DALECKÝ, J. Deformačně-napěťová analýza hřebové osteosyntézy stehenní kosti [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2025.

Posudek vedoucího

Návrat, Tomáš

Předložená diplomová práce se věnuje deformačně-napěťové analýze hřebové osteosyntézy stehenní kosti. Téma je aktuální a vychází z požadavků klinické praxe. Práce má rozsah 86 stran a všechny vytyčené cíle byly splněny. Autor pravidelně konzultoval postup řešení a velmi oceňuji zařazení experimentální části. Její zpracování se sice zpozdilo, avšak nikoliv vinou studenta. Mám však určité výhrady k načasování plnění jednotlivých cílů. Zpracování výpočtové části bych očekával dříve, což by umožnilo hlubší analýzu výsledků a lepší propojení s klinickými požadavky. Dále by bylo vhodné více propracovat model materiálu spongiózní kosti, zejména s ohledem na experimentální výsledky a realistické zatěžování. Nejsem si rovněž zcela jist, zda je textová část dostatečně přehledná a zda srozumitelně informuje čtenáře o všech aspektech práce. Celkově je práce zpracována na solidní úrovni, a proto ji hodnotím stupněm C.

Posudek oponenta

Fuis, Vladimír

Diplomová práce v rozsahu 86-ti stran se zabývá deformačně-napěťovou analýzou hřebové osteosyntézy femuru.  Po úvodních kapitolách se diplomant zabývá biomechanikou dolní končetiny, která obsahuje i problematiku silového působení v kyčelním kloubu, kde vychází z práce z roku 1970 a odvozuje jednotlivé síly. Využití odvozených vztahů je však až za 20 stran, což je pro čitatele nekomfortní, protože musí v práci zbytečně listovat. Následující rešeršní kapitola „Způsoby fixace zlomeniny stehenní kosti“ je detailně propracovaná a zahrnuje i popis 4 vybraných studií z hlediska úrovně použitého výpočtového modelu (model geometrie, materiálu, zatížení a vazeb), a které diplomant v další práci navazuje. V kapitole 4 je až moc detailně popsána tvorba modelu geometrie nejprve kostní tkáně, posléze obou typů hřebů. V této části práce postrádám informaci o přesnosti vytvořeného modelu geometrie, s čímž souvisí otázka č. 1. Hřeby jsou vyrobené z titanové slitiny, není však blíže specifikována. Model materiálu kostní tkáně byl převzat ze dvou zdrojů – pro zdravou kost [33], pro osteoporotickou kost je to [35]. Model zatížení femuru je zjednodušený, neuvažuje sílu Fs, která by se obtížně realizovala experimentálně. Velikost síly působící v kyčelním kloubu (Fk) vychází z výše uvedené publikace a byla určena na základě RTG snímku na str. 16, kde jsou definovány body A, Y a Z a vzdálenosti a, b a c. Bod Z má být dle kap. 2.5 „pomyslný střed oblouku kyčelní jamky“, když se však podíváte na obr. 4 tak jeho poloha této definici neodpovídá a tím se změní výše uvedené vzdálenosti a, b i c, což je problém. Ještě větší problém však vidím v tom, že na str. 36 je uvedeno, že a = 29 mm, b = 3 mm a c = 23 mm avšak v tištené verzi práce jsou tyto hodnoty jiné, což může být způsobeno jiným měřítkem. Pokud tedy vypočítáme podíl a / b, a / c a b / c obdržíme pro hodnoty napsané v DP: a / b = 9,66, a / c = 1,26 a b / c = 0,13. Pro hodnoty změřené z obr. 4 dostaneme: a / b = 6,57, a / c = 1,43 a b / c = 0,219 což způsobí, že síla FK bude o 9 % rozdíl. Model vazeb neodpovídá fyziologickému stavu, ale stavu při následném experimentu.  