Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

On the Important Meaning of Bio-Liquid Dynamic Viscosity Variations in the Lubrication Flows

Wierzcholski Krzysztof, Gospodarczyk Jacek

Tribologia

|

2022

|

nr 1

83--95

EN

The main topic of this paper refers to the numerous relations between the decrements of the dynamic viscosity of non-Newtonian bio-liquid lubricated human joints on the one hand and, on the other hand, with consequences resulting from various diseases such as low fitness and low skills of human limbs, joint unfitness, large wear of cooperating cartilage bio-surfaces. Additionally, this paper indicates the pharmacology methods performed in vivo to enhance the bio-liquid lubricant dynamic viscosity. After numerous experimental measurements, it directly follows that the collagen fibre, hyaluronate acid particle, power hydrogen ion concentration pH in lubricating bio-liquid and absorbability features of lubricated bio-surface have a direct and indirect significant influence on the bio-liquid dynamic viscosity values variations with interfacial energy distribution across the film thickness. The results presented in this paper are confirmed based on experimental measurements and analytical, numerical solutions of the load-carrying capacity, friction coefficient and bio-liquid dynamic variations performed for various human joints. These effects were simply disregarded in previous studies. The aforementioned problem has not been considered in contemporary research literature in the medical tribology domain to the Author's best knowledge. The results obtained should enable one to introduce more effective and accurate therapeutic protocols into the human joint treatment regimen. The results obtained have applications on a wide scale in spatiotemporal models in bio-tribology, biology and health science.

PL

Główny temat pracy dotyczy licznych związków pomiędzy spadkiem lepkości dynamicznej nienewtonowskiej biocieczy smarującej stawy człowieka z jednej strony a konsekwencjami powodowanymi przez różne choroby z drugiej strony, takimi jak: mała sprawność oraz zręczność kończyn, brak sprawności stawów, znaczne zużycie powierzchni chrząstki. Niniejsza praca przedstawia dodatkowo farmakologiczne metody powiększania in vivo lepkości dynamicznej smarującej cieczy biologicznej. Z licznych eksperymentalnych pomiarów wynika, że włókna kolagenowe, cząsteczki kwasu hialuronowego, potęgowa koncentracja jonów wodorowych pH w biologicznej cieczy smarującej oraz właściwości absorbcji smarowanej powierzchni chrząstki, mają istotny pośredni i bezpośredni wpływ na zmiany lepkości dynamicznej oraz rozkład energii wewnętrznej w poprzek grubości warstwy cieczy biologicznej. Przedstawione w pracy rezultaty potwierdzone zostały na podstawie eksperymentalnych pomiarów oraz analityczno-numerycznych obliczeń siły nośnej, współczynnika tarcia, zmian lepkości dynamicznej smarującej cieczy biologicznej, przeprowadzonych dla różnych stawów człowieka. We wcześniejszych badaniach takie efekty były pomijane. Według informacji autorów, rozpatrywany problem nie był rozpatrywany we współczesnych badaniach literaturowych tribologii medycznej. Przedstawione rezultaty umożliwią wykonywanie bardziej dokładnych leczniczych protokołów w trakcie wykonywania zabiegów dla stawów człowieka. Wyniki uzyskane w pracy znajdują zastosowanie na szeroką skalę w czasowo-przestrzennych modelach biotribologii oraz nauki o zdrowiu.

2

Application of digital image processing methods for obtaining contours of objects on ultrasound images of the hip joint

Ratushnyi Pavlo, Bilynsky Yosyp, Zhyvotivskyi Stepan

Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska

|

2021

|

T. 11, nr 2

22--25

EN

In this work, the problems of research of ultrasonic images of joints are formulated. It is that for early diagnosis of developmental disorders of the hip joints needs to take frequent pictures, and the least harmful to health is ultrasound. But the quality of such images is not sufficient for highquality automated measurement of geometric parameters and diagnosis of deviations. The ultrasound image of the hip joint is evaluated by quantifying the exact values of the acetabular angle, the angle of inclination of the cartilaginous lip, and the location of the center of the femoral head. To get these geometric parameters, you need to have clear images of objects. And for the operation of automated computer measurement systems, it is necessary to use such methods of pre-digital image processing, which would give clear contours of objects. Known and available image processing algorithms, in particular contour selection, face problems in processing specific medical images. It is proposed to use the developed method of sharpening to further obtain high-quality contour lines of objects. A mathematical model of the method is presented, which is a formula for converting the intensity values of each pixel of a digital image. As a result of this method, the noise component of the image is reduced, and the intensity differences between the background and the objects are increased, and the width of these differences is one pixel. The algorithm of a sequence of processing of ultrasonic images and features of its application have resulted. The results of the developed set of methods are given. The paper presents the results of processing the real image of the hip joint, which visually confirms the quality of the selection of objects on view.

PL

W pracy sformułowano problematykę badań ultradźwiękowych obrazów stawów. Polega ona na tym, że do wczesnej diagnostyki zaburzeń rozwojowych stawów biodrowych konieczne jest częste wykonywanie zdjęć, a najmniej szkodliwe dla zdrowia są badania USG. Jednak jakość uzyskanych obrazów nie jest wystarczająca do tego, by z wysoką jakością przeprowadzić automatyczne pomiary parametrów geometrycznych i diagnostykę odchyleń. Obraz ultrasonograficzny stawu biodrowego ocenia się poprzez ilościowe określenie dokładnych wartości kąta panewki, kąta nachylenia warstwy chrzęstnej i położenia środka głowy kości udowej. Aby uzyskać te parametry geometryczne, musisz konieczne są wyraźne obrazy obiektów. Do obsługi zautomatyzowanych komputerowych systemów pomiarowych konieczne jest stosowanie takich metod przedcyfrowego przetwarzania obrazu, które dawałyby wyraźne kontury obiektów. Znane i dostępne algorytmy przetwarzania obrazu, w szczególności wybór konturu, napotykają problemy w przetwarzaniu określonych obrazów medycznych. Proponuje się wykorzystanie opracowanej metody wyostrzenia w celu dalszego uzyskania wysokiej jakości konturów obiektów. Przedstawiono model matematyczny metody będący formułą do przeliczania wartości natężenia każdego piksela obrazu cyfrowego. W wyniku tej metody zmniejsza się składowa szumu obrazu, a różnice intensywności między tłem a obiektami są zwiększane, a szerokość tych różnic wynosi jeden piksel. Opracowano algorytm kolejności przetwarzania obrazów ultradźwiękowych i cechy jego zastosowania. Podano wyniki opracowanego zestawu metod. W pracy przedstawiono wyniki przetwarzania rzeczywistego obrazu stawu biodrowego, co wizualnie potwierdza jakość doboru obiektów widzenia.

3

Application of statistical analysis and functional assessment tests in patients after trochanteric fractures treated surgically in an individual rehabilitation programme

Skowronek Robert, Zawora Józef, Kwiatkowski Krzysztof, Skalski Konstanty

Acta Mechanica et Automatica

|

2021

|

Vol. 15, no. 3

132--142

EN

Physiotherapeutic procedures after surgical treatment of trochanteric fractures of femurs are a very important element of a post-operative management because they have a significant influence on the final result of physiotherapy. This is due to the nature of the frac-ture and the frequency of its occurrence. The aim of the work is, in particular, to determine the relationship between functional assessment scales in patients after trochanteric fractures treated surgically using extended statistical analysis including regression equations. Statistical analysis included a group of patients, which participated in a specialized programme of a post-operative procedure, called the ‘Individual’ Group. The matrix of research results, calculations of basic statistical measures, such as position, variability, interdependence, asymmetry and concentration were presented for this group. Regression equations representing the relationships between the considered variables, in particular concerning the applied scales and post-operative tests, were presented. Their purpose, mathematical interpretation, results of calculations and statistical tests were discussed. Attention was paid to the high correlation between the Parker and Mobility tests. The extended statistical analysis makes it possible to create an own system for assessing the treatment results of patients after trochanter-ic fractures are treated surgically.

4

3D kinematic analysis of patients’ gait before and after unilateral total hip replacement

Kolářová Kateřina, Vodička Tomáš, Bozděch Michal, Repko Martin

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2020

|

Vol. 22, no. 2

165--171

EN

Purpose: The purpose of the study was to describe changes in the kinematic parameters in the patients’ gait after total hip replacement. Methods: Research group of men in the end stage of osteoarthritis indicated to the THR (n = 10; age 54.1 ± 7.5 years; weight 92.2 ± 9.6 kg; height 179.7 ± 5.9 cm). All participants underwent a total of three measurements: before surgery, 3 and 6 months after the surgery. Using the 3D kinematic analysis system, the patients’ gait was recorded during each measurement session and kinematic analysis was carried out. The parameters that were monitored included the sagittal range of motion while walking in the ankle, the knee and the hip joints of the operated and the unoperated limb, and the range in the hip joint’s frontal plane, the rotation of pelvis in the frontal and transverse planes, as well as the speed of walking and the walking step length. Results: Significant increases were found in sagittal range of motion in the operated hip joint, sagittal range of motion in the ankle joint on the unoperated side and in the walking step length of the unoperated limb. Conclusions: During walking after a THR, the sagittal range of motion in the ankle of the unoperated limb increases. Also, the range of motion in the sagittal plane on the operated joint increases, which is related to the lengthening of the step of the unoperated lower limb.

