Kokeellisen moodianalyysin hyödyntäminen sääriluun lujuuden määrittämisessä

Abstract

Diplomityö tehtiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston konetekniikan laitokselle. Diplomityö on osa teknillisen yliopiston biomekaanista tutkimusta, jonka tarkoituksena on mallintaa ihmisen tuki- ja liikuntaelimistön toimintaa. Työssä pyrittiin selvittämään, voitaisiinko sääriluuhun kohdistetun mekaanisen herätteen aiheuttamaa värähtelyvastetta analysoimalla saada tietoa luun ominaistaajuuksista ja lujuudesta. Tietoa voitaisiin käyttää esimerkiksi ostoporoosiriskin arvioinnissa sekä ihmiskehon osien toimintaa kuvaavien simulointimallien verifioinnissa.

Mittauslaitteistona käytettiin Brüel & Kjær-moodianalyysilaitteistoa. Laitteistokokonaisuuteen kuuluivat herätevasara, elektromagneettinen täristin, voima-anturi, kaksi kiihtyvyysmitta-anturia sekä PulseLab 2.0 –ohjelmistolla varustettu PC-laitteisto. Tulosten jatkoanalyysi suoritettiin MathWorks yhtiön MatLab v 4.0 -ohjelmistolla. Työssä esitellyn mittaustavan ja -laitteiston todettiin soveltuvan sääriluun värähtelyvasteen mittaamiseen. Mittaustulokset eri mittauskertojen välillä samalla henkilöllä ovat yhtenevät. Tutkimuksen tulosten perusteella ei voida osoittaa luun värähtelyvasteen ja lujuuden välistä suoraa korrelaatiota.

Master's thesis was made for Lappeenranta university of technology, faculty of technonlogy. It is a part of biomechanical research in university and meant to be part of modelling and analysing human skeletal system. In this masters's thesis primary study was to find out if tibial bone response to mechanical exitation can be used to estimate actual strength of bone and maybe to find out correlation between tibal bone frequence response and overall physical condition. This information could be useful on creating user-friendly and cost-efficient devices for measuring human bone strength. Information about human bone strenght can be used for estimating person's individual osteoporosis risk. On the other hand use of this measuring method causes no injuries to the person measured and does not have limitation on repeating measurement as often as needed. That is why this measuring technology can be used as a follow-up method on the way to diagnose osteoporosis earlier.

Measurings equipments were all production of Brüel & Kjær. Experimental modal analysis system used had two acceleration sensors, one electro-magnetic exiter, one force sensor and PC with PulseLab 2.0 -data aquisition and analyzing software. MathWorks software product MatLab 4.0 was used on further analysis of measured data. Measuring device and technique introduced on this thesis is suitable for measuring tibial frequences. Measurement can be repeated successfully and results stays comparable between measurement events. Relation between tibial bone vibration analysis results and bone strengths can not be proven.