Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Computer aided diagnostic of risky state in human pelvic bone

John A., Wysota P.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2011

|

Vol. 49, nr 2

313--322

EN

Purpose: of this paper is to raise the issue of recognition of dangerous states in human pelvic bone. These states can lead to damages of bone. Design/methodology/approach: consist of using the images from quantitative computed tomography (QCT). On the base of obtained data the numerical model of pelvic bone was created. Very important stage it was determination the values of material parameters. In the paper two methods were described. The first method directly basis on the data from radiology. In regard to difficulties with tomography data the second method was applied - the numerical simulations. The computer program was developed to obtain distribution of material parameters in numerical model of pelvic bone on the base of decreasing of bone mass. Findings: of the paper is that when decreasing of bone mass occurs in whole bone the stresses grow up continuously at the time. When decreasing of bone mass appears in individual region only the stresses decrease at the beginning and next increase while the bone mass still decrease. It could be one of the reason of lack of the symptoms in primary stage of osteoporosis. Research limitations/implications: are connected with accessibility of data from QCT. During QCT the bone system as well as density phantom are X-rayed simultaneously. On the base of standard density coming from the phantom the calibration curve is drown. Practical implications: it is the proposed procedure which facilitate the detection of risky state in pelvic bone. Originality/value: of researches consist in complex approach to problem of osteoporosis in human pelvic bone and applying the numerical simulations to create the numerical model of pelvic bone with osteoporotical changes.

2

Wspomaganie diagnozowania stanów niebezpiecznych w kości miednicznej człowieka z wykorzystaniem metod komputerowych mechaniki

John A., Wysota P.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2010

|

z. 4

91--96

PL

Przedmiotem pracy jest problem ułatwienia wykrywania stanów niebezpiecznych w układzie kostnym na przykładzie kości miednicznej człowieka. Rozpoznanie tych stanów we wczesnej fazie może przyczynić się do przeciwdziałania urazom kostnym. W artykule przedstawiono najważniejsze etapy zaproponowanego postępowania: począwszy od zdjęć tomograficznych i w wyniku kolejnych przekształceń pozyskanie informacji o badanym układzie kostnym. Kluczową kwestią procesu wspomagania diagnozowania sytuacji niebezpiecznych jest wychwycenie zależności między obrazami tomograficznymi a stanem wytężenia kości.

EN

In the paper the issue of aid of diagnosis of the dangerous states in pelvic bone was raised. Detection of these states in early phase can contribute to counteraction of bone injuries. In the article the most important stages of proposed method was presented: beginning from QCT images and by subsequent conversions obtaining information about the X-rayed bone. The crucial point of the process of aid diagnosing dangerous situations in pelvic bone was subordinating CT images suitable the effort of the bone.

3

System komputerowy wspomagający diagnozowanie osteoporozy na podstawie danych z ilościowej tomografii komputerowej

John A., Wysota P.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2009

|

z. 3

81--86

PL

W artykule przedstawiono główne założenia procedury wspomagającej diagnozowanie osteoporozy w kości miednicy człowieka. Punktem wyjściowym było wykorzystanie danych z Ilościowej Tomografii Komputerowej w celu budowy modelu numerycznego kości miednicy. Dysponując modelem przeprowadzono obliczenia wytrzymałościowe i uzyskano informacje o stanie wytężenia badanej kości. Istotą procesu wspomagania diagnozowania osteoporozy było znalezienie zależności pomiędzy danymi tomograficznymi, stanem wytężenia kości oraz fazą zaawansowania osteoporozy.

EN

In the paper the main foundations and the most important information about procedure to aid of diagnosis of osteoporosis in human pelvic bone was presented. Information about bones were draw from Quantitative Computed Tomography - by conversion the QCT data the numerical model of analyzed structure is created. The next step of work is performing of the strength calculations. The obtained results (distributions of the stresses, strains and displacements) enables to notice the changes in physiological structure of pelvic bone and detecting dangerous states. The essence of aid of diagnosis the osteoporosis is the finding relationship between QCT images, the effort of pelvic bone and phases of osteoporosis.