5

Assessment of Tribological Properties of Ti13Nb13Zr Titanium Alloy Used in Medicine

Piotrowska Katarzyna, Madej Monika, Ozimina Dariusz

Tribologia

|

2019

|

nr 3

97--106

PL

Celem niniejszej pracy była ocena zużycia biomateriałów tytanowych stosowanych na elementy endoprotezy stawu biodrowego. Materiałem do badań były próbki z tytanu i jego stopów: Ti grade 4, Ti6Al7Nb i Ti13Nb13Zr. Modelowe badania tribologiczne przeprowadzono w ruchu posuwisto-zwrotnym w warunkach tarcia technicznie suchego, tarcia ze smarowaniem roztworem sztucznej krwi oraz roztworem Ringera. Przeciwpróbką w badanych węzłach tarcia była kulka z Al2O3 o średnicy 6 mm. Za pomocą elektronowej mikroskopii skaningowej obserwowano ślady wytarcia po testach tribologicznych. Mikroskop konfokalny z trybem interferometrycznym posłużył do oceny zużycia powierzchni próbek i przeciwpróbek. Najmniejsze współczynniki tarcia spośród wszystkich badanych skojarzeń materiałowych uzyskano dla skojarzenia materiałowego– stop Ti13Nb13Zr-Al2O3. Analiza SEM wykazała, że w wyniku procesu zużywania generowane były liczne rysy i bruzdy. Powstały one na skutek przemieszczania się luźnych produktów zużycia w obszarze wytarcia. Dla wszystkich badanych materiałów zaobserwowano spiętrzenie obrzeży krawędzi śladów wytarcia świadczące o ściernym mechanizmie zużycia. Podczas testów tarciowych badanych skojarzeń materiałowych najbardziej zużywającym się materiałem była tytanowa tarcza. W przypadku stopów Ti6Al7Nb oraz Ti13Nb13Zr zarejestrowano porównywalne zużycie bez względu na warunki prowadzenia testów (TDF, AB, RS). Analiza otrzymanych wyników badań tribologicznych wykazała, że skojarzeniem, dla którego zarejestrowano najmniejsze zużycie pary trącej (próbki i przeciwpróbki), było skojarzenie materiałowe Ti6Al7Nb-Al2O3.

EN

The aim of this study was to evaluate the wear and tear of titanium biomaterials used for hip endoprosthesis. The test materials were samples of titanium and its alloys: Ti grade 4, Ti6Al7Nb and Ti13Nb13Zr. Model tribological tests were carried out in reciprocal motion under conditions of technically dry friction, friction with lubrication provided by an artificial blood solution and Ringer's solution. A 6 mm in diameter Al2O3 ball was used as a counter-sample in the friction pairs. After tribological tests, traces of wear were inspected using scanning electron microscopy. A confocal microscope with interferometric mode was used to evaluate the wear of the surface of samples and counter-samples. The lowest friction coefficients among all the material associations were obtained for the Ti13Nb13Zr-Al2O3 alloy. SEM analysis has shown that as a result of the wear process, numerous scratches and grooves were generated. They were created as a result of loose products of wear moving around in the friction area. For all tested materials, a pile-up of the wear edges was observed, which indicates an abrasive wear mechanism. During the friction tests of the tested material associations, the titanium disc proved to be the most wearing material. For Ti6Al7Nb and Ti13Nb13Zr alloys, comparable wear was recorded regardless of the test conditions (TDF, AB, RS). The analysis of the obtained tribological results showed that the material association for which the lowest wear of friction pair (sample and countersample) recorded was Ti6Al7Nb-Al2O3.

6

Strenghth analysis of hip joint replacement revision implant

Skowronek Paweł, Twardoch Krzysztof, Skawiński Piotr, Żołnierz Marcel

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2019

|

Vol. 57 nr 1

235--248

EN

The subject of the article is the evaluation of the strength of revision implants made of titanium or tantalum alloy, used during bone reconstruction of a hip joint while potentially using additional stabilizing screws, necessary due to significant bone loss. The article provides a preliminary strength analysis of implants, indispensable for further evaluation of strength limitations due to the risk of implant damage depending on the structure and number of additional screw holes. In the human locomotor system, the hip joint is the joint with the most load, hence the main problem is to establish an adequate load model which ought to be assumed for the needs of implant strength analysis. It is found necessary to perform a short, analytical review of the existing hip joint load models from the point of view of choosing the proper one, considering evaluation of implant strength by means of numerical studies using FEM. Differences in the implant load distribution depending on the used material are shown.

