Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Trabecular bone remodelling in the femur of C57BL/6J mice treated with diclofenac in combination with treadmill exercise

Lehmann Tomasz P., Wojtków Magdalena, Pruszyńska-Oszmałek Ewa, Kołodziejski Paweł, Pezowicz Celina, Trzaskowska Aleksandra, Mielcarek Sławomir, Szybowicz Mirosław, Nowicka Ariadna B., Nowicki Marek, Misterska Ewa, Iwańczyk-Skalska Ewa, Jagodziński Paweł, Głowacki Maciej

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2021

|

Vol. 23, no. 3

3--11

EN

Purpose: Analgesic treatment with diclofenac deteriorates bone structure and decreases biomechanical properties. This bone loss has been though to be reversed by training. The impact of exercise on bone treated with diclofenac (DF) has reminded elusive. In the present study, we assayed the combined impact of exercises and DF on mouse femur. Methods: The femur samples we obtained from 30 days treated C57BL/6J female mice. The training group ran on a horizontal treadmill at 12 m/min by 30 min a day (5% grade/slope). The group of ten mice treated with DF received the drug subcutaneously every day (5 mg/kg of body weight/day). The combined group ran on the treadmill and obtained DF. After 30 days, we sacrificed mice and studied their femurs using microcomputed tomography (µCT), dynamic mechanical analysis (DMA) and nanoindentation. Results: We observed that treadmill running and DF decreased trabecular bone volume and mineral density. Combined effect of training and DF was not additive. A significant interaction of both parameters suggested protective effect of training on bone loss provoked by DF. The femur cortical bone shell remained untouched by the training and treatment. The training and the DF treatment did not alter the storage modulus E’ significantly. The unchanged storage modulus would be suggesting on the unaltered bone strength. Conclusions: We concluded that even relatively short time of training with concomitant DF treatment could be protective on trabecular bone. Although viscoelastic properties of the entire femur were not modulated, femur trabecular tissue was thinned by treatment with DF and protected by training.

2

A cadaveric study on the rate of strain-dependent behaviour of human anterior cruciate ligament

Marieswaran M., Sikidar Arnab, Rana Abhishek, Singh Dilpreet, Mansoori Nasim, Lalwani Sanjeev, Kalyanasundaram Dinesh

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2021

|

Vol. 23, no. 1

45--57

EN

Purpose: Failure of anterior cruciate ligament often occurs in young sports personnel hampering their career. Such ACL ruptures are quite prevalent in sports such as soccer during dynamic loading which occurs at more than one rate of loading. In this work, a structural constitutive equation has been used to predict the forces acting on ACL for different rates of loading. Methods: Ligaments with distal femur and proximal tibia were subjected to tensile loading to avoid crushing of tissue ends and slipping at higher rates of strain. Custom designed cylindrical grippers were fabricated to clamp the distal femur and proximal tibial bony sections. To estimate parameters for the model, eighteen fresh cadaveric femur-ACL-tibia complex (FATC) samples were experimented on by pure tensile loading at three orders of rates of strain viz., 0.003, 0.03, and 0.3 s–1. The experimental force-elongation data was used to obtain parameters for De-Vita and Slaughter’s equation. The model was validated with additional tensile experiments. Results: Statistical analysis demonstrated failure stress, Young’s modulus and volumetric strain energy to vary significantly as a function of rate of strain. Midsection failure was observed only in samples tested at 0.03 s–1. Femoral or tibial insertion failure were observed in all other experiments irrespective of rate of strain. Conclusion: Human FATC samples were tensile tested to failure at three rates of strain using custom-designed cylindrical grippers. A structural model was used to model the data for the ACL behaviour in the linear region of loading to predict ligament behaviour during dynamic activities in live subjects.

3

Złamanie przezkrętarzowe kości udowej : numeryczna analiza stabilności

Słowiński J., Kudłacik K., Ziółkowski G.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2018

