Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Influence of DLC coatings modification on load transfer by the guided growth stabilization system modelling the spine during the age of growth

Żak Małgorzata, Szotek Sylwia, Filipiak Jarosław, Rutkowska-Gorczyca Małgorzata, Brunicka Ewalina, Pezowicz Celina

Engineering of Biomaterials

|

2021

|

Vol. 24, no. 163

113

2

The biomechanical characteristics of spinal dura mater in the context of its basic morphology

Szotek Sylwia, Dawidowicz Joanna, Geniusz Malwina, Kozak Marta, Łukomski Robert, Czogalla Aleksander

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2021

|

Vol. 23, no. 4

149--159

EN

Purpose: Spinal dura mater plays a crucial role in the biomechanics and protection of the spine. Therefore, the present study investigated the dura mater's mechanical and basic morphological properties to learn more about the biomechanical behaviour of this fibrous membrane. Methods: Tissue strips, oriented in the longitudinal and circumferential directions, were cut from the cervical, thoracic, and lumbar vertebrae parts of the porcine spinal cord. Uniaxial tensile tests were performed using a device with a speed of 4 mm/min until rupture of the sample. Results: It was demonstrated that the dura mater is a heterogeneous, anisotropic material. The longitudinal excised specimens showed the highest values of mechanical properties (ultimate force (FU), the stiffness coefficient (k), ultimate tensile strength (σUTS), and Young’s modulus (E)) compared to those of the circumferentially. Confocal microscopy and sulforhodamine B (SRB) assay enabled us to visualise collagen and elastin elements more efficiently without a need for sample fixation. Conclusions: The spinal dura mater mechanical properties are not uniform along the entire length of the spinal cord, but, in the case of morphological features, no major differences were noticed. The utilisation of SRB occurred to be a non-destructive, fast, and efficient tool for visualising even the smallest elastic fibres on different depths of examined samples. The mechanical and morphological properties of the dura mater provided by this study can be further used in computational modelling to understand injury mechanisms better and help develop injury prevention strategies.

3

Urządzenia mechaniczne wykorzystywane w fizjoterapii dysfunkcji kręgosłupa

Kaczmarek Wojciech, Kamiński Grzegorz, Łęgosz Paweł, Szczepaniak Renata, Mucha Krzysztof

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2019

|

R. 23, nr 2

15--21

PL

Artykuł przedstawia obecnie stosowane urządzenia wspomagające proces rehabilitacji kręgosłupa. Urządzenia te opisano w układzie od najprostszych do najbardziej złożonych, jednocześnie wskazując na pewien trend rozwojowy. Pokazuje on, że rozwój tych urządzeń przebiega od prostych pomocy mechanicznych w kierunku coraz bardziej skomplikowanych urządzeń mechatronicznych wyposażonych w czujniki pomiarowe oraz komputery zbierające i analizujące dane pomiarowe celem określenia postępu w rehabilitacji pacjenta. Zestawienie funkcji poszczególnych urządzeń pokazuje, że coraz więcej urządzeń wykorzystuje analizę komputerową danych zapisanych w trakcie zabiegów, co skutkuje praktycznie już pełną automatyzacją procesu leczenia. Zaletą jest możliwość przeprowadzenia tego zabiegu pod kontrolą terapeuty oraz analiza postępów tego procesu dzięki informacjom zebranych z układów pomiarowych.

EN

The article presents currently used devices supporting the process of spine rehabilitation. These devices are described in the arrangement from the simplest to the most complex ones, at the same time indicating a certain development trend. It shows that the development of these devices proceeds from simple mechanical ones that only help in the rehabilitation process towards more and more complicated mechatronic devices which are equipped with measuring sensors and computers for collecting and analyzing measurement data in order to determine the progress of patient’s rehabilitation. A summary of the functions of individual devices is shown in the table, which shows that more and more devices use autotherapy as a tool to recover lost health. The undoubted advantage of this form is the ability to carry out this operation independently under the supervision of the therapist and to analyze the progress of this process thanks to the information collected from the measurement systems.

4

Zmiany morfologiczne kręgosłupa i szkieletu kończyn dolnych w zespole regresji kaudalnej

Małas Malwina, Awgul Sebastian, Uździcki Artur, Skoczylas Michał Marian, Sawicki Marcin

Problemy Nauk Stosowanych

|

2018

|

T. 9

171--174

PL

Wstęp i cele: Zespół regresji kaudalnej charakteryzuje się występowaniem zmian w budowie kości i zaburzeń struktur miękkotkankowych. Niewielka częstość występowania tego zespołu skłania do analizy poszczególnych opisów przypadków w odniesieniu do prac uogólniających. Materiał i metody: W oparciu o wyniki przeglądu piśmiennictwa z ostatnich 25 lat dokonano syntetycznej analizy zmian w budowie kręgosłupa, kości miednicznych i kości części wolnych kończyn dolnych w obrazie zespołu regresji kaudalnej. Wyniki: Do zmian kostnych spotykanych w zespole regresji kaudalnej należą m.in. agenezja kręgów, rozszczep kręgosłupa, odwrócenie kifozy krzyżowej, zniekształcenie miednicy, skrócenie kości udowej i stopa końsko-szpotawa. Inne zmiany o istotnym znaczeniu klinicznym to np. dysplazja stawów biodrowych i przykurcze stawów kończyn. Wniosek: Zmiany kostne w zespole regresji kaudalnej cechują się znaczną różnorodnością, osobniczą zmiennością oraz współistnieniem zmian stawów i struktur miękkotkankowych a standardowe medyczne techniki obrazowania umożliwiają ich wykrywanie i monitorowanie.

EN

Introduction and aim: Caudal regression syndrome is characterized by changes in bones and disturbances in soft tissue structures. The low incidence of this syndrome prompts the analysis of individual case reports in relation to generalizing works. Material and methods: Based on the results of a review of the literature in the last 25 years, a synthetic analysis of the changes in the structure of the spine, the hip bones and bones of the free parts of the lower extremities in the picture of caudal regression syndrome has been carried out. Results: Bone changes observed in caudal regression syndrome include: agenesis of the vertebrae, spina bifida, reversal of the sacral kyphosis, pelvic deformities, shortening of the femur and clubfoot. Other changes of significant clinical significance are, for example, the hip dysplasia and the limb joint contractures. Conclusion: Bone changes in caudal regression syndrome are characterized by considerable diversity, individual variability and coexistence of changes in joints and soft tissue structures, and standard medical imaging techniques enable their detection and monitoring.

5

Model stabilizacji złamania kręgu kręgosłupa odcinka szyjnego

Słowiński J. J.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2018

|

Vol. 7, nr 2

116--120

PL

Złamanie trzonu kręgu kręgosłupa stanowi poważny problem natury ortopedycznej ze względu na bliskie sąsiedztwo struktur nerwowych oraz krytyczną rolę w łańcuchu kinematycznym. Z tego powodu jednym ze sposobów odtwarzania uszkodzonej struktury są inwazyjne metody polegające na operacyjnym dojściu do miejsca urazu i wprowadzeniu implantu. Jego dostarczenie powinno pomóc w odtworzeniu anatomicznego ukształtowania struktury kostnej i możliwie wiernie odwzorowaniu utraconej stabilności. Zapewnienie tych biomechanicznych warunków jest krytyczne dla prawidłowego funkcjonowania kręgosłupa i eliminacji ryzyka uszkodzenia struktur nerwowych. Obecnie stosowane metody i techniki operacyjne umożliwiają szeroki dostęp do miejsca przyszłej implantacji i sprzyjają przeprowadzeniu wielu działań dodatkowych, celem których będzie zapewnienie możliwie dobrych warunków pracy zastosowanego systemu stabilizacji. Jedną z metod stabilizacji złamania kręgów w odcinku szyjnym jest tzw. stabilizacja płytkowa. Implantom tego typu, podobnie jak wszystkim innym, stawia się określone wymagania dotyczące ich właściwości fizyko-chemicznych czy biomechanicznych. Z tego względu jednym z decydujących kryteriów jest materiał, z jakiego wykonane są implanty. Jego właściwości będą bezpośrednio rzutowały na możliwości zastosowania oraz bezpieczeństwo i czas eksploatacji.

6

First attempts to 3D printing spine implants : human spine biomechanics

Gaweł M., Guia A., Jasik K. P., Swinarew B., Okła H., Swinarew A.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2016

|

T. 22, Nr 2 (170)

60--65

EN

The purpose of this paper was to obtain and compare information about spine metrics properties and indicate of polymer materials for the manufacture of spinal implants using 3D printing. The resulting properties will allow to select the material which have similar spine metrics properties or better. The literature review will be helpful to develop methodology of 3D printing in producing implants of the vertebrae and intervertebral discs (Val). The project consists three main phases: creation a creation model which is based on generating of a 3D model (Val) discs of tomographic images spine using software specially developed for medical image processing and CAD software (Val) discs, creation of a prototype implant and performance strength tests on the obtained implant.

7

Comparative study of potential whiplash injuries for different occupant seated positionsm during rear end accidents.

Omerovic S., Tomasch E., Gutsche A. J., Prebil I.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2016

|

Vol. 18, no. 4

145--158

EN

Purpose: Whiplash injuries to the cervical spine represent a considerable economic burden on society with medical conditions, in some cases persisting for more than a year. Numerous studies of whiplash injuries have been made for occupant normal seated position, leaving the analysis of neck injuries for out-of-normal positions not well documented. For that purpose, a detailed human cervical spine finite element model was developed. Methods:The analysis was made for four most common occupant seated positions, such as: Normal Position with the torso against the seat back and the head looking straight ahead, Torso Lean forward position with the torso away from the seat back for approximately 10°, Head Flexed position with the head flexed forward approximately 20° from the normal position and HeadFlexed with Torso Lean forward position with the head flexed forward approximately 20° and torso 10° from the normal position. Results: The comparative study included the analysis of capsular ligament deformation and the level of S-curvature of the cervical spine. The developed model predicted that Head Flexed seated position and Head-Flexed with Torso Lean forward seated position are most threatening for upper and lower cervical spine capsular ligament respectively. As for the level of S-curvature, the model predicted that Head-Flexed with Torso Lean forward seated position would be most prone to neck injuries associated with it. Conclusions:This study demonstrated that the occupant seated position has a significant influence on potential whiplash injuries.

8

A novel kinematic model for a functional spinal unit and a lumbar spine

Ciszkiewicz A., Milewski G.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2016

|

Vol. 18, no. 1

87--95

EN

Purpose: The aim of this paper is to present the novel model for the functional spinal unit and spine designed as a rigid mechanism and solve it with methods commonly used in robotics. Method: The structure of the intervertebral joint is analyzed with special attention paid to elements defining the displacements in the joint. The obtained mechanism is then numerically solved using a constraint equations method. Results: The input data set for the simulation is prepared using the 3D scan of the lumbar spine. The simulation results show that the intervertebral joint mechanism can satisfy the ranges of flexion, lateral bending and axial rotation as compared with literature data. It is also possible to study complex, coupled displacements of the lumbar spine segment. Conclusions: Structural analysis of the functional spinal unit with methods common in robotics can eventually lead to better understanding of stabilizing and guiding mechanisms. The proposed mechanism can be used as a reference in the study of spine guidance. It can reproduce the angular displacements of the actual functional spine unit. It is also possible to expand the model to facilitate the analysis of a lumbar spine segment.

9

Numerical analysis of the risk of neck injuries caused by IED explosion under the vehicle in military environments

Mackiewicz A., Będziński R., Sławiński G., Niezgoda T.

Acta Mechanica et Automatica

|

2016

|

Vol. 10, no. 4

258--264

EN

As a result of an explosion under a military vehicle, the risk of threat to life and health of the crew increases. Examination of this event in terms of the security of soldiers comes down to a complex analysis of the mutual interaction of the body of a soldier, seating and structural elements of the vehicle. As a result, shock wave impacts can cause tremor resulting from the construction of the vehicle and acceleration of the passenger's body. This study attempts to analyze the impact of an explosion of an improvised explosive device (IED) under the military vehicle with the risk of cervical spine injuries of soldiers. The analysis was carried out using numerical methods in the LS-DYNA program and was carried out taking into account the variable displacement values and acceleration recorded during the\ explosion. The study used a model of the body of a soldier in the form of a Hybrid III 50th Male Dummy.

10

Inercyjny system pomiarowy do obiektywnej oceny biernej podatności kręgosłupa na rozciąganie

Klimowski K., Staniszewski J., Drużdżel A., Bryl A., Sauer P.

Medical Robotics Reports

|

2015

|

vol. 4

24--30

PL

Przedstawiony artykuł jest studium nad problemem wykorzystania inercyjnego systemu pomiarowego w obiektywnej ocenie biernej podatności kręgosłupa na rozciąganie. Przeprowadzone badania miały na celu sprawdzenie, czy zaproponowany system może zostać wykorzystany do oceny zagadnienia rozciągliwości kręgosłupa. W artykule zaproponowano pomiar orientacji punktów odniesienia położonych w pobliżu osi kręgosłupa, jako najlepszą metodę oceny efektywności pojedynczego zabiegu. Metoda analizy zakłada wykorzystanie 10 punktów odniesienia umieszczonych po obu stronach kręgosłupa w płaszczyźnie osi czołowej człowieka.

EN

This paper studies the problem of the use of the inertial measurement system in an objective assessment of passive vulnerability of spine stretching. The aim of the research was to establish whether the proposed system can be used to assess an issues of spine extensibility. In this paper it has been suggested to use the measurement of the orientation of the reference points which are located near the spinal axis as the best method for assessing the eff ectiveness of a single treatment. The analytical method involves using 10 reference points located on the both sides of the spine in the coronal plane of the body.

11

A finite element model of the L4-L5-S1 human spine segment including the heterogeneity and anisotropy of the discs

Jaramillo H., Gomez L., Garcia J. J.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2015

|

Vol. 17, no. 2

15--24

EN

With the aim to study disc degeneration and the risk of injury during occupational activities, a new finite element (FE) model of the L4-L5-S1 segment of the human spine was developed based on the anthropometry of a typical Colombian worker. Beginning with medical images, the programs CATIA and SOLIDWORKS were used to generate and assemble the vertebrae and create the soft structures of the segment. The software ABAQUS was used to run the analyses, which included a detailed model calibration using the experimental step-wise reduction data for the L4-L5 component, while the L5-S1 segment was calibrated in the intact condition. The range of motion curves, the intradiscal pressure and the lateral bulging under pure moments were considered for the calibration. As opposed to other FE models that include the L5-S1 disc, the model developed in this study considered the regional variations and anisotropy of the annulus as well as a realistic description of the nucleus geometry, which allowed an improved representation of experimental data during the validation process. Hence, the model can be used to analyze the stress and strain distributions in the L4-L5 and L5-S1 discs of workers performing activities such as lifting and carrying tasks.

12

Stanowisko do badania momentów sił mięśniowych zginaczy i prostowników tułowia

Lićwinko A., Piszczatowski S.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2014

|

z. 8

93--98

PL

Pomiar momentów sił mięśniowych jest ważnym elementem diagnostyki i treningu sportowego. Stosowane w tym celu urządzenia muszą być dostosowane do specyfiki badanej grupy mięśniowej oraz warunków prowadzenia pomiaru. Przedmiotem pracy było opracowanie własnej konstrukcji urządzenia do pomiaru momentów sił mięśniowych zginaczy i prostowników tułowia. Realizację tego zadania poprzedziła analiza anatomii i biomechaniki kręgosłupa. Przedstawione rozwiązanie umożliwia pomiar w dwóch pozycjach: stojącej oraz siedzącej co znacznie ułatwia dostosowanie warunków pomiaru do indywidualnych potrzeb.

EN

Measurement of muscle torque is important factor in diagnostics and sport training. The main aim of the presented research was elaboration of the own project of the station for measurement torques of trunk flexors and extensors. This was leaded by deep analysis of the anatomy and biomechanics of the spine. Another important element was review and analysis of available solutions for equipment designed for measurement trunk flexors and extensors torques. During the analysis the need for construction that allows measurement in both standing and seating position were specified.