7

Zjawiska biomineralogiczne w endoprotezach stawu biodrowego

Pawlikowski M.

Auxiliary Sciences in Archaeology, Preservation of Relics and Environmental Engineering

|

2018

|

nr 25

71--88

PL

Wykonano badania elementów endoprotez stawu biodrowego pod kątem starzenia się materiałów, rozpoznania struktur stosowanych metali oraz cementów służących do fiksacji endoprotez. Badaniom poddano także „zużyte" elementy endoprotez po różnych okresach ich funkcjonowania. Stwierdzono, że starzenie się polimerów prowadzi to ich spękania przez co skraca się czas prawidłowego funkcjonowania panewek i całych sztucznych stawów. W „pracujących” elementach metalowych (głowy endoprotez) zaobserwowano w stali wtrącenia mikro żużelków, które po wykruszeniu się ze stali pod czas stawu biodrowego niszczą gładź powierzchni głowy endoptotezy oraz wewnętrzna powierzchnię panewki. Długotrwałe obciążenie panewek prowadzi do zmiany struktury atomowej polipropylenu z którego wykonane są panewki. To pociąga za sobą szybsze niszczenie obciążanej panewki. Badane, dwuskładnikowe cementy fiksujące endoprotezę zawierały banieczki powietrza, co jest efektem mieszania składników. Ich obecność osłabia stabilizacje endoprotezy przyspieszając konieczność jej wymiany.

EN

Tests were performed on elements of hip joint endoprostheses regarding aging of the materials, structures of the metals as well as the cements used to fix the implant to the bone.“Worn out” elements of endoprostheses after different periods of functioning were also studied It was determined that aging of the polymers leads to their cracking, which shortens the time of proper functioning of the acetabula and the whole artificial joints. In the “working” metal elements (femoral heads) creation of micro slag bits in the steel was observed. Those bits break out from the steel during the functioning of the hip joint, damaging the surface finishing of the head of the implant and the inner surface of the acetabulum. Long-term load on the acetabula leads to changes in the atomic structure of the polypropylene that they are built of. That causes the acetabula to wear out faster. Two-component fixing cements that were tested contained air bubbles as a result of mixing the components. Their presence weakens the endoprostheses stabilization, accelerating the necessity to replace it.

8

Ocena niepewności pomiarów parametrów stawów biodrowych u dzieci

Gilewska G.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2017

|

Nr 54

67--69

PL

W artykule przedstawiono aspekty oceny niepewności pomiarów parametrów anatomicznych na obrazach radiologicznych. Oceny dokonano na podstawie pomiarów realizowanych z wykorzystaniem obrazów radiologicznych wykonanych w standaryzowanych projekcjach. Pomiary przeprowadzono za pomocą programu opracowanego do wyznaczania wybranych parametrów i wskaźników radiologicznych umożliwiających ocenę budowy stawu biodrowego u dzieci. Wykonano kilka serii pomiarowych dla pacjentów w różnym wieku. Dokonano oceny niepewności wyników pomiarów parametrów anatomicznych, takich jak kąt Wiberga (WB), kąt nachylenia panewki Sharpa (NP), kąt centrowania szyjki kości udowej (CS).

EN

The paper presents aspects of the evaluation of measurement uncertainty of anatomical parameters on radiological images. Measurements carried out on the basis of radiological images taken in standardized projections were evaluated. Measurements were made in a specially designed measurement program for selected radiographic parameters and indicators to assess the hip joint structure in children. Several measurement series have been made for patients of different ages. Factors influencing the uncertainty of anatomical parameters such as patient age, bone marrow pathology, and operator skills have been evaluated.

9

Disturbances of selected parameters for medical imaging systems

Gilewska G.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2017

|

R. 93, nr 12

10--13

EN

The paper presents to aspects of measuring disturbances in the selected measurement systems based on digital radiographic images. Systems using X-ray images of the ankle or hip joint and dedicated programs and measurements algorithms were selected. The author performed an analysis of the standard uncertainty of measurement. Significant differences in uncertainty levels for the various indicators were observed, and must therefore be interpreted independently.

PL

W artykule zostaną przedstawione aspekty zakłóceń pomiarów w wybranych systemach pomiarowych dotyczących zdjęć rentgenowskich. Do badań wybrano systemy wykorzystujące zdjęcia rentgenowskie stawów skokowych i biodrowych oraz własne programy i algorytmy pomiarowe. Przeprowadzono analizę poziomu niepewności standardowej pomiarów. Zaobserwowano znaczne różnice w poziomie niepewności dla różnych wskaźników i dlatego należy je interpretować niezależnie.

10

Hip joint and hip endoprosthesis biomechanics

Gryka J.

Journal of Technology and Exploitation in Mechanical Engineering

|

2017

|

Vol. 3, nr 1

21--27

EN

This article contains a description of the basic issues related to anatomy, loading of hip joint and its endoprosthesis research methods. The methods of testing and simulating hip joint loads, factors that influence the selection of parameters during the design of prostheses, typical solutions to engineering problems related to this topic are presented. The article concludes with short summary of the finite element method for the design of hip replacements.

PL

Artykuł zawiera opis podstawowych zagadnień związanych z anatomią, obciążeniami i metodami badawczymi dotyczących stawu biodrowego oraz jego endoprotezy. Przedstawione są sposoby badania i symulowania obciążeń w stawie biodrowym, czynniki wpływające na dobieranie parametrów podczas projektowania endoprotezy oraz typowe rozwiązania problemów inżynierskich związanych z tym tematem. Artykuł zakończony jest krótkim streszczeniem zastosowań metody elementów skończonych podczas projektowania endoprotezy stawu biodrowego.

11

Analiza obliczeń statystycznych czynników decydujących o postępach fizjoterapii w złamaniach krętarzowych

Skowronek R., Zawora J., Kwiatkowski K., Skalski K.

Inżynieria Powierzchni

|

2017

|

nr 4

3--10

PL

Planowanie zabiegów fizjoterapeutycznych po operacyjnym leczeniu złamań krętarzowych kości udowej jest ważnym elementem postępowania pooperacyjnego. Wynika to z charakteru złamania oraz częstotliwości jego występowania. Analiza statystyczna, w której weryfikacji poddane są różne zmienne, skale i testy oceny pooperacyjnej, pozwala na opracowanie nowych, skorelowanych i innowacyjnych zabiegów rehabilitacji. W badaniach statystycznych analizie poddano trzy grupy chorych o znacznej liczebności. W przykładowej analizie wariancji zaprezentowano obliczenia dla chorych z demencją. Ważną czynnością było opracowanie macierzy pomiarów (doświadczeń) oraz określenie korelacji między zmiennymi tej macierzy. Analizę wariancji uzupełniono o interpretację wyników testów/skal, które wskazały na ich efektywność Przedyskutowano korelację między zmiennymi niezależnymi, skalami i testami, wskazując na wysokie współczynniki korelacji: dla skali Parkera oraz skali zależności od pomocy przy chodzeniu i poziomu mobilności (r = 0,92746) oraz skali HHS i testu Trendelenburga (r = 0,87094).

EN

Planning physiotherapeutic procedures after surgical treatment of trochanteric fractures of a femoral bone is an important part of a postoperative management. This is due to the nature of the fracture and the frequency of its occurrence. Statistical analysis, in which various variables, scales and post-operative assessment tests are verified, allows the development of new, correlated and innovative rehabilitation procedures. Three groups of a significant number of patients were analyzed in statistical studies. In the exemplary variance analysis, the calculations for patients with dementia were presented. An important task was to develop a matrix of measurements (experiments) and to determine the correlation among the variables of this matrix. The variance analysis was supplemented with the interpretation of the results of tests/scales that indicated their effectiveness. The correlation between independent variables, scales and tests was discussed, indicating high correlation coefficients: for Parker’s scale and for t he scale of dependence on a walking aid and a mobility level (r = 0.92746) and also for the HHS scale and Trendelenburg’s test (r = 0.87094).

12

Effect of patient-specific model scaling on hip joint reaction force in one-legged stance – study of 356 hips

Hornova J., Kralj-Iglič V., Pedersen D. R., Daniel M.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2017

|

Vol. 19, no. 4

103--108

EN

Estimation of hip joint loading is fundamental for understanding joint function, injury and disease. To predict patientspecific hip loading, a musculoskeletal model must be adapted to the patient’s unique geometry. By far the most common and cost effective clinical images are whole pelvis plain radiographs. This study compared the accuracy of anisotropic and isotropic scaling of musculoskeletal model to hip joint force prediction by taking patient-specific bone geometry from standard anteroposterior radiograms. Methods: 356 hips from 250 radiograms of adult human pelvis were analyzed. A musculoskeletal model was constructed from sequential images of the Visible Human Male. The common body position of one-legged stance was substituted for the midstance phase of walking. Three scaling methods were applied: a) anisotropic scaling by interhip separation, ilium height, ilium width, and lateral and inferior position of the greater trochanter, b) isotropic scaling by pelvic width and c) isotropic scaling by interhip separation. Hip joint force in one-legged stance was estimated by inverse static model. Results: Isotropic scaling affects all proportions equally, what results in small difference in hip joint reaction force among patients. Anisotropic hip scaling increases variation in hip joint force among patients considerably. The difference in hip joint force estimated by isotropic and anisotropic scaling may surpass patient’s body weight. Conclusions: Hip joint force estimated by isotropic scaling depends mostly on reference musculoskeletal geometry. Individual’s hip joint reaction force estimation could be improved by including additional bone geometrical parameters in the scaling method.

