Biomechanická studie fixátorů aplikovaných na tibii
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
K léčbě komplikovaných zlomenin se používají externí fixátory, přičemž vlastnosti fixace mají zásadní vliv na kvalitu léčby. Tato práce se proto zabývá biomechanickou studií soustavy kosti (tibie) s aplikovanými tibiálními fixátory pomocí deformačně napěťové analýzy a jejich srovnáním se stavem kosti bez aplikovaného fixátoru (fyziologickým stavem). Po vytvoření dílčích objemových modelů geometrie tibie a sedmi variant externích rámových fixátorů jsou vytvořeny odpovídající konečnoprvkové modely. Analýza tibie bez aplikovaného fixátoru a tibie se všemi studovanými fixátory je provedena pro tři stavy zatížení, které odpovídají charakteristickým zátěžným stavům v první fázi léčby. Deformačně napěťová analýza je provedena výpočtově pomocí metody konečných prvků. Dále je navržena metodika vyhodnocení posuvů a natočení tibie při zatížení. Z výsledků deformačně napěťové analýzy lze usoudit, jak jednotlivé varianty fixátorů zamezují posuvům a natočením částí kosti při jednotlivých stavech zatížení, a je také provedeno srovnání se stavem tibie bez fixátoru. Na základě rozložení a velikosti prvního a třetího hlavního napětí je dále určeno, jak je kostní tkáň namáhána. Srovnáním výsledků všech variant studovaných fixátorů je provedena analýza vlivu délky fixátoru, rozestupu fixačních elementů poblíž zlomeniny, počtu a uspořádání fixačních elementů na vlastnosti fixace.
External fixators are used in a treatment of complicated fractures and their properties have a crucial impact on treatment quality. Therefore, this thesis is concerned with a biomechanical study of a bone (tibia) with applied external fixators via strain-stress analysis and their comparison with a state of tibia without applied fixator (physiological state). After creating the volume models of geometry of tibia and seven variants of external axial fixators, the corresponding finite element method (FEM) models are created. The analysis of tibia without applied fixator and tibia with all studied fixators is made for three states of load which correspond to characteristic load states during the first stage of treatment. The strain-stress analysis is made using finite element method. Furthermore, the methods of displacement and rotation evaluation during loading are proposed. One can conclude from the results of the strain-stress analysis how the different variants of fixators prevent the displacement and rotation of the bone during the different load states and the comparisons with the physiological state of bone are made. Bone tissue loading is determined from the distribution and the values of the first and the third principal stresses. Finally, comparing the results of all variants the influence of the fixator length, the gap between the fixation elements near the fracture, the number and the setting of the fixation elements on the fixation properties is analysed.
External fixators are used in a treatment of complicated fractures and their properties have a crucial impact on treatment quality. Therefore, this thesis is concerned with a biomechanical study of a bone (tibia) with applied external fixators via strain-stress analysis and their comparison with a state of tibia without applied fixator (physiological state). After creating the volume models of geometry of tibia and seven variants of external axial fixators, the corresponding finite element method (FEM) models are created. The analysis of tibia without applied fixator and tibia with all studied fixators is made for three states of load which correspond to characteristic load states during the first stage of treatment. The strain-stress analysis is made using finite element method. Furthermore, the methods of displacement and rotation evaluation during loading are proposed. One can conclude from the results of the strain-stress analysis how the different variants of fixators prevent the displacement and rotation of the bone during the different load states and the comparisons with the physiological state of bone are made. Bone tissue loading is determined from the distribution and the values of the first and the third principal stresses. Finally, comparing the results of all variants the influence of the fixator length, the gap between the fixation elements near the fracture, the number and the setting of the fixation elements on the fixation properties is analysed.
Description
Citation
MRÁZEK, M. Biomechanická studie fixátorů aplikovaných na tibii [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. .
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Inženýrská mechanika
Comittee
prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc. (předseda)
prof. Ing. Petr Horyl, CSc. (člen)
prof. Ing. Přemysl Janíček, DrSc. (člen)
doc. Ing. Vladimír Fuis, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Tomáš Profant, Ph.D. (člen)
MUDr. Radek Veselý, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2013-10-09
Defence
Obhájená práce je originálním přínosem z oboru chirurgické biomechaniky a přispívá ke zlepšení znalostí o mechanických vlastnostech externích fixátorů dlouhých kostí.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení