Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Matematyczne ujęcie zjawisk reologicznych w cemencie chirurgicznym jako komponencie sztucznego stawu biodrowego

100%

Balin A.

Inżynieria Materiałowa

|

2005

|

tom Vol. 26, nr 3

131-134

PL

Metodyka badań cementów chirurgicznych powinna opierać się między innymi na analizie obciążeń oddziałujących na cement w warunkach jego użytkowania w organizmie człowieka. W przypadku, gdy cement stosowany jest do mocowania endoprotez stawów, istotnego znaczenia nabiera zmęczeniowy charakter mechanicznych oddziaływań w cemencie. W pracy podjęto próbę matematycznego opisu zjawisk reologicznych w cemencie chirurgicznym, zaobserwowanych w czasie badań zmęczeniowych małocyklowych (rys. 3). Przeprowadzono obliczenia zmiany naprężeń w czasie (rys. 4) dla opracowanego modelu cyklicznej relaksacji (rys. 1, 2) oraz zmiany odkształceń w czasie (rys. 7) dla modelu cyklicznego pełzania (rys. 5, 6). Opracowane modele matematyczne dobrze aproksymują eksperymentalne wyniki badań zmęczeniowych w zakresie małej liczby cykli (N = 10 5). Modelowanie obciążeń cementu w sztucznym stawie biodrowym przy zastosowaniu metody badań zmęczenia małocyklowego uwzględnia oddziaływanie naprężeń o najwyższych wartościach, podczas gdy cement eksploatowany jest w sztucznym stawie przez wiele lat w warunkach losowych przebiegów naprężeń i odkształceń. W związku z tym uzyskane dla modeli wartości odkształceń i naprężeń są większe, niż mogłyby być osiągnięte w rzeczywistych obiektach w tym samym czasie. Przyjęte metody badań przyspieszają zatem osiągnięcie granicznych wartości odkształceń, naprężeń i trwałości. Taki sposób modelowania obciążeń umożliwia wykonanie badań w krótkim czasie.

EN

The methology of researches surgical cements should be based among other things on the analysis of loadings imposed on cements in the human body environment. In case when cement is used to fix endoprostheses of joints the fatigue character of mechanical interreaction in the cement seems to be of a significant importance. Mathematical description of rheological phenomena in surgical cements which occured at Iow cycle fatigue tests has been attempted at (Fig. 3). Calculations of stress changes in time (Fig. 4) for the elaborated model of cyclic relaxation (Fig. 1, 2) as well as deformation changes in time (Fig. 7) for the model of cyclic creep (Fig. 5,6) have been done. The worked out mathematical models well approximate the experimental results of fatigue tests in the range of Iow number of cycles (N = 10 5). Modelling the loadings of cement in endoprostheses of joints with the Iow cycle fatigue method takes into account all high value stresses, while cement is being used for endoprostheses for many years in the conditions of random stress and deformation courses. Therefore the obtained stress and deformation values for the models are bigger than those which would have been obtained in real conditions in the same time. The methods applied help to reach the boundary values of deformation, stress and durability much quicker. Such modelling of loads enables to carry out the tests in a shorter period of time.

2

Materiałowo uwarunkowane procesy adaptacyjne i trwałość cementów stosowanych w chirurgii kostnej

100%

Balin A.

