sme.sk
 

Meta:

Za prácu už hlasovalo
36 čitateľov
Zaujala aj vás? Hlasujte!
Matej Daniel
matej.daniel@gmail.com

Dostupný celý text práce:
PDF
r. 1996

Školiteľ:
prof. Dr. Veronika Kralj-Iglič

Kľúčové slová:
clinical biomechanics, contact stress, hip joint

Vedný odbor:
PRÍRODNÉ VEDY » Fyzikálne vedy » Biofyzika

Škola:
Univerzita Komenského » Fakulta matematiky, fyziky a informatiky » Katedra jadrovej fyziky a biofyziky

Dublin Core:
Dublin Core verzia

MARC21XML:
Verzia vo formáte MARC21XML

OAI:
Verzia pre Iniciatívu otvorených archívov

BibTex:
Verzia vo formáte BibTex

Upozornenie: obsah diplomovej práce je chránený autorským zákonom č. 618/2003 Z.z.

Gradient of contact stress as a parameter determining biomechanical status of human hip

Matej Daniel (Školiteľ: prof. Dr. Veronika Kralj-Iglič) | pridané: 12. júla 2007

Abstrakt diplomovej práce:

Biomechanika bedrového kĺbu

Bedrový kb je jedným z hlavných nosných kbov v tele. Pretoze je tento kb casto postihnutý degeneratívnymi procesmi, ktoré vedú k imobilizácii pacienta, skúmajú sa faktory, ktoré ovplyvujú jeho vývoj. Predpokladá sa, ze dlhodobo zvýsený tlak na kbovú chrupku urýchuje vývoj koxartrózy [22, 51]. Preto sa v predchádzajúcich stúdiách pouzívala na popis stavu kbu maximálna hodnota tlaku. Objavujú sa aj názory [8], ze okrem tejto hodnoty je dôlezité aj rozlozenie tlaku. Predpokladá sa, ze vysoká hodnota gradientu tlaku

na laterálnom okraji acetabula (alej gradientu tlaku) môze by dôlezitejsím parametrom

popisujúcim stav kbu ako samotný tlak. Preto by bolo zaujímavé pouzi na ohodnotenie

stavu kbu gradient tlaku a taktiez alsie parametre, ktoré zahrujú kombináciu tlaku a

gradientu tlaku.

V prezentovanej práci sme zaviedli nové biomechanické parametre ­ gradient tlaku,

index tlaku a funkcný uhol nosnej plochy. Pre urcenie významnosti týchto parametrov sme

uskutocnili stúdie stavu populácii kbov.

Ak chceme rozumie funkcii bedrového kbu, musíme pozna jeho struktúru. Preto sa

v prvej casti práce zaoberáme anatómiou bedrového kbu. alej prezentujeme prehad

literatúry v oblasti biomechaniky bedrového kbu. Tieto práce delíme do dvoch skupín:

práce, ktoré sa zaoberajú silou pôsobiacou v bedrovom kbe a práce, ktoré sa zaoberajú

rozlozením tlaku na kbovú chrupku. Podrobnejsie sa venujeme metódam, ktoré pouzívame

v alsej analýze.

Na odvodenie metódy pre výpocet biomechanických parametrov sme pouzili dva ne-

dávno vyvinuté matematické modely. Jeden pre výpocet sily pôsobiacej v kbe pri stoji na

jednej nohe [27] a druhý pre urcenie rozlozenia tlaku v kbe [30]. V tejto práci je okrem iného

prezentovaný aj nový jednoduchsí spôsob odvodenia rovníc druhého modelu, ktorý spocíva

vo vobe alternatívneho súradnicového systému (Obr. 3.2). Vstupom do týchto modelov

sú niektoré geometrické parametre panvy a proximálneho femuru urcené zo standardného

antero-posteriórneho röntgenového snímku (Obr. 3.4).