13

The structural analysis of socket inlays of the hip endoprosthesis

Karpiński R., Jaworski Ł.

Journal of Technology and Exploitation in Mechanical Engineering

|

2016

|

Vol. 2, nr 1

36--39

EN

The paper presents results of the preliminary structural analysis of socket inlays model of the endoprosthesis of the hip joint. Basics of anatomy and biomechanical analysis of the hip joint were introduced. The prototype of socket inlay of the hip endoprosthesis was modeled using Solid Edge ST8 software. After determining physical properties of structural materials for socket inlays, the Finite Elements Analysis of the model was conducted using SolidWorks software under various load conditions. Finally the results of analysis were presented.

PL

W pracy przedstawiono wyniki wstępnej analizy strukturalnej wkładki endoprotezy stawu biodrowego. Zaprezentowano podstawowe informacje z anatomii oraz biomechaniki stawu biodrowego. Model wkładki endoprotezy wykonano z wykorzystaniem oprogramowania Solid Edge ST8. Po określeniu właściwości fizycznych materiałów stosowanych na wkładki endoprotezy przeprowadzono analizę Metodą Elementów Skończonych w programie SolidWorks dla różnych warunków obciążenia. Zaprezentowano uzyskane wyniki.

14

Badania termowizyjne obciążonego stawu biodrowego

Rusowicz A., Piwnik J.

Aparatura Badawcza i Dydaktyczna

|

2016

|

T. 21, nr 1

49--53

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań obciążonego stawu biodrowego. Staw biodrowy obciążano cyklami ćwiczeń gimnastycznych. Temperaturę w okolicach stawu monitorowano przy użyciu kamery termowizyjnej. Określono zmiany temperatury powierzchni skóry w wybranych miejscach.

EN

The article presents the results of the load of the hip. The hip joint is loaded cycle exercise. The temperature in the vicinity of the joint were monitored using a thermal imaging camera. Changes of skin surface temperature at selected locations are analyzed.

15

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

Karpiński R., Jaworski Ł., Zubrzycki J.

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2016

|

Vol. 10, nr 31

240--246

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.

16

Porównanie odporności na zużycie ścierne wybranych biomateriałów metalicznych przeznaczonych na komponenty endoprotez ortopedycznych

Zasińska K., Seramak T., Łubiński J. I.

Tribologia

|

2015

|

nr 6

187--198

PL

Rosnące z każdym rokiem zapotrzebowanie na endoprotezy stawów ortopedycznych przy jednoczesnym dążeniu do zwiększenia ich trwałości i wyeliminowania negatywnych skutków ubocznych produktów zużycia, które mogą wywoływać proces zapalny w tkankach determinuje potrzebę poszukiwania nowych biomateriałów bądź metody modyfikacji ich powierzchni. Nadrzędnym celem prowadzonych przez nas badań było oszacowanie intensywności zużycia ściernego biomateriałów obecnie stosowanych na pary trące w endoprotezach ortopedycznych oraz nowego stopu tytanu Ti13Nb13Zr w aspekcie zastosowania go na elementy trące endoprotez. Do badań użyto czterech biomateriałów metalicznych: stopu Ti13Nb13Zr, stali nierdzewnej 316 LVM, stopu CoCrMo oraz stopu Ti6Al4V. Materiałem przeciwpróbki był polietylen o ultrawysokiej masie cząsteczkowej (PE-UHMW). Oceny odporności na zużycie ścierne badanych biomateriałów dokonano na podstawie wyznaczania wartości współczynnika tarcia dla konkretnej pary trącej, zmierzenia profili chropowatości powierzchni oraz obserwacji mikroskopowych (LM).

EN

The demand for orthopaedic joint prosthesis is growing each year. Simultaneously striving to increase their durability and eliminate negative effects of wear products that can cause inflammation in the tissues determines the need to search for new biomaterials or methods for the modification their surfaces. The overall objective of our research was to estimate the intensity of abrasive wear in currently used biomaterials on the friction pairs in orthopaedic endoprosthesis and the intensity of abrasive wear of a new titanium alloy (Ti13Nb13Zr) in the aspect of its practical use on the friction pairs in orthopaedic prostheses. For the research purposes, the following four metallic biomaterials were used: Ti13Nb13Zr alloy, 316 LVM stainless steel, CoCrMo alloy, and Ti6Al4V alloy. The counter samples in each of the friction pairs were made from ultra-high molecular weight polyethylene (PE-UHMW). It is important to tribological tests on the samples of friction pairs and then on the elements of endoprostheses. Evaluation of the abrasive wear resistance of the tested biomaterials was based on the determination of the friction coefficient for the particular friction pair and the measurement of the profiles of the surface roughness and optical microscopy observations by means of a light microscopy (LM). The analysis of the research results shows that the Ti13Nb13Zr alloy has relatively good tribological properties and allows for obtaining a low frictional resistance in the friction pair with PE-UHMW. Furthermore, considering the favourable mechanical properties of the tested Ti13Nb13Zr alloy and its high biocompatibility with the human body, it seems to be the very perspective biomaterial for use for the longterm implants. The desire to improve its durability in the researched biotribological system leads to searching for methods for the modification its surface.

17

Ocena zużycia ściernego stopu Ti13Nb13Zr implantowanego jonami azotu, przeznaczonego na elementy trące w endoprotezach ortopedycznych

Zasińska K., Piątkowska A.

Tribologia

|

2015

|

nr 6

175--186

PL

Z uwagi na potrzeby społeczne, a zwłaszcza rosnące zapotrzebowanie na endoprotezy stawów biodrowego i kolanowego oraz uwzględniając fakt, że procesy tribologiczne odgrywają wiodącą rolę w procesie utraty stabilności endoprotez ortopedycznych i decydują o ich trwałości, uznano za celowe przeprowadzenie oceny wpływu implantacji jonowej na zużycie ścierne biostopu Ti13Nb13Zr. Do badań wykorzystano pary trące: nieimplantowany stop Ti13Nb13Zr/PEUHMW oraz implantowany jonami N+ stop Ti13Nb13Zr/PE-UHMW. Autorzy zastosowali implantację jonów N+ do stopu Ti13Nb13Zr w celu poprawy jego własności tribologicznych. Testy tribologiczne badanej pary trącej przeprowadzono z wykorzystaniem tribometru PT-3. W artykule przedstawiono wyniki badań chropowatości i falistości powierzchni badanych biomateriałów oraz ich obserwacje z wykorzystaniem mikroskopu świetlnego (LM). Określono również wpływ implantacji jonowej badanego stopu Ti na intensywność jego zużycia pod kątem jego praktycznego zastosowania na pary trące w endoprotezie stawu biodrowego. Analiza wyników wskazała, że przy zadanych parametrach procesu implantacji jonowej implantowane próbki zużywają się znacznie wolniej niż próbki nieimplantowane.

EN

Due to social needs, and especially the growing demand for the hip and knee prostheses and taking into account the fact that the tribological processes play a leading role in the loss of the stability of orthopaedic prostheses and determines their durability, it was considered to be important to assess the impact of the ion implantation on the abrasive wear of Ti13Nb13Zr bio-alloy. For the study, the following friction pairs were used: not implanted Ti13Nb13Zr alloy/PE-UHMW, and Ti13Nb13Zr alloy/PE-UHMW implanted with N+ ions. For the tribological tests, a Ti13Nb13Zr alloy was selected for several reasons: It contains no potentially toxic elements; it has a Young's modulus that is similar to the modulus of bone, with good mechanical properties and a medical certificate for use. The preliminary tribological tests of the Ti alloy carried out earlier by the authors revealed its low resistance to abrasive wear. Therefore, the authors applied the ion implantation of N+ ions to Ti13Nb13Zr alloy in order to improve its tribological properties. The tribological tests of the friction pairs were carried out by means of a PT-3 tribometer. In the article, the tests results of the roughness and waviness and the observations of friction surfaces of the tested biomaterials carried out by means of the light microscope (LM) were presented. The impact of the ion implantation of the investigated Ti alloy on its wear intensity in the aspect of its practical use on friction pairs in the hip replacement was also determined. The result analysis indicated that, for the assumed parameters of the ion implantation process, the implanted samples wear out much more slowly than the non-implanted samples.

18

Analiza procesów tribologicznych występujących w skojarzeniu panewka–główka endoprotezy stawu biodrowego

Niemczewska-Wójcik M., Piekoszewski W.

Tribologia

|

2015

|

nr 6

81--92

PL

W pracy przedstawiono staw biodrowy jako idealne biołożysko. Omówiono przyczyny uszkodzenia naturalnego stawu biodrowego człowieka oraz sposoby przywrócenia utraconych funkcji, w tym alloplastykę stawów. W części badawczo- -analitycznej pracy omówiono przyczyny obniżenia trwałości endoprotez stawu biodrowego w oparciu obadania własne in vitro. Przedmiotem badań było skojarzenie panewka–główka endoprotezy stawu biodrowego. Powierzchnie badanych elementów zostały przygotowane zgodnie z wytycznymi norm. Badania tribologiczne przeprowadzono w otoczeniu płynu Ringera. Badania stanu powierzchni przed i po eksploatacji przeprowadzono na trzech urządzeniach: współrzędnościowej maszynie pomiarowej, mikroskopie interferometrycznym oraz skaningowym mikroskopie elektronowym. Wyniki przeanalizowano pod kątem procesów tribologicznych (mechanizmów zużycia) występujących w skojarzeniu polimerowa panewka–metalowa główka endoprotezy stawu biodrowego.

EN

The paper presents a hip joint as an ideal system. The causes of the damage to a natural human hip joint and the ways of restoring its lost functions along with hip joint alloplasty are discussed. In the research part of this paper, based on in vitro study, the reasons for the loss of artificial hip joint durability are described. The subject of the research was the socket-andball friction pair, making the elements of a hip joint endoprosthesis. The surfaces of the analysed samples were prepared in accordance with the guidelines of the standards. The tribological tests were conducted in the environment of Ringer's solution. The examination of the surface topography before and after tribological tests was carried out with three units: a coordinate measurement machine, white light interferometry, and a scanning electron microscope. The results were analysed in terms of tribological processes (wear mechanisms) occurring in the friction pair consisting of the polymer socket and the metal head of a hip joint endoprosthesis.

19

Dokładność wyznaczania parametrów stawów biodrowych dzieci na podstawie obrazów uzyskiwanych z wykorzystaniem promieniowania rentgenowskiego

Gilewska G.

Prace Instytutu Elektrotechniki

|

2015

|

Z. 268

65--71

PL

Poniższy artykuł prezentuje aspekty oceny dokładności wyznaczania parametrów stawów biodrowych dzieci z punktu widzenia pomiarów wybranych kątów i wskaźników anatomicznych. Podstawą prowadzonych pomiarów był opracowany program pomiarowy, wykorzystujący algorytmy przetwarzania obrazów. Dzięki temu programowi można prze-prowadzić identyfikację elementów anatomicznych układu kostnego na pod-stawie niezbędnych miejsc anatomicznych, nawet w warunkach gorszych parametrów wzrokowych zdjęć rentgenowskich. Przedstawiono również analizę pomiarów wykonywanych na podstawie cyfrowych radiogramów stawów biodrowych dzieci w projekcji przednio-tylnej i porównano je do dostępnych w literaturze norm wiekowych.

EN

This article presents aspects of assessing of the accuracy of determining of the parameters of the child hip joints for measurements of selected anatomical angles and indices. A developed computer program that uses image processing algorithms, has been the basis of these measurements. This program enables to identify of the skeletal system (on the basis of the necessary anatomical locations of the anatomical components), even in a worse visual parameters of X-ray images. The analysis of the measurement results performed on the basis of digital radiographs of the hip joints of children in the anteroposterior has been presented. The above results have been compared to age norms available in the orthopedic literature.

20

Wybrane problemy endoprotezoplastyki „custom-design" stawu biodrowego

Haraburda M., Kwiatkowski K.

Inżynieria Powierzchni

|

2015

|

nr 3

28--36

PL

W pracy przedstawiono metodyką tworzenia przez projektowanie konstrukcji endoprotezy dopasowanej do zmienionej anatomii stawu biodrowego po przebytym urazie. Założono, że geometria endoprotezy będzie uwzględniać paramenty anatomiczne związane z kością udową oraz z panewką stawu biodrowego, takie jak: kąty szyjkowo-trzonowy i przodoskręcenia, długość szyjki, położenie środków obrotów stawu, kąty inklinacji i antewersji. Ponadto trzpień endoprotezy powinien spełniać kryterium maksymalnego wypełnienia jamy szpikowej po osadzeniu w niej. Przedstawiony proces parametryzacji pozwoli finalnie zaprojektować endoprotezę na miarę (ang. custom-design) lub potencjalnie na optymalny jej dobór z katalogów wybranych producentów.

EN

The paper presents the methodology of proper anatomy reconstruction conducted, by means of a designed endoprosthesis matched to the changed anatomy of a hip joint which was damaged by a disease. It was assumed that the endoprosthesis geometry would take into account joint anatomical parameters connected with a famour bone and a pelvis bone such as: cervical-moral and front-rotation angles, neck length, location of the rotation centres of joints, inclination and anteversion angles. Moreover, endoprosthesis mandrel should meet the criterion of the maximum filling of a marrow cavity after having been matched in it. The presented process of endoprosthesis paramerization will finally allow to get custom-design or potentially to choose it optimally from the chosen producers catalogues.