|

Vol. 7, nr 4

278--280

PL

Złamanie kości udowej to jeden z cięższych i często występujących urazów u osób powyżej 70. roku życia. Złamanie to bywa u osób w starszym wieku przyczyną znacznej niepełnosprawności, pogorszenia komfortu życia, a w niektórych przypadkach nawet śmierci. Tym samym niesie za sobą poważne reperkusje zdrowotne, społeczne i finansowe. Obecnie powszechną metodą stabilizacji złamań przezkrętarzowych kości udowej jest zespolenie za pomocą gwoździa krętarzowego. Stosuje się przy tym wiele wariantów gwoździ wraz z różnymi metodami ich blokowania. Celem przedstawionej analizy była ocena stabilności zespolenia złamania przezkrętarzowego stabilnego kości udowej, zrealizowanego za pomocą gwoździa krętarzowego firmy ChM w dwóch wariantach: ze śrubą szyjkową i pinem derotacyjnym oraz z samą śrubą szyjkową. Motywacją do niniejszych działań było pytanie, jakie pojawia się w pracy klinicznej i które dotyczy faktycznego udziału pinu derotacyjnego w przenoszeniu obciążenia w układzie implant – kość. Analizowane w pracy złamanie przezkrętarzowe – typ I i II wg klasyfikacji Kyle’a to odpowiednio złamanie stabilne bez przemieszczeń i odłamów oraz złamanie stabilne z przemieszczeniem i odłamaniem krętarza mniejszego.

4

Leczenie złamań szyjki kości udowej

Cwanek J., Trybuchowicz A., Ciećkiewicz A., Bać D.

Problemy Nauk Stosowanych

|

2017

|

T. 6

119--126

PL

Wstęp i cele: Starość jest naturalnym procesem fizjologicznym. W wieku geriatrycznym stwierdza się (między innymi): zmniejszoną wydolność fizyczną, osteoporozę, spowolnienie psychoruchowe, występowanie upadków z „własnej wysokości”. Konsekwencją upadków może być przerwanie ciągłości kości. Do najtrudniejszych w leczeniu należą złamania szyjki kości udowej, występujące najczęściej między 7-9 dekadą życia. Celem pracy jest podanie metod leczenia złamań szyjki kości udowej w grupie pacjentów pomiędzy 51-100 rokiem życia. Materiał i metody: Materiał badań stanowiło 345 pacjentów leczonych z powodu złamań szyjki kości udowej w latach 2013-2015 (252 kobiet i 93 mężczyzn). Analizowano średni wiek mężczyzn i kobiet, ilość złamań występujących w poszczególnych miesiącach, stronę złamania, okres hospitalizacji w zależności od stosowanego leczenia. Wyniki: Średni wiek kobiet wynosił 80,3 (s=10,8), mężczyzn 75,5 lat życia (s=8,6). Złamania częściej rozpoznano po stronie lewej (u 208 leczonych) i w miesiącach: styczniu oraz lutym (w sumie u 96 poszkodowanych), następnie w listopadzie i w grudniu (u 80 pacjentów), znacznie rzadziej od maja do października (po kilkanaście złamań w każdym miesiącu). Leczeniu operacyjnemu poddano 332 pacjentów (96,2% ogółu chorych). Metodami nieoperacyjnymi leczono 13 chorych. Sztuczne stawy biodrowe wszczepiono 319 pacjentom (połowicze 191, całkowite 128 chorym). U pozostałych 13 pacjentom złamane zespolono metalem (6 chorym płytą DHS, 4 śrubami gąbczastymi, 3 prętami Endera). Najstarszą grupę pacjentów stanowili chorzy leczeni metodami nieoperacyjnymi (x=87,5 lat życia; s=7,1), następnie pacjenci którym implantowano połowicze sztuczne stawy biodrowe (x=80,7 lat; s=5,1). Średni wiek chorych, którym wszczepiono całkowite endoprotezy biodra wynosił 77,0 lat życia (s=6,3). Najmłodszą grupę stanowili pacjenci, którym złamaną szyjkę kości udowej zespolono metalem (x=60,0 lat; s=5,2). Prawie 13 dni hospitalizowani byli w szpitalu chorzy którym wszczepiono całkowite sztuczne stawy biodrowe (x=12,9 dni; s=5,1). O półtora dnia krócej przebywali w szpitalu pacjenci którym implantowano połowicze sztuczne stawy biodrowe (x=11,3 dni; s=5,2). Wszyscy chorzy, którym wszczepiono całkowite i połowicze sztuczne stawy biodrowe, w dniu wypisu ze szpitala, poruszali się samodzielnie z pomocą dwóch lasek łokciowych lub balkonika. Najkrócej hospitalizowani byli pacjenci którym złamanie zespolono metalem (x=8,7 dni; s=4,8), o jeden dzień dłużej chorzy leczeni metodami nieoperacyjnymi (x=9,5 dni; s=5,1). Wnioski: Złamania szyjki kości udowej znacznie częściej występowały w grupie kobiet oraz w miesiącach „zimowych”. Najczęściej stosowaną metodą leczenia było wszczepienie endoprotezy biodra, w miejsce złamanej szyjki i usuniętej głowy kości udowej. Po implantacji sztucznego stawu można rozpocząć wczesną rehabilitację, która przywraca możliwość poruszania się w ciągu kilku dni po przebytym zabiegu. Leczenie metodami nieoperacyjnymi powinno być stosowane jedynie u pacjentów, którzy z powodu złego stanu zdrowia nie mogą być poddani zabiegowi operacyjnemu.

