diplomová práce

Napjatostně deformační analýza trapéziometakarpálního kloubu s tvarovými odchylkami

Text práce 14.58 MB

Autor práce: Ing. Aneta Cahová

Ak. rok: 2024/2025

Vedoucí: doc. Ing. Vladimír Fuis, Ph.D.

Oponent: Ing. Jaroslav Kovář, Ph.D.

Abstrakt:

Tato diplomová práce se zabývá napjatostně-deformační analýzou totální náhrady trapeziometakarpálního (TMK) kloubu palce ruky. Cílem bylo vyhodnotit vliv tvarových odchylek na mechanické chování implantátu a okolní kostní tkáně. Na základě reálné geometrie komponent byl vytvořen výpočtový model zahrnující implantát, kostní tkáň a vybrané vazy. Model byl zatěžován pěti fyziologickými pohyby palce a simulován pomocí metody konečných prvků. Bylo definováno pět různých zatěžovacích stavů odpovídajících fyziologickým pohybům palce. Výpočty byly provedeny pomocí metody konečných prvků.
Vyhodnoceny byly celkové posuvy, síly ve vazech, kontaktní tlaky, napětí v oblasti jamky a přetvoření spongiózní tkáně trapezia. Nejvýraznější vliv výrobních odchylek byl zaznamenán u kontaktních tlaků a kinematiky prvního metakarpu. Naopak deformace kostní tkáně a vazy zůstaly v rámci všech variant téměř neměnné. Výsledky práce poskytují ucelený pohled na mechanickou odezvu náhrady a mohou sloužit jako podklad pro další vývoj a optimalizaci implantátů TMK kloubu. Zároveň mohou přispět k lepšímu porozumění chování náhrady v klinické praxi.

Klíčová slova:

trapeziometakarpální kloub, totální náhrada, duální mobilita, metoda konečných prvků, napjatostně-deformační analýza, výrobní odchylky

Termín obhajoby

09.06.2025

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Studentka ve vymezeném čase prezentovala svoji závěrečnou práci. Poté byly předneseny posudky a zodpovězeny dotazy oponenta. Následně byly pokládány další otázky vztahující se k diplomové práci: Záleží pro použitou hypotézu na rozložení zatížení v čase? Byly výsledky nějak interpretovány pro klinickou praxi? Odkud byla vzata hodnota zatížení? Jak na náhradách při výrobě vznikají odchylky? Po zodpovězení všech dotazů bylo vystoupení hodnoceno jako výborné.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Inženýrská mechanika a biomechanika (N-IMB-P)

Specializace

Biomechanika (BIO)

Složení komise

prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc. (člen)
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Florian, CSc. (člen)
prof. RNDr. Matej Daniel, Ph.D. (člen)
Ing. László Iván, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jan Vimmr, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (místopředseda)

Téma diplomové práce je z oblasti biomechaniky a jejím autorem je MUDr. Trtík z nemocnice v Havlíčkově Brodě. Jedná se tedy o řešení aktuálního problému z klinické praxe, pro které bylo využito výpočtové modelování. Po úvodu a kvalitně zpracovaných rešerších, ve kterých mi trochu chybí zmínka o výrobních odchylkách, jejichž vliv je hlavním cílem DP, se diplomantka zabývá tvorbou výpočtového modelu. V práci se zabývá i citlivostní analýzou hustoty diskretizace na výsledky výpočtového modelování. Celkem vytvořila 20 variant, které se lišily typem zatížení a velikostí radiální vůle mezi kontaktními plochami. Analýzy získaných výsledků jsou provedeny velmi detailně a na vysoké úrovni. Závěr práce je napsán stručně a výstižně.

Práce v rozsahu 69-ti stran je napsána srozumitelně s minimem překlepů, má vhodnou a jasnou strukturu. Jediným problémem byla skutečnost, že práci řeší s přestávkami již několik let a komunikace s vedoucím nebyla kontinuální. Nejčetnější komunikace nastala v týdnu, kdy se DP odevzdávala (do té doby jsem viděl pouze prezentace)- první finální části DP jsem obdržel 20. 5., pokračování následovalo 22. 5. a v den odevzdání DP (23. 5.) jsem před polednem obdržel „část analýzy výsledků“.

Celkově lze říci, že diplomová práce splnila všechny cíle a proto ji doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm „A-“.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Předložená práce se zabývá napjatostně deformační analýzou totální náhrady trapéziometakarpálního kloubu se zahrnutím tvarových odchylek kontaktních ploch. Rešeršní část se věnuje anatomii ruky se zaměřením na trapéziometakarpální kloub a dále popisu nejčastěji používaných náhrad. Rešeršní část je zdařilá, studentka v ní porovnává údaje z velkého počtu zdrojů. Bylo by ovšem vhodné přidat alespoň stručnou kapitolu věnující se tvarovým odchylkám, které mohou nastat při výrobě náhrady.

Následuje část, ve které studentka podrobně představuje výpočtový model. Výtku bych měl k aplikaci okrajové podmínky vetknutí na celý povrch druhého metakarpu. Tato okrajová podmínka znemožňuje jeho deformaci, což může ovlivnit napnutí vazů vIML a dIML. Vzhledem k tomu, že se jedná o srovnávací analýzu a deformace metakarpu bude malá, není vliv použité okrajové podmínky významný. Nicméně v kapitole věnující se síti studentka uvádí, že použitá síť jen těsně splňuje zvolené kritérium přesnosti a další zjemnění vede k významnému nárůstu výpočetního času. Nabízí se tedy otázka, proč studentka nemodelovala metakarpál pouze zjednodušeně, případně na něm nevytvořila ještě hrubší síť.

V analýze výsledků studentka porovnává výpočty s různými tvarovými odchylkami a určuje, které veličiny jsou tvarovými odchylkami ovlivněny. Studentka správně zdůvodňuje nepřesné hodnoty napětí a kontaktních tlaků v místech skokové změny tuhosti, dále je ovšem uvádí v tabulce srovnávající výsledky bez toho, aby uvedla i maximální hodnotu kontaktního tlaku mimo tuto oblast.

Práce je psána srozumitelným jazykem téměř bez překlepů s použitím několika nepřesných pojmů (např. redukované napětí je označováno jako ekvivalentní). Práce je na dobré grafické úrovni, vytknout lze chybějící legendu na obrázku 7.1 a to, že některé porovnávané výsledky by mohly být vykresleny ve stejné barevné škále.

Vzhledem k výše uvedenému a tomu, že cíle práce byly splněny doporučuji tuto práci k obhajobě a navrhuji hodnocení stupněm B.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Otázky k obhajobě:
  1. Axiální zatížení je aplikováno jako síla působící v remote pointu a dále pomocí momentů, které kompenzují moment vzniklý vyosením síly. Bylo by možné upravit okrajovou podmínku tak, aby tyto momenty nebylo nutné používat?
  2. Mohla by studentka uvést maximální hodnoty kontaktních tlaků v tabulce 7.3 bez hodnot ovlivněných skokovou změnou tuhosti?
  3. Na obrázku 7.12 je znázorněna přetěžovaná tkáň při maximálním zatížení. Bylo by možné vykreslit tento obrázek v řezu tak, aby bylo patrné, do jaké hloubky je spongiózní tkáň přetěžována?
  4. Pro výpočty byl použit předpoklad malých deformací. Mohla by studentka na výsledcích přetvoření zdůvodnit, zda bylo možné tento předpoklad použít?

Známka navržená oponentem: B

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová