Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The influence of the load and joint cartilage elasticity modules on synovial fluid viscosity

Wierzcholski K., Sójka M.

Tribologia

|

2016

|

nr 2

159--171

EN

During classical journal bearing lubrication the lubricant viscosity is independent of physical properties of cooperating bodies, which is well known by virtue of Hersey-Stribeck (H-S) curve presenting friction coefficient vs. Hersey number = viscosity×velocity/pressure. The result obtained by the H-S is valid for two cooperating bodies with homogeneous, isotropic properties, and for Newtonian oils omitting the elastohydrodynamic effects. In the presented paper, we take into account the two cooperating human joint cartilage surfaces, which, after new AFM measurements, have non-homogeneous hypo- or hyper-elastic properties, and the synovial fluid Has non-Newtonian features. Moreover, the cartilage surface during human limb motion and during the squeezing and boosted squeezing effects gains important small deformations. From the above mentioned description, it follows that the H-S result cannot be acceptable in human joint lubrication [L. 1–6]. During human joint hydrodynamic lubrication, we observe the influence of the material coefficients of the hypo- and hyper-elastic cartilage tissue on the apparent viscosity of non-Newtonian synovial fluid occupying the thin joint gap limited by the two cartilage superficial layers. This problem has not been considered in scientific papers describing the hydrodynamic lubrication of the human joint. This problem attains significant meaning because, after numerous AFM laboratory measurements confirmed by the literature achievements, it follows that the joint cartilage tissue with a thin polar membrane made of two lipid molecules has no isotropic but anisotropic properties in general. These membranes are flat sheets that form a continuous barrier around the cartilage cells. Non homogeneous, anisotropic biological bodies as distinct from classical isotropic materials have the various values of elasticity, hypoelasticity, or hyper-elasticity modules on individual places and directions. These places, loaded by the same forces, tend to various displacements and strains. In consequence, mutually connected physical implications caused by virtue of synovial fluid flow velocity and shear rates changes, indicate to us the conclusion that the dynamic viscosity of synovial fluid gains value variations caused by the cartilage’s physical properties during human joint lubrication.

PL

Model zmiany współczynnika tarcia w zależności od liczby Herseya, czyli stosunku iloczynu lepkości i prędkości do ciśnienia, świadczy o niezależności lepkości czynnika smarującego od własności fizycznych smarowanych powierzchni w klasycznych łożyskach ślizgowych. Jednak ważny rezultat Herseya-Stribecka H-S obowiązuje przede wszystkim dla dwóch jednorodnych, izotropowych współpracujących ciał oraz cieczy smarującej o newtonowskich właściwościach przy pominięciu elasto-hydro-dynamicznych efektów. Niniejsza praca dotyczy smarowania dwóch współpracujących powierzchni pokrytych chrząstką stawową, która według najnowszych pomiarów przeprowadzonych za pomocą mikroskopu sił atomowych AFM ma zmienne, niejednorodne, anizotropowe, a w szczególności nadsprężyste właściwości uzależnione od położenia i kierunku. Ciecz synowialna jest nienewtonowska. Ponadto ruch kończyn człowieka, siadanie, klękanie, skoki powodują wzmożone wyciskanie (boosted squeezing) cieczy synowialnej w warstewce chrząstki stawowej skutkujące chociaż małymi, ale jednak bardzo istotnymi niepomijalnymi deformacjami. Stąd wynika hipoteza o braku akceptacji rezultatów H-S w zakresie smarowania stawów. Podczas smarowania stawów człowieka prawie zawsze występuje problem wpływu modułów nadsprężystych chrząstki stawowej na lepkość pozorną nienewtonowskiej cieczy synowialnej zalegającej w szczelinie stawu. Według informacji autora rozpatrywanie tego ważnego problemu nie jest uwzględniane we współczesnej literaturze naukowej z zakresu hydrodynamiki stawów. Problem ten nabiera jednak szczególnie dużego znaczenia w świetle najnowszych własnych badań chrząstek stawowych w mikro- i nanoskali potwierdzonych również w literaturze naukowej. Chrząstka stawowa pokryta dwuwarstwą fosfolipidów o różnym stopniu upakowania ma właściwości anizotropowe. Biologicznie niejednorodne ciała anizotropowe w odróżnieniu od klasycznych jednorodnych izotropowych materiałów mają różne wartości współczynników sprężystości i nadsprężystości w poszczególnych miejscach oraz kierunkach. Wskazane miejsca obciążone jednakowymi siłami odznaczają się wtedy różnymi przemieszczeniami i odkształceniami. W konsekwencji opisanych w niniejszej pracy wzajemnych implikacji związków fizycznych wywołanych zmianami prędkości przepływu oraz deformacji dochodzi się do wniosku, że lepkość dynamiczna cieczy synowialnej ulega zmianom w trakcie smarowania stawów w zależności od fizycznych właściwości chrząstki stawowej.

2

Pomiary parametrów morfologiczno-czynnościowych stawu kolanowego z wykorzystaniem obrazowania rezonansem magnetycznym

Ryniewicz A., Ryniewicz A. M., Sładek J., Knapik R.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2013

|

R. 59, nr 3

200--203

PL

Celem była identyfikacja kształtu i położenia struktur stawu kolanowego obrazowanego rezonansem magnetycznym (MR) w stabilizowanej pozycji, w aspekcie rozkładu grubości chrząstki stawowej. Badano prawidłowe stawy kolanowe. Obrazowanie przeprowadzono przy wykorzystaniu aparatu MR typu otwartego ze stabilizatorem kąta zgięcia kolana w przekrojach strzałkowych, czołowych i horyzontalnych, w wybranych pozycjach kątowych. Pomiary chrząstki budującej powierzchnie stawowe stawu kolanowego wykazały znaczne zróżnicowanie jej grubości oraz pofalowania z charakterystycznym przesunięciem fali.

EN

The aim of the study was to use the MRI to identify the shape and position of the structures of knee joints in a stabilized position, in terms of the analysis of joint cartilage thickness on femoral condyles, tibia condyles and the patella. There were studied normal knee joints. Imaging was performed with use of an open-type gradient coil MR apparatus with a knee bending angle stabilizer. The research strategy consisted of imaging: sagittal sections in a fixed position of the femoral bone relative to tibia, in selected sagittal sections for stabilized position of the femur relative to tibia for angles ranged from -10 degrees to 50 degrees, at 5 degree intervals, in the frontal sections with physiological extension, in the horizontal sections with physiological extension. Based on the MR imaging, there was measured the distribution of the thickness of joint cartilage that covered the femoral condyles, condyles of tibia and patella. The measurements of the cartilage building the surfaces of the knee joint showed significant variation in its thickness and folds with a characteristic wavelength shift in the tested sections. Variable thickness and uneven structures can substantially affect the conditions of joint lubrication and transfer of the locomotive load. Introduction of the stabilized position of the femur relative to tibia to the MR imaging allows useful identification of particular cartilage layers that work together.

3

Geometrical identification of form of biobearings working surfaces and defect of joint cartilage.

Ryniewicz A.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2005

|

Vol. 29, nr 4

45-57

EN

In the paper there is presented the own method identification of form of biobearings working surfaces and of geometrical estimation of the articulation cartilage defects imaged using magnetic nuclear resonance. There were examined three animal and three human specimen knees using computer tomography (CD, magnetic resonance (MR) and coordinate control machine (CCM). The joint cartilage was artificial destroyed and the loss was measured. Visualization of working surfaces and assessment of geometry and size of cartilage damages using MR were performed. Then, measurements of shape joint surfaces and damages were conducted using CCM, followed by damage modelling using finite elements method in Ansys, FEMAP and NE Nastran packages. Research into CT was carried out to identify form and position of bone structures and to verify bone defects.

PL

W pracy przedstawiono własną metodę identyfikacji kształtu powierzchni roboczych biołożysk i geometrycznego szacowania rozległości uszkodzeń chrząstki stawowej obrazowanej metodą magnetycznego rezonansu jądrowego. Badaniu poddano trzy preparaty stawowe zwierzęce i trzy preparaty ludzkie stawów kolanowych, w których uszkodzono chrząstkę stawową. Preparaty zbadano z użyciem spiralnej tomografii komputerowej (TK), magnetycznego rezonansu jądrowego (MR) i współrzędnościowej maszyny pomiarowej (WMP). Przeprowadzono wizualizację powierzchni roboczych oraz oceniono geometrię i rozmiar uszkodzenia chrząstki, stosując MR. Następnie wykonano pomiary kształtu powierzchni stawowych i uszkodzenia z zastosowaniem WMP. Ubytki modelowano metodą elementów skończonych w pakietach Ansys, FEMAP i NE Nastran. Badanie TK przeprowadzono celem identyfikacji kształtu i położenia struktur kostnych oraz zweryfikowania rozmiarów ubytków kostnych.