EN

Introduction and aims: Old age is a natural physiological process. Older people very often experience the following: psychomotor retardation, difficulties in walking, falling for no obvious reason, decreased physical fitness and osteoporosis. Frequent falling may cause breaking of the continuity of the bone. Proximal femur fractures occurring between the ages of 70-90 are the most difficult to treat. The objective of this paper is specifying treatment methods for femoral neck fractures in a group of patients between the ages of 51-100 (x=79,0; s=10,1). Material and methods: Research was performed on 345 patients treated in the years 2013-2015 due to femoral neck fractures (252 women and 93 men). Patients’ age, place of residence (city, countryside), number of fractures in particular months of the year, side of fracture and period of hospitalization depending on the applied treatment methods were all analysed. Results: The average age for women was 80,3 years (s=10,8), while the average age for men was 75,5 years (s=8,6). Fractures were more frequent on the left side (in 208 of patients). Fractures were more frequent in the following months: January and February (96 fractures in total), then in November and December (80 patients), and rarely in the period from May to October (several femoral neck fractures in each month). 332 patients underwent surgical treatment (96,2% of patients in total). Only 13 patients were treated using nonsurgical methods. Artificial hip joints were implanted to 319 patients (partial in 191 patients, complete in 128 patients). In the remaining 13 patients femoral neck fractures were fixed with metal (4 patients with spongy screws, 6 with DHS system and 3 with Ender nails). The oldest group of patients included patients treated using nonsurgical methods (x=87,5 years; s=7,1), then there were patients with partial artificial hip joints (x=80,7 years; s=5,1). The average age of patients, who had complete hip endoprosthesis implanted was 77,0 years (s=6,3). The youngest group were patients, who had their fractured femoral neck fixed with metal (x=60,0 years; s=5,2). Patients with complete hip endoprosthesis were hospitalized almost 13 days (x=12,9 days; s=5,1). Patients with partial artificial hip joints implanted stayed at the Orthopaedics Department over a day shorter (x=11,3 days; s=5,2). On the day of discharge all patients with artificial hip joints were moving on their own with the help of two crutches of a walker. Patients, who had their fractured femoral neck fixed with metal stayed at the hospital for the shortest period (x=8,7 days; s=4,8), i.e. a day longer than patients treated with nonsurgical methods (x=9,5 days; s=5,1). Conclusions: Femoral neck fractures are significantly more frequent in a group of women, patients living in the countryside and during winter months. The most commonly used method was implanting hip endoprosthesis in the place of a fractured neck and removal of the head. After implanting the artificial joint patients may start rehabilitation, which allows them to move on their own in just a few days after the surgery. Treatment with nonsurgical methods should be used in patients, who cannot undergo surgery due to bad condition of health.

5

Stress response of patellofemoral joint subjected to femoral retroversion with various patellar kinematics and flexions – An FEA study

Louis M. J., Malayalamurthi R.

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2017

|

Vol. 37, no. 2

316--325

EN

The purpose of this study is to observe the stress response of the patellofemoral joint associated with three patellar kinematics: shift, spin and tilt under femoral retroversion conditions. By assigning various flexions and different loads, the stresses were quantified in the bones, tendons, cartilages and cartilage–bone interface. Four different loads of 600, 657, 706 and 753 N were applied on 12 models representing each of the various kinematics of shifts, spins and tilts of the patella with femoral flexions of 30º, 60º, 90º and 120º which gave results for 48 analyses. The 'Q' angle of the femur bone was maintained at 14º with femoral retroversion of 21º. Based on the patellar kinematics, three different cases were modeled as (a) 5 mm shift 10º spin 4º tilt, (b) 10 mm shift 13º spin 8º tilt, and (c) 15 mm shift 16º spin 12º tilt. Medial shift, spin and tilt with femoral retroversion were limited in this study. The femoral displacement for 30º flexion at 600 N was found to be same in all the (a), (b), and (c) cases. Similarly, respective same displacements were achieved in all three cases when subjected to 60º flex at 657 N, 90º flex at 706 N and 120º flex at 753 N. From the simulated results it is inferred that femoral retroversion with case (b) kinematics susceptibly dominated by the cartilages causes patellofemoral joint pain, arthritis and instability due to the larger contact areas between the patella and femur bone at flexions 60º and 90º.