4

Numerical modeling of selected joints of human body

John A., Orantek P.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2006

|

z. 26

173-178

EN

The advanced models require high fidelity of geometry and boundary conditions. In the paper the numerical models of pelvic bone and scapula are prepared on the ground of the geometrical data from 3D scanning and CT. The accuracy of geometrical model depends on number of scanning levels. A numerical routine (numerical code) was built to translate the geometrical data (the set of coordinate points) to the Patran/Nastran code. The way of optimal modeling is found. Next, the results of surgical intervention and reconstruction of damaged joints can be taking into account, too.

5

Influence of remodelling, stimulating factor selection on bone density distribution in pelvic bone model

Dąbrowska-Tkaczyk A., Pawlikowski M.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2006

|

Vol. 8, nr 2

119-126

EN

The pelvic bone was considered to be the part of hip joint in the case of loading corresponding to the conditions of stance phase during gait cycle. For that load the model of bone adaptation processes was analyzed. Computer simulations were performed for different stimulating factors in bone remodelling equation. The following stimulators were considered: Huber von Misses stress, principal stresses and strain energy density. Bone density distributions were compared and analyzed. MIMICS and ABAQUS software were applied in order to determine non-homogeneous bone material properties and characteristic, to calculate stresses and strains and to simulate bone adaptation procedure.

6

Identyfikacja i analiza parametrów geometrycznych i mechanicznych kości miedniczej człowieka

John A.

Zeszyty Naukowe. Mechanika / Politechnika Śląska

|

2004

|

z. 147

1-137

PL

Celem niniejszej pracy było opracowanie metodyki badań komputerowych stanu naprężenia i odkształcenia w kości miednicy człowieka w aspekcie zmian wynikających z interwencji chirurgicznej. Punktem wyjścia do ww. rozważań było wyznaczenie stanu naprężenia i odkształcenia w stanie anatomicznie prawidłowym. Analiza odkształceń i naprężeń w obiektach o tak skomplikowanej geometrii jak kość miednicy człowieka jest możliwa jedynie przy zastosowaniu metod komputerowych, w szczególności metody elementów skończonych. Zasadniczym etapem podjętych badań było opracowanie modelu numerycznego kości rejonu stawu biodrowego człowieka. W pracy przedstawiono model powłokowy oraz modele bryłowe uwzględniające warstwową strukturę kości. Opracowano program pozwalający zautomatyzować proces tworzenia modelu numerycznego na podstawie danych ze skanowania 3D i tomografii komputerowej. Przedstawiono metodę identyfikacji stałych materiałowych tkanki kostnej na podstawie przemieszczeń na powierzchni zewnętrznej kości metodą ESPI z wykorzystaniem algorytmu ewolucyjnego i hiperpowierzchni. W przypadku zastosowania hiperpowierzchni możliwe jest uzyskanie zmiennych rozkładów stałych materiałowych jak dla ośrodków niejednorodnych. Przedstawiono także koncepcję uwzględnienia ortotropowych własności tkanki kostnej w modelu numerycznym i opracowano modele kości miednicznej po zabiegach chirurgicznych (sztuczna panewka i osteotomia Saltera). Sformułowano również wytyczne do tworzenia modeli numerycznych kości miedniczej wspomagających planowanie zabiegów operacyjnych w obrębie stawu biodrowego człowieka. Poznanie charakteru i wartości przemieszczeń oraz naprężeń w kości miednicy w stanie anatomicznie prawidłowym oraz w stanach chorobowych daje podstawy do wyjaśnienia wielu zagadnień związanych z patomechaniką uszkodzeń stawu biodrowego. W dalszym etapie uzyskane wyniki powinny przyczynić się do zrozumienia biomechanicznych aspektów osteotomii korekcyjnej kości miednicy i kości udowej oraz alloplastyki stawu biodrowego. Pozwoli to na poprawienie procesu diagnozowania i dobór optymalnej techniki operacyjnej, zapewniającej skuteczność i trwałość zabiegu.

