Mathematical modeling of the properties of soft tissues

Hlavním cílem této práce je nalézt parametry reologického modelu, který by se co nejvíce přiblížil viskoelastickému chování kloubní chrupavky odebrané z kyčelního kloubu. Nejprve je v práci obecně popsána stavba měkkých tkání. Podrobněji je popsána anatomie chrupavky, které se věnuje celá práce. Následně jsou popsány viskoelastické vlastnosti a základní reologické modely, ze kterých jsou odvozeny dále používané složitější reologické modely. Z experimentu byla získána data popisující relaxaci chrupavky a tato data jsou použita pro získání cílové funkce, pro kterou je provedena parametrická optimalizace. Byl napsán optimalizační program pro metodu největšího spádu. Zároveň byla optimalizace provedena funkcí fmincon.m v prostředí MATLAB a výsledky jsou porovnány. Pro program metody největšího spádu byla provedena citlivostní analýza.Katedra mechanikyObhájenoThe main objective of this work is to find parameters of the rheological model, which would be able to closely fit the viscoelastic properties of articular cartilage taken from the hip joint. First, the structure of soft tissues is described in general. Then the anatomy of cartilage is described in detail. Subsequently the viscoelasticity and elementary rheological models are described. These are used to derive complex rheological models. The experimental data describing relaxation of cartilage were obtained and used for the parametric optimisation of the selected model. Optimisation program using the method of gradient descent was implemented. At the same time, the optimisation was also performed by fmincon.m function in MATLAB environment and the results were compared. A sensitivity analysis of the method of gradient descent was performed