|

2004

|

tom z. 69

7-156

PL

Przeprowadzona w pracy analiza literaturowa aktualnego stanu zagadnienia oceny właściwości użytkowych biomateriałów stosowanych w chirurgii kostnej pozwoliła stwierdzić, że kompozyty polimerowe w postaci cementów kostnych są nadal podstawowymi materiałami stosowanymi w zabiegach chirurgicznych alloplastyki stawów, szczególnie biodrowych. Stosowane w praktyce klinicznej cementy kostne nie spełniają jednak wszystkich stawianych im wymogów ze względu na biofunkcjonalność sztucznych stawów. Uzasadnia to prowadzenie prac nad doskonaleniem właściwości fizycznych i mechanicznych cementów kostnych. W pracy podjęto próbę określenia relacji pomiędzy warunkami obciążenia cementu a właściwościami biomechanicznego układu na przykładzie stawu biodrowego po cementowej endoprotezoplastyce. Dokonano także próby modyfikacji cementów chirurgicznych w celu poprawy ich właściwości użytkowych. Metodyka badań cementów chirurgicznych powinna opierać się między innymi na analizie obciążeń oddziałujących na cement w warunkach jego użytkowania w organizmie człowieka. W przypadku gdy cement stosowany jest do mocowania endoprotez stawów, istotnego znaczenia nabiera zmęczeniowy charakter mechanicznych oddziaływań w cemencie. Ze względu na takie w głównej mierze przeznaczenie funkcjonalne cementu, w pracy zaproponowano adaptację metodyki badań zmęczenia niskocyklowego do oceny cech wytrzymałościowych cementów. Badaniom poddano próbki z cementów o nazwach fabrycznych CMW1 i Palacos R czystych oraz z domieszkami drobnoziarnistego proszku AI2O3 oraz antybiotyków. Badano próbki suche, a także po wytrzymaniu przez okres 6 tygodni w soli fizjologicznej. Badania zmęczeniowe wykazały lepkosprężysty charakter zachowania się wszystkich materiałów. Podjęto próbę matematycznego opisu zjawisk Teologicznych w cemencie chirurgicznym, zaobserwowanych w czasie badań zmęczeniowych niskocyklowych. Przeprowadzono obliczenia zmiany naprężeń w czasie dla opracowanego modelu cyklicznej relaksacji oraz zmiany odkształceń w czasie dla modelu cyklicznego pełzania. Opracowane modele matematyczne dobrze aproksymują eksperymentalne wyniki badań zmęczeniowych w zakresie małej liczby cykli [(N=10(5)]. Modelowanie obciążeń cementu w sztucznym stawie biodrowym przy zastosowaniu metody badań zmęczenia niskocyklowego uwzględnia oddziaływanie naprężeń o najwyższych wartościach, podczas gdy cement eksploatowany jest w sztucznym stawie przez wiele lat w warunkach losowych przebiegów naprężeń i odkształceń. W związku z tym uzyskane dla modeli wartości odkształceń i naprężeń są większe, niż mogłyby być osiągnięte w rzeczywistych obiektach w tym samym czasie. Przyjęte metody badań przyspieszają zatem osiągnięcie granicznych wartości odkształceń, naprężeń i trwałości. Taki sposób modelowania obciążeń umożliwia wykonanie badań w krótkim czasie. Przeprowadzone badania zmęczeniowe niskocyklowe wykazały ważność czynnika czasu w zachowaniu się cementu chirurgicznego w warunkach obciążeń zmiennych, co ma znaczenie dla oceny jego przydatności w endoprotezoplastyce stawów, a szczególnie stawu biodrowego. Powrót poodkształceniowy, będący cechą lepkosprężystości materiału, pozwala, przy stosowaniu przerw w realizacji obciążenia, na jego "regenerację", warunkującą oczekiwaną trwałość sztucznego stawu. Przeprowadzono również badania mikroskopowe przełomów próbek po próbach mechanicznych oraz badania procesu polimeryzacji cementów z domieszkami i bez domieszek. Wyniki tych badań pozwoliły udowodnić, że o zmianach cech strukturalnych i mechanicznych cementu wpływających na biofunkcjonalność połączenia kość-implant, oprócz warunków obciążania cementu po jego implantacji do organizmu człowieka, decydują również technika przygotowania śródoperacyjnego oraz sposób domieszkowania. Przeprowadzenie badań mikroskopowych przełomów próbek po badaniach zmęczeniowych niskocyklowych pozwoliło określić mechanizmy pękania cementów chirurgicznych zarówno bez domieszek, jak i z domieszkami, w warunkach symulujących oddziaływanie środowiska organizmu. Proces pękania cementu następuje poprzez rozdzielenie materiału na granicy cząstek napełniacza oraz domieszek i osnowy. Obecność środowiska soli fizjologicznej może wpływać na proces pękania wskutek jej penetracji w głąb materiału. W przypadku cementu domieszkowanego antybiotykiem proces pękania może być przyspieszony na skutek wypłukiwania cząstek antybiotyku przez roztwór soli. Rozwój pęknięć może następować poprzez cząstki antybiotyku oraz powstałe pory. Przeprowadzone badania procesu polimeryzacji wykazały wpływ środowiska, głównie temperatury, na skurcz i maksymalną temperaturę układu polimeryzującego. Procesy adaptacyjne i trwałość cementów chirurgicznych zdeterminowane są czynnikami wewnętrznymi, określonymi procesami biologicznymi zachodzącymi w organizmie podczas ich użytkowania oraz technologią przygotowania cementu i warunkami jego polimeryzacji. Czynniki te kształtują zarówno cechy mechaniczne kompozytu polimerowego, jak i określają jego wyjściowe środowisko eksploatacji. Przeprowadzone badania in vivo na zwierzętach doświadczalnych, którym wszczepiono cement chirurgiczny z domieszką antybiotyku, a także z domieszką tlenku glinu, nie wykazały nieprawidłowości w reakcji organizmu na wszczepy. Badania cementu domieszkowanego antybiotykiem bezpośrednio po jego otrzymaniu oraz po upływie 3 i 6 miesięcy od jego implantacji w organizmie królika wykazały, że zdolności oddziaływania bakteriobójczego cementu obniżają się wraz z upływem czasu. Świadczy to o wypłukiwaniu antybiotyku z cementu przez środowisko fizjologiczne organizmu. Zaobserwowano również wpływ oddziaływania środowiska organizmu na charakterystyki mechaniczne cementu bez domieszki, a także z dodatkami antybiotyku i ceramiki. Wytrzymanie próbek cementu w soli fizjologicznej o temperaturze 30 stopni C (303,15 K) przez okres 6 tygodni przed badaniami mechanicznymi spowodowało obniżenie właściwości wytrzymałościowych cementu w granicach od kilku do kilkunastu procent. Wyniki badań oraz ich analiza mogą stanowić podstawę dla próby ujęcia wzajemnych relacji pomiędzy elementami metody oceny cech użytkowych cementów chirurgicznych. W pracy przedstawiono schemat takiego ujęcia.