6

Biomechanical properties of hip implant with ceramics coating

Vinakurava A., Skrzat A.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2016

|

z. 88 [293], nr 1

65--72

EN

In this paper the results of investigations of biomechanical properties of transplantation of hip bone with ceramic coating are present ed. The finite element analysis of the stress-strain state of the femur bone after hip replacement surgery and full recovery period are carried out. A finite element model of the femur bone is obtained on the basis of tomographic data of 36 years old male patient. A transplant stem with ceramic coating based on A400 lateralized specification was analyzed. Stresses in the intact femur and femur after arthroplasty were determined. The effect of the reduction of bone density as the result of removal of normal stresses by an implant were analyzed. The study serves as a biomechanical basis for development of artificial prostheses and for clinical hip joint replacements.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań właściwości biomechanicznych przeszczepu kości biodrowej z powłoką ceramiczną. Przeprowadzono analizę metodą elementów skończonych stanu naprężeń i odkształceń kości udowej po zabiegu wymiany stawu biodrowego i po pełnym okresie rekonwalescencji. Model kości udowej wykorzystany do analizy metodą elementów skończonych otrzymano na podstawie danych termograficznych 36-letniego pacjenta. Analizie poddano rdzeń przeszczepu okryty powłoką ceramiczną na podstawie specyfikacji A400. Wyznaczono naprężenia w kości udowej nienaruszonej i po endoprotezoplastyce. Analizowano wpływ zmniejszenia gęstości kości jako wyniku usunięcia naprężeń normalnych przez implant. Badania stanowią podstawę biomechaniczną do opracowywania sztucznych protez stawu biodrowego i klinicznych wymian połączenia biodrowego.

7

An alternative approach for the interpretation of data from three-point bending of long bones

Kourkoulis S. K., Kouvaka A., Andriakopoulou C., Dontas I.

Engineering Transactions

|

2016

|

Vol. 64, iss. 4

401--407

EN

An alternative approach for elaborating the raw data obtained from three-point bending tests of long bones of Wistar rats is described. The aim of the study is to provide mechanical properties of the bone tissue which are independent of the bone geometric characteristics. The study is carried out experimentally ex vivo. It is indicated that ignoring the actual shape of the bone’s critical cross-section (i.e., the section where fracture occurs) and the inclination of the loading axis with respect to the principal centroidal axes of the critical section, may lead to erroneous results concerning the strength of the tissue.

8

Własności mechaniczne udowych kości bydlęcych o różnym stopniu uwodnienia

Szamatowicz B., Kajzer A.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2016

|

z. 10

75--80

PL

Celem pracy było określenie własności wytrzymałościowych bydlęcych kości udowych o różnym stopniu uwodnienia. Podczas realizacji pracy przeprowadzono statyczną próbę trójpunktowego zginania oraz statyczną próbę jednoosiowego ściskania. W konsekwencji wyznaczono wartości wytrzymałości na zginanie oraz ściskanie wszystkich grup badawczych. Stwierdzono, że zarówno stopień uwodnienia, jak i kierunek pobierania próbek znacząco wpływa na wartości własności wytrzymałościowych.

EN

The aim of the study was determinate the mechanical properties of femoral bovine bones with varying degrees of hydration. During the execution of the work conducted the static three-point bending test and a static uniaxial compressive test. Consequently, were determine the values of bending strength and ultimate compressive strength for the all research groups. It was stated that the degree of hydration and direction of sampling significantly alters the studies strength parameters.

9

A numerical comparative analysis of ChM and Fixion nails for diaphyseal femur fractures

Ivanov D., Barabash Y., Barabash A.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2016

|

Vol. 18, no. 3

73--81

EN

Purpose: Today intramedullary locked nails are widespread in treatment of diaphyseal long bone fractures of the lower limb. However, such nails have a number of drawbacks: complexity and duration of the installation, high axial stiffness, as well as the failure of locking screws and nail body. Expandable nails such as Fixion have several advantages over lockable ones. They can be quickly installed without the need of reaming and provide sufficient stabilization of the fracture. However, many studies show their low stability under torsional loads. Methods: In this paper, geometric characteristics of Fixion nail were investigated. Bone-nail systems (with Fixion and locked nail) under the influence of three types of loads were numerically studied. Two types of diaphyseal femoral fractures (type A and B in accordance with AO/ASIF classification) were examined. Results: It was revealed that Fixion nail provides axial stiffness of 489 N/mm for the fractures studied. Expandable nail showed higher compression at fragments junction than locked nail. Torsional stability of Fixion nail was also high. Corrosion was found on inner surface of Fixion nail. Conclusions: Fixion nail showed high stability under influence of the three loads studied. Corrosion on the internal wall of the nail may indicate its relatively low resistance to saline.