EN

The pelvic bone is one of the most important supporting element is human pelvic joint but it is liable to suffer an injury. Very often before and after operations the knowledge of the stress and strain distribution is needed. Before numerical calculations the numerical model should be prepared. The geometrical properties and boundary conditions should be mapping accurate. In the other hand, the material properties of bone tissue should be assumed from the beginning. In the paper a few numerical models of human pelvic bone are presented. Finally, the numerical model with layer structure is presented and next the test of identification of material coefficient of trebecular and cortical bone tissue (Young modulus and Poisson's ratio) on the ground of experimental data (displacement) using evolutionary algorithm and hipersurface is performed. In the paper the geometrical data is assumed on the base of external measurement (scanning) using coordinate measuring machine and CT. The accuracy of geometrical model depends on number of scanning levels. A numerical routine (numerical code) was built to translate the geometrical data (the set of cordinate points) to the Patran/Nastran code. The layer structure of bone tissues is tacking into account. Using an inhouse numerical code the inner surface in numerical model is implemented (between cortical bone tissue and trabecular bone tissue). Separate solid elements layers are modeled by cortical and trabecular bone. At present homogenous elastic properties within a certain group of tissue are assumed. Boundary conditions and loads are implemented manually. The test of implementation of orthotropic material properties in numerical model of pelvic bone is performed. In both, experimental testing and numerical calculations it is necessary to simulate natural and pathological conditions or surgical intervention. Advanced model requires high fidelity of geometry and boundary conditions. Here, experimental testing and numerical analysis are performed. Two different methods have been used and next the results are comparing to descreasing probality to mistake (incorreent bounary conditions, incorrect finite element mashing, friction, etc.). advantage of empirical research is possibility of avoid or restrict muscles, tendons, and ligament effect. It gives an opportunity of concentration on selected factor. Experimental verification is done using Electronic Speckle Pattern Interferometry-ESPI. Finally, the instruction for prepation the numerical model for computer aided planning of surgical interventions is presented.

7

Analiza odkształceń i przemieszczeń ludzkiej kości miednicznej

Jarząb S., Pilarski W.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2004

|

z. 24

125-132

PL

Największy z ludzkich stawów - staw biodrowy - często narażony jest na różne uszkodzenia i zwyrodnienia. Poznanie jego funkcjonowania i charakterystyk mechanicznych jest kluczową kwestią w procesie projektowania endoprotez, czy wykonywaniu takich zabiegów, jak osteotomie. Przeprowadzono analizę stanu odkształceń metodą tensometrii oporowej i przemieszczeń metodą ESPI na powierzchni ludzkiej kości miednicznej w okolicy panewki stawowej. Rezultaty pokazują zmniejszenie się wartości przemieszczeń i wzrost wartości odkształceń po implantacji polietylenowej sztucznej panewki stawowej.

EN

The largest from human joints - hip joint - is often endangered for different damages and degeneration. To know it's functioning and mechanical profiles is fundamental point in such issues as artificial joint designing process or executing operations like osteotomies. The analysis of deformations' state by strain gauges and displacements' by ESPI method on the human pehdc bone's surface in acetabulum region was conducted. The results show the decrease of displacements' value and increase of deformations' value after implantation of poliethylene artificial cup.

8

Wpływ przyjęcia ortotropowych własności materiału na rozkłady naprężeń i odkształceń w kości miednicy człowieka

John A., Kokot G.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2003

|

z. 20

182-187

PL

W procesie modelowania numerycznego kości miednicy człowieka istotną rolę odgrywa etap przyjęcia modelu ośrodka i zadawania stałych materiałowych. Dotychczas, w większości aplikacji numerycznych, w ujęciu makro, traktuje się kość jako ośrodek izotropowy, liniowo-sprężysty. Mimo uproszczenia, jest to jedyne efektywne podejście ze względu na brak danych doświadczalnych. Dane dotyczące ortotropowych własności tkanki kostnej można znaleźć w literaturze, dotyczą one jednak kości długich. Opierając się na danych literaturowych w niniejszej pracy podjęto próbę zbadania wpływu ortotropowych własności materiałowych tkanki kostnej w obszarze okołopanewkowym na rozkład naprężeń i odkształceń w kości miednicy człowieka.