Následuje kapitola zabývající se deformačně napěťovou analýzou. První dvě podkapitoly nesou název Analýza hřebu typu PFK nebo TAN, avšak žádná analýza se v těchto kapitolách neprovádí. Z posledního odstavce na str. 41 není jasné, co chtěl autor sdělit, proč jsou znázorněné výsledky spojovány s kapitolou 3.7. Následuje sada 2 x 2 x 6-ti obrázků znázorňující deformaci a napjatost v prvcích analyzované soustavy, obr. 28 a 34 a další znázorňující první hlavní napětí v analyzované soustavě obsahuje škálu s 18-ti barvami, ale na obrázku jsou rozlišitelné pouze dvě. Na str. 48 začíná část analýzy, která by si zasloužila zvláštní kapitolu a týká se vyhodnocení deformačních posuvů tří dvojic bodů, které budou v další části práce srovnány s experimentálně získanými výsledky. Otázkou je, zda je nutné výsledy prezentovat na 5 a více platných číslic. Kapitola 5.5 Posouzení pevnosti fraktury začíná větou „Z výsledků lze vidět, že se vždy model kosti deformuje ohybově a to tak, že vnější strana femuru je namáhaná tahově (kladné hodnoty napětí) a vnitřní strana je namáhaná tlakově (záporné hodnoty napětí).“ – z jakých výsledků (obrázků) je toto tvrzení vidět? Následuje srovnání maximálních posuvů pro 4 uvažované varianty se závěrem, že si lépe „vedl“ hřeb typu TAN. Tvrzení v dalším odstavci, že „Napětí na kosti bylo ve všech případech téměř srovnatelné“ není podloženo žádným obrázkem, na jediném obrázku v dané sadě, je znázorněno první hlavní napětí, přičemž je vidět jen povrch a to jen z jedné strany. Následuje věta srovnávající max. hodnotu prvního hlavního napětí v hřebech, kde jsou uvedeny i hodnoty pro PFN hřeb, jedna je na 5 platných číslic, drahá jen na 3. V případě hřebu TAN jsou již uvedeny hodnoty na 3 platné číslice, ale jedna z nich je špatně zaokrouhlena. Následuje analýza redukovaného přetvoření v kostní tkáni, která je dále rozšířena o Frostovu hypotézu. Závěrečné zhodnocení „I když se v obou případech dostaly hodnoty do oblasti remodelace, stále jsou hodnoty poměrně nízké.“ je vágní. Poslední částí analýzy přetvoření souvisí s rizikem vytrhnutí šroubu s kostní tkáně. Analýza relativních posuvu bodů na femuru by z hlediska přehlednosti bylo lepší uvést formou tabulky. Následuje kapitola zabývající se experimentálním modelováním, kde diplomant popisuje tvorbu přípravku na upnutí kosti do testovacího stroje Zwick. Popis je velmi detailní (podobně jako u tvorby modelu ve výpočtovém modelování) a ukazuje na úrovňovou nevyváženost DP, protože provedené analýzy výsledků jsou povrchní. U vyhodnocení experimentu mne na str. 69 překvapilo konstatování „Nejdříve bylo deseti cykly s maximální silou 500 N a minimální silou 3 N zjištěno, jestli kost a experimentální přípravek zvládnou plnohodnotné zatížení.“ - to tedy znamená, že mohu vždy zvýšit zatížení 1836 / 500 = 3,672 krát. Srovnání výsledků z výpočtového a experimentálního modelování je shrnuto v tab. 11 a 12, které je v práci komentováno „Z výsledků je patrné, že celkový rozdíl vzdáleností v prostoru se moc neshoduje s mezi experimentem a MKP analýzou. Při rozložení pohybu do jednotlivých os se sobě výsledky přibližují.“. V další kapitole diplomant hledá „viníka“ nesouladu mezi výsledky výpočtu a experimentu. Zabývá se rozdílným materiálem a jeho mechanickými vlastnostmi, tvarem a polohou zlomeniny, způsobem zavedení implantátu, či cyklickým vymačkáváním spongiózní kosti. Viník nesouladu se hledá všude jinde, jen ne ve výpočtovém modelování, teď nemám na mysli špatně vypočtenou hodnotu zatížené femuru, protože ta je aplikována jak ve výpočtovém tak i experimentálním modelování, ale v rozdílu tvaru reálné kosti a výpočtového modelu. V další kapitole diplomant řeší problematiku cyklického vymačkávání spongiózní kosti, což je nad rámec cílů hodnocení DP. Celkově lze konstatovat, že cíle práce byly částečně splněny, ale