Implantace totálních náhrad
lidských kloubů založené na "lowfriction
arthroplasty" je jednou
z nejpřevratnějších léčebných
metod poválečné medicíny. Zabudovaný
umělý kloub, má-li plnit
svou funkci, musí být rovnovážným
systémem, kde tvar odpovídá funkci.
Porušení této rovnováhy vede
k mechanickému selhání a k předčasnému
uvolnění endoprotézy.
Odstranění následků porušení této
rovnováhy je hlavním cílem modelování
a simulace funkce přirozeného
a umělého kloubu - např.
kyčelního a kolenního. Pozorování
lékařů - ortopédů při reoperacích
náhrad kloubů nás informují, že
u pacientů dochází k předčasnému
opotřebení plastové vložky s produkcí
velkého množství polyetylénových
částic, které v organismu
iniciují reakce vedoucí k uvolňování
kovových komponent totální
náhrady z kosti. Důvodů může
být řada, počínaje přetěžováním
náhrady kloubu pacientem, použití
nevhodného typu náhrady kloubu,
nevhodnou operační technikou
apod.
Hledáním příčin uvolnění náhrady
kloubu je snaha zabránit dalším možným
případům uvolnění umělých
totálních náhrad kloubů, jejich technické
i funkční vylepšení a vylepšení
i operačních postupů. Zkvalitnění
navigované operační techniky je
v současné době jedním z primárních
úkolů biomechanického výzkumu,
jehož podstatnou částí je matematické
modelování a matematická simulace
funkce lidských kloubů a jejich
umělých náhrad.
Matematické modelování umožňuje
posoudit rozložení napětí i deformací
v oblasti kloubního spojení,
příp. jeho vlivu v celé větší části lidského
skeletu, a tím možnost posoudit
vhodnost návrhu kloubní náhrady
a vhodné operační techniky. Řízené
operační techniky, umožňující operatérovi
na monitoru zařízení navigované
operační techniky sledovat
doporučený postup operace, vyžadují
vhodné matematické metody a velmi
rychlé algoritmy řešící modelové
úlohy, které ve velmi krátkém čase
poskytnou operatérovi požadovanou
informaci. Výzkum matematických
metod a algoritmů, umožňující
provádět ověřování kvality návrhů
nových vylepšených totálních náhrad
kloubů a simulovat operační postupy
ve vazbě na navigovanou operační
techniku, představuje základní matematický
výzkum numerických metod
řešení modelových úloh biomechaniky
a základní výzkum odpovídajících
velmi rychlých algoritmů pro jejich
aplikaci v praxi. Ale i základní teoretický
matematický výzkum v oblasti
parciálních diferenciálních rovnic,
variačních rovnic a nerovnic, numerických
metod a algoritmů.
Na tomto případě je vidět, jak praxe
ovlivňuje základní matematický
výzkum a naopak, jak základní
výzkum ovlivňuje praxi a národní
hospodářství. Výzkumem se zabývají
v Ústavu informatiky AV ČR.