13

Research of cyclist’s spine dynamical model

Griskevicius J., Linkel A., Pauk J

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2014

|

Vol. 16, no. 1

37--44

EN

The purpose of the paper is to present a dynamic model of bicyclist’s lumbar spine for the evaluation of linear and angular variation of intervertebral distance in sagittal plane. Ten degrees of freedom biomechanical model of the spine was solved numerically. Larger loads acting on a cyclist spine occur mostly while sitting in a sport position in comparison with recreation or middle sitting. The load on lumbar spine region is influenced by cycle’s tire pressure, road bumps and wheeling speed. The biggest linear and angular displacements were found between L4–L5 vertebras. The biggest load protractile spine muscle experiences in the sport sitting position. Maximum vertebrae rotation and linear variation values in wheeling regime with 1.5 Bar tyres pressure and at a speed of 10 km/h are 0.46° and 0.46 mm. Maximum vertebrae rotation and linear variation values for a 23 year old, 1.74 m high and 73 kg of mass (bicycle mass ~ 7 kg) man in wheeling regime with 3.5 Bar tyres pressure and at a speed of 30 km/h are 3.9° and 1.23 mm. The biggest variation of rotation in sagittal plane between two nearest lumbar spines is about 1°. Because of this displacement the frontal part of last mentioned disc is compressed with 530 N more and dorsal disc part as much less.

14

Loading rate effect on mechanical properties of cervical spine ligaments

Trajkovski A., Omerovic S., Krasna S., Prebil I.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2014

|

Vol. 16, no. 3

13--20

EN

Mechanical properties of cervical spine ligaments are of great importance for an accurate finite element model when analyzing the injury mechanism. However, there is still little experimental data in literature regarding fresh human cervical spine ligaments under physiological conditions. The focus of the presented study is placed on three cervical spine ligaments that stabilize the spine and protect the spinal cord: the anterior longitudinal ligament, the posterior longitudinal ligament and the ligamentum flavum. The ligaments were tested within 24-48 hours after death, under two different loading rates. An increase trend in failure load, failure stress, stiffness and modulus was observed, but proved not to be significant for all ligament types. The loading rate had the highest impact on failure forces for all three ligaments (a 39.1 % average increase was found). The observed increase trend, compared to the existing increase trends reported in literature, indicates the importance of carefully applying the existing experimental data, especially when creating scaling factors. A better understanding of the loading rate effect on ligaments properties would enable better case-specific human modelling.

15

Evaluation of the reliability of a new non-invasive method for assessing the functionality and mobility of the spine

Topalidou A., Tzagarakis G., Souvatzis X., Kontakis G., Katonis P.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2014

|

Vol. 16, no. 1

117--124

EN

For the evaluation of the functionality and mobility of the spine, several methods have been developed. The purpose of this study was to estimate the test-retest reliability of the Spinal Mouse, a new, non-invasive, computer-assisted wireless telemetry device for the assessment of the curvatures, the mobility and the functionality of the spine. Materials and methods: the test-retest reliability was evaluated in 50 adults with back or low back pain. Twenty four parameters were studied in the sagittal and frontal plane. For the characterization of the precision, the intraclass correlation coefficient and the standard error of measurement were used. Results: in the sagittal plane, 22 of the 24 parameters showed high and good reliability, while only two fair and poor. In the frontal plane, 17 parameters showed high and good reliability, five fair and two poor. Discussion: the Spinal Mouse showed excellent test-retest reliability in the sagittal plane, while a slightly inferior performance in the frontal plane, for the evaluation of curvatures, deformation and mobility of the spine.

16

Dynamika procesu uwodnienia elementów segmentu ruchowego kręgosłupa

Zięty A., Żak M.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2012

|

z. 6

181--186

PL

Wraz z wiekiem i spadkiem aktywności ruchowej, obniża się zdolność krążka międzykręgowego do zachowania prawidłowej koncentracji wody. Stanowi to jedną z przyczyn przyspieszających powstawanie zmian degeneracyjnych w czasie pracy kręgosłupa. W przedstawionej pracy wyznaczono dynamikę procesu uwodnienia elementów segmentu ruchowego kręgosłupa. Równocześnie ocenie poddano wpływ elementów kostnych i chrzęstnych na uwodnienie pierścienia włóknistego krążka międzykręgowego.

