Model numeryczny kończyny górnej człowieka i jego analiza w aspekcie upadków do przodu

• Autorzy: Biesiacki A. , Grzelczyk D. , Mrozowski J. , Awrajcewicz J.

Warianty tytułu

EN

Numerical model of the human upper extremity and its analysis related to forward fall

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca przedstawia model numeryczny kończyny górnej człowieka przydatny do analizy ryzyka złamania kości kończyny podczas upadku do przodu. W odróżnieniu od innych modeli spotykanych w literaturze, proponowany w tej pracy model uwzględnia wszystkie trzy główne kości kończyny górnej połączone powierzchniami stawowymi w stawie łokciowym i nadgarstkowym przy zastosowaniu kontaktu typu bonded jako jeden złożony układ biomechaniczny. Analizę dynamiczną przeprowadzono dla różnych konfiguracji kości przedramienia, wykorzystując dwa kryteria wytrzymałościowe do oceny potencjalnych miejsc złamań kości kończyny.

EN

The paper presents numerical model of the human upper extremity useful for the analysis of the upper extremity bones fracture risk during the falling process in a forward direction. Unlike previous models met in literature, the proposed in this paper model considers all three main upper extremity bones connected in the elbow and wrist joints by the bonded type contact as one complex biomechanical system. Transient analysis has been carried out for different forearm configurations by using two strength criteria to estimate possible sites of upper extremity bone fractures.

Słowa kluczowe

PL

kończyna górna; metoda elementów skończonych; kości; wytrzymałość; upadek do przodu

EN

upper limb; finite element methods; bones; resistance; forward fall

• Wydawca: Katedra Biomechatroniki, Wydział Inżynierii Biomedycznej Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Aktualne Problemy Biomechaniki
• Rocznik: 2017
• Tom: z. 12
• Strony: 5--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz.

Twórcy

autor

Biesiacki A.

• Katedra Automatyki, Biomechaniki i Mechatroniki, Politechnika Łódzka, Łódź

autor

Grzelczyk D.

• Katedra Automatyki, Biomechaniki i Mechatroniki, Politechnika Łódzka, Łódź

autor

Mrozowski J.

• Katedra Automatyki, Biomechaniki i Mechatroniki, Politechnika Łódzka, Łódź

autor

Awrajcewicz J.

• Katedra Automatyki, Biomechaniki i Mechatroniki, Politechnika Łódzka, Łódź

Bibliografia

• 1. Bhatia V.A., Edwards W.B., Troy K.L.: Predicting surface strains at the human distal radius during an in vivo loading task - finite element model validation and application, Journal of Biomechanics, vol. 47, 2014, p.2759-2765.
• 2. Bosisio M.R., Talmant M., Skalli W., Laugier P., Mitton D.: Apparent Young’s modulus of human radius using inverse finite-element method, Journal of Biomechanics, vol. 40, 2007, p.2022-2028.
• 3. DeGoede K.M., Ashton-Miller J.A.: Biomechanical simulations of forward fall arrests: effects of upper extremity arrest strategy, gender and aging-related declines in muscle strength, Journal of Biomechanics, vol. 36, 2003, p.413-420.
• 4. Edwards W.B., Troy K.L.: Finite element prediction of surface strain and fracture strength at the distal radius, Medical Engineering & Physics, vol. 34, 2012, p.290-298.
• 5. Johnell O., Kannis J.A.: An estimate of the worldwide prevalence and disability associated with osteoporotic fractures, Osteoporosis International, vol. 17, 2006, p.1726- 1733.
• 6. Kim K-J., Ashton-Miller J.A.: Segmental dynamics of forward fall arrests: A system identification approach, Clinical Biomechanics, vol. 24, 2009, p.348-354.
• 7. Kim S., Miller M.C.: Validation of a finite element humeroradial joint model of contact pressure using Fuji pressure sensitive film, Journal of Biomechanical Engineering, vol. 138, 2016, p.014501-1 - 014501-4
• 8. Lui-Ambrose T., Eng J.J., Khan K.M., Carter N.D., McKay H.A.: Older women with osteoporosis have increased postural sway and weaker quadriceps strength than counterparts with normal bone mass: overlooked determinants of fracture risk?, Journal of Gerontology, vol. 58, 2003, p.862-866.
• 9. Morgan E.F., Bayraktar H.H., Keaveny T.M.: Trabecular bone modulus-density relationships depend on anatomic site, Journal of Biomechanics, vol. 36, 2003, p.897- 904.
• 10. Neuert M.A.C., Austman R.L., Dunning C.E.: The comparison of density-elastic modulus equations for the distal ulna at multiple forearm positions: a finite element study, Acta of Bioengineering and Biomechanics, vol. 15, 2013, p.37-43.
• 11. Pfaeffle H.J., Fischer K.J., Srinivasa A., Manson T., Woo S.L-Y., Tomaino M.: A model of stress and strain in the interosseous ligament of the forearm based on fiber network theory, Journal of Biomechanical Engineering, vol. 128, 2006, p.725-732.
• 12. Rho J.Y., Hobatho M.C., Ashman R.B.: Relations of mechanical properties to density and CT number in human bone, Medical Engineering & Physics, vol. 17, 1995, p.347-355.
• 13. Troy K.L., Grabiner M.D.: Off-axis loads cause failure of the distal radius at lower magnitudes than axial loads: A finite element analysis, Journal of Biomechanics, vol. 40, 2007, p.1670-1675.
• 14. Turner C.H.: Biomechanics of bone: determinants of skeletal fragility and bone quality, Osteoporosis International, vol. 13, 2002, p.97-104.
• 15. Ural A.: Cohesive modeling of bone fracture at multiple scales, Procedia Engineering, vol. 10, 2011, p.2827-2832.
• 16. Varga P., Baumbach S., Pahr D., Zysset P.K.: Validation of an anatomy specific finite element model of Colles’ fracture, Journal of Biomechanics, vol. 42, 2009, p.1726-1731.
• 17. Wirtz D.C., Schiffers N., Pandorf T., Radermacher K., Weichert D., Forst R.: Critical evaluation of known bone material properties to realize anisotropic FE-simulation of the proximal femur, Journal of Biomechanics, vol. 33, 2000, p.1325-1330.
• 18. Zapata E., Follet H., Mitton D.: Homogeneous and heterogeneous finite element models to predict radius bone strength in forward fall configuration, Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, vol. 18, 2015, p.2084-2085.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).