání BS dlahy. Pro řešení bylo užito výpočtové modelování pomocí metody konečných prvků implementované v programu ANSY S, které umožňuje řešení mechanické interakce mezi kostní tkání a TEP s BS dlahou. Z důvodu absence dat o stavu kostní tkáně před aplikací TEP s BS dlahou, byly řešeny i varianty před aplikací TEP a po aplikaci povrchové a standardní TEP. Všechny varianty byly řešeny s materiálovými vlastnostmi kostní tkáně, které byly určeny na základě dat z CT snímků. Dále byly jednotlivé varianty řešeny pro případ zhoršených mechanických vlastností. Na základě výsledků řešení a Frostovy hypotézy byla provedena analýza kostní tkáně kyčelního spojení před a po aplikaci TEP a TEP s BS dlahou. Z dosažených výsledků je zřejmý vliv úrovně výpočtového modelu, který prostřednictvím nehomogenního modelu materiálu zohledňuje rozložení kostní tkáně. Zhoršené mechanické vlastnosti mají tedy zásadní vliv na stabilitu a namáhání BS dlahy, především v oblasti kraniální části acetabula.
This thesis deals with problems of the hip endoprosthetics area, namely total endoprosthesis (TEP) with Burch-Schneider (BS) split, in which there are many problems in clinical practice. The hip joint load depends on the patient weight and the performed activity. Sedentary job, little exercise, a lot of stress or poor eating habits and overweight associated with it affect negatively hip joint. Increasing hip joint wear and its pain in movement is necessary in several cases to be solved by a surgical procedure in which TEP is applied. When selecting and subsequently applying individual TEP, it is important to pay attention to creating conditions which will allow good fixation. In case of worse mechanical properties of bone tissue, it is very problematic to ensure stability of the implant. Based on several classifications which assess the degree of hip joint damage, it is possible to select a suitable TEP. The BS split, on which this work is focused, is dominantly used in cases of large defects in the acetabulum area. The use of this cage allows to bridgelarge defects and create a new centre of rotation of the hip. Knowledge of the mechanical properties of hip bone tissue can significantly affect the prediction of BS split damage. For this purpose, it was necessary to perform a biomechanical study, which is focused on the influence of worse mechanical properties of bone tissue on BS split failure. The computational modelling using finite element method implemented in the ANSY S software was used for the solution, which enables to solve the mechanical interaction between bone tissue and TEP with BS split. Due to the absence of bone tissue data before application of TEP with BS split, the variants before application of TEP and after application of resurfacing and standard TEP were solved. All variants were solved with the material properties of bone tissue that were determined based on CT images. In addition, all variants were solved for the case of degraded mechanical properties. Based on the numerical simulations results and the Mechanostat hypothesis, a bone tissue analysis of the hip joint was performed before and after application of TEP and TEP with BS split. The results show the influence of the computational model level, which considers the distribution of bone tissue through the inhomogeneous model of the material. Therefore, the degraded mechanical properties have a major impact on the stability and strain of the BS split, particularly in the cranial part of the acetabulum.
Keywords:
Burch-Schneider split; finite element method; hip joint; image processing; imaging methods; stress strain analysis; Total endoprosthesis; Burch-Schneiderova dlaha; deformačně napěťová analýza; kyčelní kloub; metoda konečných prvků; metoda zpracování obrazu; Totální endoprotéza; zobrazovací metody
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/70290
guest ::