10

Biomechanics of distal femoral fracture fixed with an angular stable LISS plate

Pakuła G., Słowiński J., Ścigała K.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2013

|

Vol. 15, no. 4

57--65

EN

Fractures of the distal end of the femur are infrequent and constitute less than 1% of all fractures. Only 3% to 6% of femoral fractures occur at the distal end. The two groups most at risk of the said fractures are young men and older women. The aim of treatment of fractures of the distal femur is to restore normal function of the knee joint. The authors asked themselves whether, following fixation of a 33-C2 fracture (according to the AO classification) with a LISS plate, a rehabilitation program can be undertaken immediately after surgery with the implementation of active movements in the knee joint of the operated limb. In order to answer this question, we created a digital model of a fractured femur fixed with the LISS method. The model was subjected to loads corresponding to the loads generated during active lifting of a limb extended in the knee joint and during flexing of a limb in the knee joint to the 90° angle. Interfragmentary movement (IFM) is one of the key parameters taken into account in the treatment of bone fractures. It allows classification of the treatment in terms of its quality both from the mechanical and histological points of view. We analyzed interfragmentary movement in all fracture gaps. The largest recorded displacement reached in our model was 243 μm, which, in the light of the literature data, should not interfere with bone consolidation, and thus implementation of active movement in the operated knee joint (keeping in mind the simplifications of the experimental method used) is possible in the early postoperative period.

11

Wpływ kształtu endoprotezy na stan wytężenia i odkształcenia kości udowej

John A., Duda M., Kokot G.

Modelowanie Inżynierskie

|

2012

|

T. 13, nr 44

117-124

PL

W pracy przedstawiono wstępne wyniki analizy wariantowej kształtu endoprotezy. Ustalenie optymalnego kształtu ma zasadniczy wpływ na rozkład odkształceń i naprężeń, jak również na sztywność całego układu endoproteza-kość udowa. Modele kości udowych i endoprotez zostały stworzone z wykorzystaniem oprogramowania do obrazowania medycznego oraz oprogramowania do modelowania CAD. Endoproteza została zaprojektowana jako anatomiczna bezcementowa ze względu na silną krzywiznę osobniczą badanej kości udowej oraz jako model parametryczny ze względu na zapewnienie łatwego sterowania kształtem endoprotezy. Układy endoproteza-kość udowa, jak również kość udowa przed zabiegiem alloplastyki, zostały obciążone siłą mięśniową pochodzącą od mięśnia gluteusmedius [7]oraz siłą odpowiadającej masie górnej części ciała, tj.600N. Zadania były rozwiązywane w zakresie liniowo-sprężystym metodą elementów skończonych. Ze względu na określenie wpływu sposobu modelowania materiału struktur anatomicznych na otrzymane wyniki odkształceń i naprężeń przyjęto rozkład materiałowy jednorodny i niejednorodny.

EN

In this paper the preliminary analysis of shape of endoprosthesis on effort state of femur after alloplasty has been shown. Creating the prosthesis the control of bone's remodelling is possible by appropriate distribution of forces, especially in contact area. The important problem is to determine to what extent the shape of endoprosthesis influences bones' state. The parametric model of endoprosthesis was implanted into femur. In the next step FEM models were created and the analyses were conducted. The prosthesis was loaded by force corresponding to upper body's weight. The isotropic homogenous and heterogeneous material was used in model in order to specify the influence of the material properties on distributions of forces in contact area. The different values of materials data for the heterogeneous material (Young's modulus E) were establish by conversion of gray values of tomographic images.

12

Vibration characteristic of the femoral bone

Vosynek P., Navrat T., Houfek L.

Modelling and Optimization of Physical Systems

|

2012

|

z. 11

31--34

EN

The mechanical properties of the bone tissue are still important theme in many fields of the science. We can remind the problem of bone loss of astronauts in space, or osteoporosis, or quality of the bone remodelling after some trauma. So therefore the contribution deals with the different experimental method based on the vibrations, which could be useful for the investigation of the global mechanical properties of the bone tissue and the bone itself.

