Matematická analýza a numerická simulace remodelačních procesů v kostech.

Abstract

In the presented work, we study a model of bone deformation caused by action of external forces. After the biological introduction, in which we describe a bone remodelling process and its connection with bone deformation, we deal with conservation laws and material characteristics of a bone. We define weak formulation. Further, we linearize the equations and prove existence and uniqueness of the solution. Consecutively, we describe the finite element method and the programming of this method for the computing of the approximate solution of the problem using the logic of object-oriented programming. We also adduce a description of the used data structures. In the conclusion, we present numerical results reached by the described program that represent deformation of femur and deformation of vertebras and intervertebral foramina.

V předložené práci studujeme model deformace kosti v důsledku působení vnějších sil. Po biologickém úvodu, kde popisujeme remodelaci kosti a její spojitost s deformací, se zabýváme bilančními zákony a materiálovými vlastnostmi kosti. Problém formulujeme slabě. Dále rovnice linearizujeme a dokazujeme existenci a jednoznačnost řešení. Následně popisujeme metodu konečných prvků a naprogramování této metody pro výpočet přibližného řešení problému s využitím logiky objektově orientovaného programování. Uvádíme také popis využívaných datových struktur. V závěru prezentujeme numerické výsledky dosažené popisovaným programem zachycující deformaci stehenní kosti a deformaci obratlů a meziobratlové ploténky.