17

Stabilizatory oraz implanty krążka międzykręgowego kręgosłupa - przegląd konstrukcji

Skalski K., Skoworodko J., Gierzyńska-Dolna M.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2011

|

T. 22, nr 4

303-317

PL

W artykule scharakteryzowano sposoby leczenia dysfunkcji i urazów kręgosłupa oraz przedstawiono różne elementy konstrukcyjne stosowane w chirurgii kręgosłupa. Z uwagi na bardziej znaczący aspekt społeczny większą uwagę zwrócono na techniki leczenia inwazyjnego wykorzystujące stabilizatory i implanty krążka międzykręgowego. Przedstawiono różne rozwiązania stabilizatorów płytkowych i prętowych. W zakresie implantów międzytrzonowych omówiono rozwiązania konstrukcyjne dotyczące jądra miażdżystego i całego krążka międzykręgowego. Przegląd konstrukcji stabilizatorów i implantów wskazuje na tendencje rozwojowe idące w kierunku przywrócenia ruchomości implantowanego odcinka kręgosłupa. Rozwiązaniami spełniającymi powyższe oczekiwania są mobilne implanty krążka międzykręgowego.

EN

The methods of treating spinal dysfunctions and injuries were characterized and various components used in spinal surgery were presented in this article. More attention was paid to invasive treatment techniques using intervertebral disk stabilizers and implants due to their greater social significance. Various solutions of plate and rod stabilizers were presented. In the scope of interbody implants, design solutions pertaining to the nucleus pulposus and the entire intervertebral disk were discussed. The survey of stabilizer and implant designs indicates developmental tendencies in the direction of restoring mobility of the implanted segment of the spine. Mobile implants of the intervertebral disk are solutions fulfilling the above expectations.

18

Zastosowanie tomografii komputerowej w ocenie morfometrycznej kręgosłupa szyjnego pod kątem bio-stabilizacji

Ciupik L. F., Kierzkowska A., Jacek P.

Engineering of Biomaterials

|

2011

|

Vol. 14, no. 106-108

89--94

19

Porównanie właściwości mechanicznych jednowarstwowych próbek pierścienia włóknistego w odcinku piersiowym i lędźwiowym

Żak M.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2011

|

z. 5

185--188

PL

Pierścień włóknisty, wraz z jądrem miażdżystym, stanowi główny element budujący strukturę krążka miedzykręgowego. Na podstawie jednoosiowego testu mechanicznego określono podstawowe właściwościach mechanicznych zewnętrznej warstwy pierścienia włóknistego krążka międzykręgowego. Parametry mechaniczne określono zarówno w część przedniej jak i tylnej segmentu ruchowego dla odcinka piersiowego i lędźwiowego kręgosłupa.

EN

Annulus fibrosus with nucleus pulposus are the building structure of intervertebral disc. Using uniaxial tensile test were determined mechanical properties of outer single lamellar samples of annulus fibrosus. Experimental results were calculated for anterior and posterior margin of motion segments in thoracic and lumbar section of spine.

20

Analiza siły niszczącej płytki granicznej kręgów

Jaworska E., Niemiec K., Pezowicz C.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2011

|

z. 5

59--62

PL

W artykule zaprezentowano wyniki badań wybranych własności mechanicznych płytek granicznych kręgów pochodzących od 3 gatunków zwierząt (dzika, cielaka i kozy). Testy przeprowadzono na kręgach piersiowego i lędźwiowego odcinka kręgosłupa, zarówno dla górnej jak i dolnej powierzchni. Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych określono maksymalną siłę niszczącą oraz sztywność w zależności od odcinka kręgosłupa, położenia płytki granicznej oraz pochodzenia materiału badawczego.

EN

In the article selected mechanical properties of vertebral endplates of animal origin for 3 different species: boar, goat and calf obtained in examinations, were presented. The tests involved elements from 2 parts of spine (thoracic and lumbar) and from both sides of vertebrae (lower and upper endplates). Both the maximum failure force and stiffness were determined depending on the part of a spine, position of the endplate and the origin of the tested vertebrae.