Structural analysis of articular cartilage of the hip joint using finite element method

• Autorzy: Karpiński R. , Jaworski Ł. , Zubrzycki J.

Identyfikatory

DOI

10.12913/22998624/64064

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of a preliminary study on the structural analysis of the hip joint, taking into account changes in the mechanical properties of the articular cartilage of the joint. Studies have been made due to the need to determine the tension distribution occurring in the cartilage of the human hip. These distribution are the starting point for designing custom made human hip prosthesis. Basic anatomy, biomechanical analysis of the hip joint and articular cartilage are introduced. The mechanical analysis of the hip joint model is conducted. Final results of analysis are presented. Main conclusions of the study are: the capability of absorbing loads by articular cartilage of the hip joint is preliminary determined as decreasing with increasing degenerations of the cartilage and with age of a patient. Without further information on changes of cartilage’s mechanical parameters in time it is hard to determine the nature of relation between mentioned capability and these parameters.

Słowa kluczowe

EN

hip joint; pelvis; femur; cartilage; finite element method

• Wydawca: Lublin University of Technology ; Polish Society of Ecological Engineering (PTIE), Branch of PTIE in Lublin
• Czasopismo: Advances in Science and Technology. Research Journal
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 10, nr 31
• Strony: 240--246
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Karpiński R.

• Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Lublin University of Technology, Nadbystrzycka 38A St., 20-618 Lublin, Poland

autor

Jaworski Ł.

• Faculty of Mechanical Engineering and Management, Poznan University of Technology, Piotrowo 3 St., 60- 965 Poznań, Poland

autor

Zubrzycki J.

• Biomedical Engineering Department, Faculty of Mechanical Engineering, Lublin University of Technology, Nadbystrzycka 36 St., 20-618 Lublin

Bibliografia

• 1. Będziński R., Kędzior K., Kiwerski J., Morecki A., Skalski K., Wall A., Wit A.: Biomechanika i inżynieria rehabilitacyjna. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2004.
• 2. Będziński R.: Biomechanika inżynierska. Zagadnienia wybrane. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1997.
• 3. Błaszczyk J.W.: Biomechanika Kliniczna. Podręcznik dla studentów medycyny i fizjoterapii. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2014.
• 4. Bochenek A., Reicher M.: Anatomia człowieka. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 1978.
• 5. Braniewska M., Zubrzycki J., Karpiński R.: Komputerowo wspomagane projektowanie i wytwarzanie implantu stawu biodrowego. Innowacje w fizjoterapii, 2, 2015, 147–170.
• 6. Gzik M., Lewandowska-Szumieł M., Pawlikowski M., Wychowański M.: Biomechanika i inżynieria rehabilitacyjna, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2015.
• 7. Holzapfel A.G., Sommer G., Gasser T.C., Regiting P.: Determination of layer-specific mechanical properties of human coronary artheries with nonatherosclerotic intimal thickening and related constitutive modeling. AJP-Heart and Circ Phys., 289 (5), 2005, 2048-2058.
• 8. Hughes T.J.R.: The Finite Element Method: Linear Static and Dynamic Finite Element Analysis. Do ver Publications, New York 2000.
• 9. Karpiński R., Jaworski Ł., Szabelski J.: The design and structural analysis of the endoprosthesis of the hip joint. Applied Computer Science, 12 (1), 2016, 87–95.
• 10. Lippert H.: Anatomia. Tom I & II. Elsevier Urban & Partner, Wrocław 1998.
• 11. Maciejewski R., Torres K.: Anatomia czynnościowa - podręcznik dla studentów pielęgniarstwa, fizjoterapii, ratownictwa medycznego, analityki medycznej i dietetyki. Wyd. 1. Wydawnictwo Czelej, Lublin 2007.
• 12. Ozolanta I., Tetere G., Purinaya B., Kasyanov V.: Changes in the machanical properties, biochemical contents and wall structure of the human coronary arteries with age and sex. Med. Eng. Phys., 20 (7), 1998, 523-33.
• 13. Reicher M.: Anatomia człowieka. Tom I, Anatomia ogólna, kości, stawy i więzadła, mięśnie. Wyd. X (VI). Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 1990.
• 14. Różyło P.: Numerical analysis of crack propagation in a steel specimen under bending. Applied Computer Science, 11 (4), 2015, 20-29.
• 15. Spodaryk K.: Patologia narządu ruchu, Wydawnictwo lekarskie PZWL, Warszawa 2002.
• 16. Tejszerska D., Świtoński E., Gzik M.: Biomechanika narządu ruchu człowieka, Praca zbiorowa. Wydawnictwa Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji – Państwowego Instytutu Badawczego, Gliwice 2011.
• 17. Developer’s information on Mimics, http://biomedical.materialise.com/mimics.
• 18. Brief anatomy of the hip joint, http://probecure. com/b/brief-anatomy-of-hip-joint/.
• 19. Classifications and definitions of normal joints, http://www.intechopen.com/books/osteoarthritisprogress-in-basic-research-and-treatment/classifications-and-definitions-of-normal-joints.
• 20. Zubrzycki J., Smidova N.: Computer-aided design of human knee implant. Industrial and service robotics. In: Hajduk Mikulas, Koukolová Lucia (Eds) 13th International Conference on Industrial, Service and Humanoid Robotics (ROBTEP): Conference, Stafa-Zurich; Switzerland: Trans Tech Publications, Applied Mechanics and Materials, No. 913, 2014, 172-181.

Uwagi

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