Presnos urcenia biomechanických parametrov závisí od presnosti modelu a od pres-

nosti urcenia vstupných parametrov modelu. Tieto sú ovplyvnené zväcsením röntgenového

snímku. Preto sme prispôsobili metódu na získavanie geometrických parametrov panvy a

proximálneho femuru tak, ze sme zobrali do úvahy zväcsenie röntgenového snímku. Na zá-

klade nameraných dát sme zistili, ze priemerné zväcsenie snímkov je väcsie ako priemerne

uvazovaných 10%. Zistili sme, ze najmenej je ovplyvnený zväcsením funkcný uhol nosnej

plochy a najviac index tlaku. Ak je zväcsenie snímkov neznáme a predpokladáme, ze je

rôzne, najvhodnejsím parametrom na ocenenie stavu kbu je funkcný uhol nosnej plochy.

Pomocou matematickej simulácie sme odhadli chybu, ktorej sa dopúsame pri stúdiách ve-

kého poctu pacientov a vypracovali sme metódu korekcie tejto chyby, ktorú sme následne

pouzili v stúdii normálnych a dysplastickych bedrových kbov. Zistili sme, ze rozdielnos

geometrických parametrov panvy vplýva na variáciu hodnôt biomechanického parametra

viac ako rozdielnos vo zväcsení snímkov. Navrhujeme, aby sa v budúcnosti pri rádiogra-

fickom výsetrení umiestnil standard známych rozmerov na úrove vekého trochantra. To

by umoznilo znízi sum spôsobený nerovnakým zväcsením snímkov.

Úcinok jednotlivých biomechanických parametrov na vývoj a stav kbu sme skúmali

na populácii normálnych a dysplastických bedrových kbov, kbov po Salterovej osteotómii

a kbov postihnutých vývinovou dyspláziou. Skúmali sme nielen nami definované biome-

chanické parametre ale aj parametre pouzívané v predoslých stúdiách ­ maximálny tlak,

kumulatívny tlak a parameter, ktorý sa pouzíva v klinickej praxi ­ Wibergov uhol.

Dysplázia bedrového klbu sa povazuje za stav, ktorý v dôsledku nepriaznivých biome-

chanických pomerov v kbe vedie k jeho degeneratívnym zmenám. Zo stúdie normálnych

a dysplastických bedrových kbov vyplýva, ze vsetky nami skúmané parametre sa signifi-

kantne lísia medzi normálnymi a dysplastickými bedrovými kbmi na úrovni významnosti

mensej ako 0,001. Ukazuje sa, ze nízky Wibergov uhol a funkcný uhol nosnej plochy, vy-

soký maximálny tlak, gradient tlaku a index tlaku sú biomechanicky nepriaznivé, co je v

súlade s predoslými stúdiami [35, 45, 70]. Zistili sme, ze pri maximálnom tlaku, gradiente

tlaku a indexe tlaku je vplyv iných geometrických parametrov panvy ako Wibergov uhol

vyssí pri nizsích hodnotách tohto uhla. Gradient tlaku a index tlaku sú u väcsiny dysp-

lastických kbov kladné a u väcsiny normálnych kbov záporné. Pozorovali sme, ze táto

zmena znamienka nastáva pri Wibergovom uhle rovnom priblizne 22 , co je v súlade s

klinickými stúdiami [46]. Na vysvetlenie pozorovanej skutocnosti sme vychádzajúc z Pau-

welsovej teórie kauzálnej histogenézy mezenchymálneho tkaniva [57] navrhli novú hypotézu

na vysvetlenie vplyvu zaazenia na chrupku. Vychádzame z toho, ze jedným zo stimulov

ovplyujúcich metabolickú aktivitu chondrocytu môze by zmena jeho tvaru podmienená

deformáciou chrupky. Gradient tlaku nám potom vyjadruje rýchlos výtoku intersticiálnej

tekutiny a teda rýchlos deformácie chrupky. Znamienko gradientu súvisí so smerom toku

intersticiálnej tekutiny vzhadom k acetabulu.