CS

Článek uvádí v souvislosti potřebu řešení biomechanických problémů v lidské společnosti. Konkrétně je zaměřena na oblast vibračnich charakteristik kostní tkáně, které mohou být nápomocny při určování její kvality v návaznosti na osteoporózu, připadně výsledek remodelačního procesu po traumatu. V článku jsou uvedeny dva přístupy k stanovení vibračních charakteristik. Pomocí rázového kladívka a budiče kmitů. Dále je vyšetřován vliv předzatižení a přenos vibrací přes závitové vložky, případně vruty.

13

Wpływ magnetostymulacji na patomorfologię mięśni szkieletowych, stawu biodrowego i kości udowej u szczurów z indukowanym eksperymentalnie lokalnym stanem zapalnym

Mrowiec J., Kozłowski W., Cieślar G., Sieroń A.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

2012

|

Vol. 18, nr 2

70-73

PL

Zmienne pola magnetyczne o niskich wartościach indukcji znalazły szerokie zastosowanie kliniczne, m.in. w leczeniu zespołów bólowych o różnej etiologii, chorób układu nerwowego, zaburzeń krążenia obwodowego, trudno gojących się ran i owrzodzeń oraz przewlekłych chorób zwyrodnieniowych i zapalnych układu kostno-stawowego. W dostępnej literaturze brakuje prac eksperymentalnych, przedstawiających wpływ zmiennych pól magnetycznych o niskich wartościach indukcji na strukturę poszczególnych elementów narządu ruchu zwierząt doświadczalnych w stanach fizjologii i patologii. Celem pracy była ocena wpływu magnetostymulacji na morfologię stawu biodrowego oraz okolicznych mięśni szkieletowych i kości udowej u szczurów z eksperymentalnie wywołanym miejscowym ostrym stanem zapalnym. Badaniami objęto 240 samców szczurzych, podzielonych na 4 grupy. Grupy I (kontrola bez stanu zapalnego) i III (kontrola ze stanem zapalnym) liczące po 24 szczury poddano ekspozycji pozorowanej. Grupy II (bez stanu zapalnego) i IV (z indukowanym stanem zapalnym) liczące po 96 szczurów, podzielono na 4 równe podgrupy, poddawane przez 14 dni codziennej, 36-minutowej ekspozycji w zmiennym polu magnetycznym o wartościach indukcji odpowiednio: 10, 60, 120 i 360 µT. W 7. i 14. dniu ekspozycji w polu oraz 7. i 14. dniu po jej zakończeniu, podczas sekcji pobierano prawy staw biodrowy, który po utrwaleniu w 10-procentowym roztworze formaliny i rutynowym barwieniu poddano ocenie histopatologicznej. Badania makroskopowe i mikroskopowe nie wykazały istotnych różnic morfologicznych badanych narządów zwierząt z indukowanym eksperymentalnie miejscowym ostrym stanem zapalnym, eksponowanych na działanie pola magnetycznego w porównaniu z grupą kontrolną, poddawaną ekspozycji pozorowanej, bez względu na wartość indukcji stosowanego pola magnetycznego. Uzyskane wyniki wskazują, że ekspozycja w zmiennym polu magnetycznym o niskich wartościach indukcji, stosowanym w magnetostymulacji nie powoduje istotnych zmian w strukturze mięśni oraz stawu biodrowego i głowy kości udowej szczurów z indukowaną eksperymentalnie miejscową, ostrą reakcją zapalną.

EN

The variable magnetic field with low values of induction found broad clinical application among others in treatment of pain syndromes of various etiology, diseases of nervous system, disturbances of cerebral circulation, chronic wounds and ulcers, as well as chronic degenerative and inflammatory diseases of muscular-skeletal system. In attainable literature there is lack of experimental researches introducing the effect of variable magnetic field with low value of induction on structure of particular element of motor system in physiologic and pathologic conditions. The aim of the study was to estimate the effect of magnetostimulation on morphology of hip joint, thigh bone and surrounding muscles in rats with experimentally-induced acute topical inflammation. Experiment was carried out on 240 male rats divided into 4 groups. Groups I (control without topical inflammation) and III (control with topical inflammation) consisting of 24 rats were exposed to sham-exposure. Experimental groups II (without topical inflammation) and IV (with topical inflammation) consisting of 96 rats, were divided into 4 equal subgroups exposed during 14 days to daily, 36-minute lasting exposure to variable magnetic field with induction values of: 10, 60, 120 and 360 µT, respectively. At 7th and 14th day of exposure cycle, as well as at 7th and 14th day after its completion, the right hip joint was collected during the autopsy, and subjected to fixation in 10 per cent solution of formaldehyde and staining, then submitted to histological examination. Both macroscopic and microscopic examination did not show any significant differences in morphology of analyzed organs in rats with experimentally-induced topical inflammation exposed to variable magnetic field, in comparison with control animals exposed to sham-exposure, regardless of induction value of applied magnetic field. The obtained results indicate that exposure to variable magnetic field with low value of induction applied in magnetostimulation does not develop any significant changes in structures of muscles, hip joint and head of thigh bone in rats with induced acute topical inflammation.

