Biomechanika - Zevní a vnitřní fixátory pro léčbu různých typů komplikovaných zlomenin kostí

Vojtěch Bajtek

Disertační práce

Biomechanics - External and Internal Fixators for Treatment of Various Types of Complicated Bone Fractures

Anotace:

Předkládaná disertační práce se zabývá pevnostními a tuhostními analýzami zevních a vnitřních fixátorů, které se používají při osteosyntetické léčbě zlomenin kostí (traumatologie). V úvodu práce je stručně popsána anatomie kostí, rozdělení kostních zlomenin a osteosyntetický přístup jejich léčby. Pozornost je okrajově věnována také rozboru zatížení končetin u zvířat (pes, kočka, kůň). Následně je práce zaměřena na pevnostní a tuhostní analýzu tibiálního kostního hřebu TR-NAIL, který je novinkou a v současné době je podroben klinickému testování. Hlavní část práce se zabývá bezhlavičkovými kostními kompresními šrouby (Herbertovy šrouby). Je provedena pevnostní a tuhostní analýza pomocí stochastického přístupu. Dílčím cílem je stanovení funkce spolehlivosti a určení pravděpodobnosti dosažení plastických deformací. Pro další zkoumání bezhlavičkových šroubů je navržen a proveden experiment, pomocí kterého se zjišťovala velikost komprese v závislosti na parametrech geometrie šroubu a postupu jeho aplikace. Na experiment navázaly pevnostní simulace aplikace bezhlavičkového šroubu pomocí MKP, které měly za úkol potvrdit správnost experimentu, popřípadě porovnat výsledky také s hodnotami ze stochastické analýzy. Tyto MKP simulace byly provedeny pro zjednodušenou i pro skutečnou geometrii bezhlavičkového šroubu. V obou případech byla použita geometrie a materiálová data vycházející z reálné kosti (5. metatarsu), která byla extrahována ze skutečných CT snímků poskytnutých lékaři Fakultní nemocnice Ostrava.

Abstract:

This dissertation thesis deals with the strength and stiffness analysis of internal and external fixators which are used in the treatment of bone fractures by osteosynthesis (traumatology). The beginning of the dissertation describes the anatomy of bones, classification of bone fractures and their treatment by osteosynthesis. Attention is also marginally paid to analysis of limb load in animals (dog, cat, horse). The following chapter of the thesis deals with the strength and stiffness analysis of the bone nail for tibia, the TR-NAIL. It is a novelty and is currently undergoing clinical testing. The main part of the dissertation thesis focuses on headless compression screws (Herbert screws). The strength and stiffness analysis is performed via a stochastic approach. A partial goal is to determine the reliability function and probability of achieving plastic deformation. An experiment is proposed to further explore headless screws. The dependence of the compression of headless screws on the geometrical parameters of the screw and its application process can be ascertained from this experiment. The experiment is followed by the FEM strength analysis of headless screw application. FEM simulations are compared to the results of the experiment and stochastic analysis. These FEM analyses were simulated for the simplified as well as real geometry of the headless screw. In both cases, geometry and material data based on real bone (5th metatars) were used, and these were extracted from CT images provided by doctors from the University Hospital in Ostrava.

Klíčová slova

Biomechanika, traumatologie, ortopedie, chirurgie, osteosyntéza, zevní fixátor, vnitřní fixátor, bezhlavičkový šroub, Herbertův šroub, kostní hřeb, SBRA, MKP, pevnostní analýza, tuhostní analýzy, stochastická analýza, experiment, CT snímky, Anthill, Hypermesh, Optictruct, Hyperview, Mimics

Keywords

Biomechanics, traumatology, orthopedics, surgery, osteosynthesis, external fixator, internal fixator, headless screw, Herbert screw, bone nail, SBRA, FEM, stress analysis, stiffness analysis, stochastic analysis, experiment, CT images, Anthill, Hypermesh, Optictruct, Hyperview, Mimics

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 27. 5. 2021

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 2. 9. 2021
• Vedoucí: Karel Frydrýšek
• Oponent: Dalibor Rozehnal, Roland Jančo, Leopold Pleva

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Fakulta strojní

Doktorský studijní program / obor:
Strojní inženýrství / Aplikovaná mechanika