Určování mechanických vlastností spongiózní kostní tkáně dolní čelisti

Abstract

Bakalárska práca sa zaoberá problematikou z oblasti biomechaniky, a to konkrétne určovaním mechanických vlastností špongiózneho kostného tkaniva dolnej čeľuste a je zamerená na zisťovanie Youngovho modulu pružnosti a zdanlivej hustoty kostného tkaniva. V práci je vykonaná rešeršná štúdia literárnych zdrojov zaoberajúcich sa vzťahmi medzi zdanlivou hustotou a Youngovým modulom pružnosti pre špongiózne kostné tkanivo rôznych kostí. Jedna časť riešenia bola vykonaná výpočtovým modelovaním pomocou metódy konečných prvkov, pričom model geometrie a model materiálu bol vytvorený z poskytnutých CT snímok. Pomocou softvéru SolidWorks bolo do alveolárnej časti modelu vložených dvanásť kociek, pre ktoré boli v softvéri ANSYS Workbench zistené veľkosti stykových síl, hodnoty CT čísel a z nich hodnoty Youngovho modulu pružnosti. Získané hodnoty stykových síl boli následne použité pre výpočet Youngovho modulu pružnosti pre jednotlivé smery x, y a z pomocou vzťahu poskytnutého literatúrou. Druhé riešenie bolo v práci vykonané pomocou programu ImageJ, v ktorom boli v oblasti jednotlivých kociek zistené hodnoty Hounsfieldových jednotiek. Následne boli pomocou ďalšieho, literatúrou poskytnutého vzťahu, prepočítané na zdanlivú hustotu. Bolo vykonané porovnanie Youngovho modulu pružnosti ako funkcie CT čísla s hodnotami E získaných pomocou matematického vzťahu. Následne boli určené závislosti Youngovho modulu pružnosti na hustote a boli porovnané so vzťahmi uvádzanými literatúrou.

The bachelor thesis deals with a problem from the field of biomechanics, specifically to determine mechanical properties of cancellous bone tissue of lower jaw and is focused on Young´s modulus of elasticity and apparent bone density detection. In this thesis a research of studies that were focused on determining a relationship between E and apparent density of trabecular bone is firstly included. Then solution is made using computational modeling using finite element method on the model of lower jaw that was constructed from CT scans. In the SolidWorks software, 12 cubes were made and inserted into the model that was later used in software called ANSYS Workbench, to calculate force reactions and E value using CT number values also calculated in the software. Calculated values of force reactions were then used for Young´s modulus calculation for each axis x,y and z using equations obtained from literature. Next solution was made using the ImageJ program in which values of Hounsfield units were obtained and later recalculated into apparent density values using mathematical relations. Then values of E as a function of CT number and E values obtained from mathematical relation were compared. Lastly the relationships between E and density were determined.