14

Zastosowanie MES w analizie układu wiertło chirurgiczne - kość udowa

Basiaga M., Paszenda Z.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2010

|

z. 4

17--22

PL

W pracy przeprowadzono analizę numeryczną układu wiertło chirurgiczne - kość udowa z wykorzystaniem MES w warunkach symulujących proces wiercenia w kości. Dla wytypowanej postaci konstrukcyjnej wiertła opracowano modele geometryczne narzędzi uwzględniające zróżnicowaną geometrię ich ostrza, jak i średnicę. Przyjęte dla potrzeb analizy warunki brzegowe odwzorowywały zjawiska zachodzące w układzie rzeczywistym. Uzyskane wyniki stanowią podstawę doboru własności mechanicznych tworzywa metalowego wierteł, jak odpowiedniej geometrii ich ostrza.

EN

This work concentrates on the numerical analysis of a surgical drill- femur system under conditions simulating the bone drilling process, using a finite element method. Geometrical models of the surgical tools of diverse geometry of the edge and diameters were worked out for selected drills. The applied boundary conditions reflected phenomena in real system with appropriate accuracy. The obtained results are a basis for improvement of the drills’ geometry and optimization of their mechanical properties.

15

FE model of metaphyseal wedge fracture fixation in extra-articular part of distal femura

Cihalova L., Kren J., Matejka J., Koudela K.

Modelling and Optimization of Physical Systems

|

2009

|

z. 8

11--16

EN

Fractures of distal femur are infrequent but devastating complications. For their treatment it is necessary to have a stable internal fixation. To choose suitable type of implant for concrete fracture is important problem in orthopedic practice. This study tries to suggest, which of four implants is most suitable to treat metaphyseal-wedge fracture in extra-articular part of distal femur. The FE deformable leg model with implemented implant models was used for this purpose. The model was loaded by static force corresponding to maximal loading during Walking. Distribution of implant von Misses stress was investigated.

CS

Nadkloubní zlomeniny distálního femuru objevující se po implantaci totální kolenní náhrady patří k nepříliš častým, ale závažným komplikacím vedoucí k nutnosti dlouhodobé rehabilitace. I když jejich výskyt není častý, je jim třeba věnovat pozornost. Jelikož s rostoucím věkem obyvatelstva roste počet provedených totálních kolenních náhrad a tedy i pravděpodobnost vzniku tohoto typu zlomeniny. Léčení těchto zlomenin závisí na kvalitě kostí, dispozicích pacienta a typu implantátu určeného pro fixaci zlomeniny. Postihnout všechny tyto aspekty v modelu je téměř nemožné. Proto v této studii byly brány v úvahu vlastnosti femorální kosti průměrného 70-letého muže. Tento věk odpovídá průměrnému věku, kdy je prováděna implantace totální kolenní náhrady. Pro modelování fixace zlomeniny byl použit konečno-prvkový model nohy skládající se z modelů kosti stehenní, lýtkové, holenní, Češky, kolenních vazů. Do tohoto modelu byly implantovány čtyři nově vytvořené konečně-prvkové modely implantátů. Tyto implantáty jsou v ortopedické praxi běžně využívány pro fixaci zlomenin distálního femuru. Celý model kosti s různými typy implantátů byl staticky zatížen silou odpovídající maximální síle působící na femorální kost během chůze po rovinaté podložce. Vhodnost implantátu byla usuzována z vyšetřování distribuce napětí von Misses. Bylo zjištěno, že napětí von Misses implantátu non-contact bridging plate je nejmenší v porovnání s dalšími třemi implantáty. Navíc tento implantát má několik dalších výhod. Je lehčí než dlahy z nerez oceli. Jeho implantace je šetrná k pacientovi. Navíc má úhlově stabilní fixaci šroubů uvnitř dlahy, což zamezuje pohybu šroubů uvnitř kosti po zatížení. Tedy implantát non-contact bridging plate se zdá nejvhodnějším pro léčení nadkloubní klínové zlomeniny distálního femuru.