výhrad jak odborných, tak formálních je celá řada, a proto práci hodnotím stupněm E-. Po formální a stylistické stránce mám k DP řadu připomínek, nevýznamně jsou: Formální stránka práce: - str. 9 – v části „Obsah“ postrádám kapitoly „Popis problémové situace“ a „Formulace problému a cíle práce“. Navíc je zajímavé, že kapitola „Úvod“ a „Závěr“ nemá číslování, z čehož se možná stává nový trend, - str. 25 a 26 – jednotka „kg“ napsána s velkým „K“, - chybí mezera za tečkou na konci věty (str. 18, 20, 27, 30, 31, 39, ……), - kap. 4 – při popisu různých použitých funkcí jsou tyto zvýrazněny různým způsobem: některé jsou psány kurzivou, jiné jsou psány tučně, - str. 35 dole – text „Spongiózní kost“ má být uvedený až na další straně, - str. 35 – v citacích je v některých případech použito „a kolektiv“, jinde pouze „a kol.“, - kap. 4.5, 5.1 – chybí mezery mezi hodnotami a jednotkami, - v práci jsou uvedeny tři různé výrazy pro diskretizaci soustavy: „konečno prvková síť, konečno-prvková síť a konečnoprvková síť“, - str. 38 a 39 – jsou definována „těla“, ale na str. 40 jsou nazývána „díly“, - obr. 26, 32, ….. – znázorňují izoplochy celkové deformace nikoli „deformovaný model“, - str. 51 – rovnice (5.6) obsahuje písmeno delta, ale v tab. 3 je toto písmeno nahrazeno slovem „DELTA“, - str. 63 – chybí mezera mezi hodnotou a procentem, - str. 67 – bylo by vhodné uvést i typ testovacího stroje, když na str. 38 je velmi detailně popsán počítač, na kterém bylo provedeno výpočtové modelování, - str. 72 – destrukce kosti není z obr. 63 příliš patrná, vhodnější by byl pohled z bodu, - str. 74 – tab. 11 a 12 by bylo vhodné posunout až do kap. 6. 3, která se na ně odkazuje, - str. 84 – 85 – literatura [12], [15] a [23] má různý formát zápisu, i když se jedná o stejný typ publikace, - str. 85 – literatura [29] má odlišný formát zápisu autorů než u ostatních záznamů. Překlepy: - kap. 4.3 – místo PFT je uveden TAN. - str. 62 – je uvedeno „Podle studie od Gofiin a kolektiv [35] při dosažení hodnoty minimálního ekvivalentního přetvoření ve spongiózní kosti většího než -0,013 mm/mm (-1,3%) v oblasti špičky kompresního šroubu, je zvýšené riziko vytrhnutí implantátu.“ – poněvadž se jedná o záporné hodnoty přetvoření, nemělo by tam být místo „většího“ uvedeno „menšího“? Stylistika – DP je vypracována na Fakultě strojního inženýrství, takže by měla být technicky zaměřena a k tomuto zaměření se příliš nehodí termíny jako: - str. 11 „…které mají zvýšený únavový Život.“, - str. 12 „Vzhledem k závažnosti zlomeniny je nutné rozumět napětím a deformacím v oblasti zlomeniny stehenní kosti.“., - str. 17 se objevuje slovo „pak“ 4 x nad sebou a celkově se uvedené slovo v práci objevuje 127 krát, - str. 22 – „Jednotlivé druhy nastíní podkapitoly …..“, - str. 28 – „na spodku kosti“, - str. 33 – „s stromem operací ….“, - str. 34 – „….operaci Odečíst a vylepšuje ji tím, že odečtený…“, - str. 44 a dále – chybí jaké přetvoření je na obrázku znázorněno, - str. 62 – slovo „tedy“ ve větě „Minimální hlavní přetvoření je tedy ukázáno na obrázcích 31, 37, 45 a 51.“ nedává v kontextu smysl, - str. 62 – použití slova „takovéto“ není vhodné, - str. 74 – použití slova „akorát“ či „znova více sedí“ není vhodné. Práce s literaturou - str. 16 na obr. 4 – je znázorněn RTG, ale postrádám zdroj, - str. 31 – je uvedeno „Tato hodnota tloušťky kortikální kosti byla konzultována s doktorem z Úrazové nemocnice Brno a také je uváděna v několika studiích.“. V této větě postrádám konkrétní citace, na které autor nepřímo poukazuje.

eVSKP id 165917