Výpočtové modelování vlastnosti biomechanických soustav

Computational Modelling of the Biomechanical Systems Properties

kapitola v knize

en

The part of the project is aimed at determining the dependencies of the abrasion on the mechanical properties of the total endoprosthesis (TEP), or of the mechanical properties and their behaviour in contact with TEP. The size of abrasion for the given type of the endoprosthesis can be determined by means of experiments only. Mechanical quantities describing the features of the contact between two bodies (process of contact pressure, size of contact area) can be determined effectively only by calculation that enables generalization of the obtained results and thanks to that it raises their importance for the clinical practice. Therefore the computational modelling of the contact pressure distribution at a physiological hip joint and its comparison with the case, when the surface or total artificial joint was used, was implemented in 2006. Possible shape deviations in the connection between head and acetabulum were considered with the total endoprosthesis. Material characteristics used for modelling of the acetabulum with the use of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) were assumed as linearly elastic ones, defined by the modulus of elasticity and the Poisson ratio. The question remains whether a computational model with a linearly elastic model of polyethylene can be applied in all cases when solving the tension and deformation in the hip joint. Thus, experiments have been planned with a set of samples to determine the material characteristics that will then be used in the computational model of the hip joint endoprosthesis.

Globálním cílem části projektu je určení závislosti mezi velikostí otěru a mechanickými vlastnostmi totální endoprotézy (TEP), resp. mechanickými vlastnostmi ve styku TEP. Velikost otěru pro daný typ endoprotézy je možné určit pouze experimentálním způsobem. Mechanické veličiny popisující vlastnosti styku dvou těles (průběh stykového tlaku, velikost stykové plochy) je možné efektivní určit pouze výpočtovým způsobem, který umožňuje zobecnění získaných výsledků a tím zvyšuje jejich význam pro klinickou praxi. Z tohoto důvodu bylo v roce 2006 realizováno výpočtové modelování rozložení kontaktního tlaku u fyziologického kyčelního kloubu a jeho srovnání s případem, kdy byla použita povrchová nebo totální náhrada kyčelního kloubu, přičemž u totální náhrady se uvažovaly tvarové odchylky kontaktní dvojice jamka-hlavice. Materiálové charakteristiky použité pro modelování jamky z ultra vysokomolekulárního polythylénu (UHMWPE) byly uvažovány jako lineární elastické definované modulem pružnosti a Poissonovým poměrem. Otázkou zůstává, zda je pro řešení napjatosti a deformace v oblasti kyčelního spojení možné ve všech případech použít výpočtový model s lineárním elastickým modelem polyethylenu. Z tohoto důvodu byla na sadě vzorků naplánována realizace experimentů s cílem určení materiálových charakteristik, které budou následně použity do výpočtového modelu kyčelní endoprotézy.

The part of the project is aimed at determining the dependencies of the abrasion on the mechanical properties of the total endoprosthesis (TEP), or of the mechanical properties and their behaviour in contact with TEP. The size of abrasion for the given type of the endoprosthesis can be determined by means of experiments only. Mechanical quantities describing the features of the contact between two bodies (process of contact pressure, size of contact area) can be determined effectively only by calculation that enables generalization of the obtained results and thanks to that it raises their importance for the clinical practice. Therefore the computational modelling of the contact pressure distribution at a physiological hip joint and its comparison with the case, when the surface or total artificial joint was used, was implemented in 2006. Possible shape deviations in the connection between head and acetabulum were considered with the total endoprosthesis. Material characteristics used for modelling of the acetabulum with the use of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) were assumed as linearly elastic ones, defined by the modulus of elasticity and the Poisson ratio. The question remains whether a computational model with a linearly elastic model of polyethylene can be applied in all cases when solving the tension and deformation in the hip joint. Thus, experiments have been planned with a set of samples to determine the material characteristics that will then be used in the computational model of the hip joint endoprosthesis.

biomechanika, otěr, výpočtové modelování

biomechanics, waer, computational modelling

2007

15.12.2007

VUT v Brně

Brno

978-80-214-3559-9

Simulation Modelling of Mechatronic Systems II

2

243–254

12