16

Analiza biomechaniczna układu wiertło chirurgiczne - kość udowa

Paszenda Z., Basiaga M.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2009

|

z. 3

181--186

PL

Zasadniczym celem prezentowanej pracy była analiza biomechaniczna układu wiertło chirurgiczne - kość udowa w warunkach symulujących proces wiercenia w kości. Opracowano model geometryczny wiertła chirurgicznego o zróżnicowanej geometrii ostrza (2κ1 = 90° i 2κ2 = 120°) oraz krążka symulującego kość udową. Obliczenia przeprowadzono dla wiertła wykonanego ze stali X39Cr13. Efektem zrealizowanej analizy było wyznaczenie stanu odkształceń i naprężeń zredukowanych w części roboczej wiertła w funkcji obciążenia siłą F = 20-100 N i prędkością obrotową n = 2000 obr/min.

EN

The aim of the work was determination of biomechanical analysis of a surgical drill - bone system in simulated conditions of drilling in a bone. Geometrical models of the surgical drill of diverse geometry of the edge (2κ1 = 90° and 2κ2 = 120°) and the disc simulating femur were worked out. Calculations were carried out for the drill made of martensitic Steel (X39Cr13). The effect of numerical analysis was determination of strains and stresses in working part of the drill as a functional of the applied loading F = 20-100 N and rotational speed n = 2000 rpm.

17

Ocena różnic obciążenia kości udowej po implantacji endoprotezy cementowej i bezcementowej

Szarek A.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2007

|

z. 1

177--182

PL

W badaniach zaprezentowane zostaną różnice w naprężeniach kości udowej po implantacji endoprotezy stawu biodrowego. Do badań przyjęto dwa rodzaje trzpieni, różniących się od siebie zarówno geometrią jak i sposobem mocowania. Przeprowadzone badania pozwalają na określenie zjawisk zachodzących w obszarze kości udowej z wszczepionym trzpieniem oraz prognozować miejsca powstania ubytków kostnych. Weryfikacja badań numerycznych została dokonana przez analizę wyników badań klinicznych pacjentów po całkowitej alloplastyce stawu biodrowego.

EN

The investigations present differences in femoral bone stress after implantation of hip joint prosthesis. Two types of stems have been used for the tests. They differ from each other both with geometry and fixation pattern. The investigations enable the phenomena which occur in femoral bone area with implanted stem to be assessed and the locations of bone defects to be predicted. Verification of numerical tests has been performed by means of analysis of clinic trials after total alloplasty of hip joint.

18

Determinanty wpływające na destrukcję cementu kostnego łączącego kość udową z endoprotezą

Szarek A.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2007

|

z. 1

173--176

PL

Endoprotezy osadzane w kości udowej przy pomocy cementu kostnego są bardzo popularną metodą leczenia dysfunkcji biodra. Orientacyjnie przyjmuje się, że taki sposób mocowania trzpienia wykonuje się w około 60% alloplastyk. Obciążenia przenoszone z głowy endoprotezy stawu biodrowego na płaszcz cementowy oraz niewłaściwy sposób cementowania mogą doprowadzić do zniszczenia struktury cementu kostnego. Przeprowadzone badania pozwalają na wyznaczenie rozkładu naprężeń w warstwie cementu kostnego oraz określenie warunków cementowania i ich wpływ na trwałość polimetakrylanu metylu.

EN

Prosthesis set in femoral bone by means of bone cement are a very popular method of hip malfunction treatment. It is estimated that this type of stem fixation is used for ca. 60% of alloplasty surgeries. Load transferred from the hip joint prosthesis head to cement layer and improper method of cementing may lead to destruction of the structure of bone cement. The investigations enable the stress distribution to be assessed in bone cement layer as well as to determine cementing conditions and their effect on durability of polymethylmethacrylate.

19

Stress profile of the femoral bone after centrament endoprosthesis implantation

Włodarski J., Szyprowski J., Szarek A.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2006

|

z. 26

383-388

20

Femoral bone identification for a pre-operative optimal implant selection

Ziętarski S., Kędzior K.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2006

|

z. 26

411-416

EN

In presented approach a pre-operative selection of an optimal implant relies on comparative analysis of three type models: (a) CT-based, parametric geometric model of patient's hip joint ( femoral bone identification with accurate head location); (b) parametric geometric model of optimal implant for cemented or uncemented hip replacements, derived from (a); (c) parametric geometric models of implants, available for the surgical operation (hospital data base). Comparative analysis and results of optimization (combinatorial-cyclic method) are output graphically and in ranking tables within frames of integrated CAD/CAM/CAE systems (Unigraphics-NX3 or other systems). The objective function of the optimization has a multi-variable structure, and can be set according to a surgeon's requirements.