Napjatostně deformační analýza trapéziometakarpálního kloubu s tvarovými odchylkami

Abstract

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.

This diploma thesis focuses on the stress-strain analysis of a total trapeziometacarpal (TMC) joint replacement of the human thumb. The objective was to assess the impact of manufacturing deviations on the mechanical behavior of the implant and adjacent bone tissue. A computational model incorporating the implant, bone structures, and selected ligaments was created based on real component geometry. Five loading scenarios representing physiological thumb movements were simulated using the finite element method. The analysis included overall displacements, ligament forces, contact pressures, stress distribution in the cup, and strain in the cancellous bone of the trapezium. Dimensional deviations most significantly affected contact conditions and first metacarpal kinematics, while strain in bone tissue and ligament loading remained nearly constant. The results provide a detailed insight into the mechanical response of the joint replacement and offer a basis for further implant design optimization and improved understanding of its clinical performance.