alej sme skúmali vývoj kbu pocas dlhsieho casového obdobia. Keze v archívoch nie

sú viacnásobné snímky zdravých kbov, zvolili sme si pacientov, ktorí v detstve podstúpili

Salterovu osteotómiu a preto boli následne sledovaní. Bolo by zaujímavé sledova súvislos

medzi stavom kbov bezprostredne po operácii a následný vývoj týchto kbov. Bohuzia

model na urcenie sily pôsobiacej v bedrovom kbe sa ukázal by nepouzitený pri malých

deoch. V dôsledku znacného rozdielu v zväcsení snímkov sme na ocenenie stavu kbov

pouzili funkcný uhol nosnej plochy. Zistili sme, ze v priemere väcsí Wibergov uhol po

operácii vedie z dlhodobého hadiska k biomechanicky priaznivejsiemu výsledku.

V stúdii kbov postihnutých vývinovou dyspláziou sme skúmali súvis medzi klinickým

skóre, ktoré zahruje subjektívne pocity pacienta, a biomechanickými parametrami. Tu

prezentujeme len ciastkové výsledky, pretoze tento výskum stále pokracuje. Hoci statis-

tická významnos tejto stúdie je nízka, ukazuje sa, ze biomechanické parametre môzu by

vhodnejsie na popis stavu kbu ako Wibergov uhol.

Súcasou tejto práce bolo aj prispôsobenie pocítacového programu HIPSTRESS pre

operacný systém MS Windows c a tabukový kalkulátor MS Excel c . To umoznilo pouzitie

tohto programu v prezentovaných biomechanických stúdiách a uahcí jeho pouzívanie v

klinickej praxi.

Diskusia k vedeckej práci:

Dostupnosť diplomovej práce:

Diplomovú prácu si môžete stiahnuť z nášho portálu:
zdroj/3163.pdf 1 248 193 B.

Diplomová práca sa nachádza v knižnici tejto vysokej školy:
Univerzita Komenského - Fakulta matematiky, fyziky a informatiky - Katedra jadrovej fyziky a biofyziky

Univerzita Komenského v Bratislave, Fakulta matematiky, fyziky a informatiky, Knižničné a edičné centrum
Mlynská dolina, Pavilón 1
Bratislava 4
842 41
http://www.fmph.uniba.sk/

Diplomová práca nebola vložená diplomantom. Prácu vložil/a Matej Daniel.

Bibliografický odkaz

DANIEL, Matej: Gradient of contact stress as a parameter determining biomechanical status of human hip [ Diplomová práca ] Univerzita Komenského, Fakulta matematiky, fyziky a informatiky, Katedra jadrovej fyziky a biofyziky. Školiteľ: prof. Dr. Veronika Kralj-Iglič. Rok obhajoby: 1996

Diploma Thesis:

Gradient of contact stress as a parameter determining biomechanical status of human hip

Matej Daniel (Supervisor: prof. Dr. Veronika Kralj-Iglič) | added: 12. júla 2007

Abstract of diploma thesis:

The stress gradient index (G(p)) is introduced for the assessment of dysplasia in human hip joint. The absolute value of G(p) is equal to the magnitude of the gradient of the contact stress at the lateral acetabular rim.

The stress gradient index (G(p)) is introduced for the assessment of dysplasia in human hip joint. The absolute value of G(p) is equal to the magnitude of the gradient of the contact stress at the lateral acetabular rim. The parameter G(p) normalized with respect to the body weight (W(B)) is determined from the standard anteroposterior radiographs of adult human hips and pelvises using the mathematical model. The average value of G(p)/W(B) was determined for the group of dysplastic hips and for the group of normal hips. In the group of normal hips the average value of G(p)/W(B) is smaller (-0.445x10(5) m(-3)) than in the group of dysplastic hips (+1.481x10(5) m(-3)). The difference is statistically significant P