EN

Numerical modeling of the human pelvic bone is a complex process which needs take into account many important problems. There are very important: geometrical model, boundary conditions, load and material properties. Up to now, in numerical applications, the bone tissue is assumed as an isotropic, linear elastic material. It is a simplification, but it arises from the numerical possibilities and available data and it is the only effective solution of the problem in macro scale. A certain data, concerning orthotropic material properties of the bone tissue, is a accessible in literature, but it concern tibia bone, not pelvic bone. In this paper, on the ground of available data, atest of the influence of anisotropic material properties on the stress and strain distribution in pelvic bone is presented.

9

Computer Aided Modelling of Human Pelvic Bone

Orantek P., John A.

Engineering Transactions

|

2003

|

Vol. 51, iss.2-3

215-226

EN

Numerical modelling of human pelvic bone makes it possible to determine the stress and strain distribution in bone tissue. Before numerical analysis, the geometrical model of analyzed structure should be prepared. It is an important step in numerical analysis because the obtained results depend on it. Up to the present, in the most of examples, the creation of geometrical model was done in a simple but time-consuming way. In the paper the numerical routine, translating data from the coordinate measuring machine to the Patran code is presented. At the first step, the geometrical model with the layer structure of bone tissue is created. The geometrical data is the basis to create an FE mesh. After meshing, the boundary conditions and load should be assumed. When the load and boundary conditions are known, the strain and stress distribution can be calculated using the Nastran or Advanced FEA code. The presented program enables to reduce the time of creation of numerical model.

10

Budowa modelu geometrycznego kości miednicy człowieka

John A., Orantek P.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2001

|

z. 17

71-76

PL

Budowa modelu numerycznego kości miednicy człowieka jest bardzo ważnym, a jednocześnie najbardziej pracochłonnym etapem w procesie numerycznej analizy stanu naprężenia i odkształcenia. Skrócenie tego etapu poprzez automatyzację pewnych czynności z jednoczesną poprawą dokładności odwzorowania w istotny sposób wpływa na wyniki analizy numerycznej. W pracy przedstawiono algorytm przetwarzający dane z pomiarów dokonywanych maszyną współrzędnościową na zbiór komend (poleceń) tworzący geometrię w systemie Pa-tran/Nastran z uwzględnieniem struktury warstwowej kości.

EN

Before numerical analysis of strain and stress distribution in human pelvic bone the numerical model of analyzed structure should be prepared. It is important step in numerical analysis because obtained results depend on it. Up to the present, in the most of examples, the creation of numerical model was done in simple but time-consuming way. In the paper the numerical routine, translating data from coordinate measuring machine to Patran code is presented. Presented program enables to while away the time of creation of numerical model. When the load and boundary conditions are known, the strain and stress distribution can be calculated using Nastran or Advanced FEA code.

11

Analiza obciążenia i rozkładów naprężeń w numerycznym modelu powłokowym kości miednicy człowieka podczas quasi-statycznego pochylenia tułowia do przodu

Dąbrowska-Tkaczyk A.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

1999

|

z. 10

59-64

PL

Przedmiotem badań jest model numeryczny kości miednicy człowieka zbudowany z elementów powłokowych [3], obciążony siłą ciężkości oraz siłami napięcia aktonów mięśniowych, oddziałujących na kość w czasie pochylenia tułowia do przodu [6]. Wyznaczono rozkłady naprężeń redukowanych wg hipotezy Burzyńskiego oraz przentieszczenia. Analizie poddano również wartości wypadkowych sił reakcji w stawie biodrowym w kolejnych położeniach tułowia. Obliczenia wykonano metodą elementów skończonych przy wykorzystaniu programu PRO-MES 4.4

EN

The investigations of human pelvic bone loading were done and reduced stress distribution according to Burzyński hypothesis were determined using of finite elements method, shell numerical model, [3] and program PRO- MES 4,4. Gravitate force of the upper part of the body and muscles forces calculated for model of the pelvic bone loading during quasi-static forward rotation of the trunk [6]. There were determined displacements in the bone and also force reactions in the hip joint.