EN

Carried out in this work theoretical analysis of current assessment of usability properties of biomaterials used in bone surgery proved that polymer composites in the form of bone cements are still basic materials in alloplasty of joint with the special emphasis put on alloplasty of hips. Bone cements used in medicine do not meet all the requirements in terms of biofunctionality of artificial joints. Therefore there is constant need for improwing physical and mechanical properties of bone cements. The researches attempt at determining the relations between cement loading conditions and properties of biomechanical system with the example of hip joint after being subjected to cement prothesoplasty. Surgical cements have also been modified in order to improve their functional properties. The methology of researches surgical cements should be based among other things on the analysis of loadings imposed on cements in the human body environment. In case when cement is used to fix endoprostheses of joints the fatigue character of mechanical interreaction in the cement seems to be of a significant importance. Since cement is viewed to exhibit all the above mentioned functional purposes the paper suggests to adapt the research method of low cycle fatigue in order to assess strength properties of the material. CMW1 and Palacos R cement samples have been examined both in a pure form and with AI2O3 fine-grained powder and antibiotics admixtures. Dry samples as well as those kept in physiological saline for 6 weeks have been tested. Fatigue tests proved viscoelastic character of all the tested materials. Mathematical description of rheological phenomena in surgical cements which occured at low cycle fatigue tests has been attempted at. Calculations of stress changes in time for the elaborated model of cyclic relaxation as well as deformation changes in time for the model of cyclic creep have been done. The worked out mathematical models well approximate the experimental results of fatigue tests in the range of low number of cycles [(N=10(s)]. Modelling the loadings of cement in endoprostheses of joints with the low cycle fatigue method takes into account all high value stresses, while cement is being used for endoprostheses for many years in the conditions of random stress and deformation courses. Therefore the obtained stress and deformation values for the models are bigger than those which would have been obtained in real conditions in the same time. The methods applied help to reach the boundary values of deformation, stress and durability much quicker. Such modelling of loads enables to carry out the tests in a shorter period of time. The low cycle fatigue tests carried out showed how important is the factor of time for the behavior of surgical cement in the conditions of changeable loadings. This fact is essential to assess its usability for endoprosthesoplasty of joints specially of a hip joint. Post deformation return which is a characteristic feature for material viscoelasticity enables its regenaration conditioning expected durability of endoprosthesis of joints. SEM examinations of sample fractures after they have been subjected to mechanical tests have been performed together with tests on polymerization processes of cements with and without admixtures. The results proved that admixture adding procedure as well as interoperational preparatory methods affect structural and mechanical features of cement. Apart from cement loading conditions after it is implanted into human body, these features again affect biofunctionality of bone - implant structure. SEM examinations of sample fractures after they have been subjected to low cycle fatigue tests helped to determine the cracking mechanisms in surgical cements with and without admixtures in the conditions similar to human body environment. Cracking process of cement occurs when material is split at particles boundary of a filling material as well as admixtures and matrix. Physiological saline might influence the cracking process because it penetrates deep into the material. In case of cement with antibiotics this cracking process may be accelerated since antibiotic particles are washes out with saline solution. The crackes may develop by antibiotic particles and the formed pores. Carried out examinations of the polymerization process showed that environment, especially temperature, strongly affects shrinkage and maximum temperature of polymerizing system. Adaptation processes and durability of surgical cements are determinated by internal factors, certain biological processes in the human body when cements are used as well as by technology of cement preparation and its polymerizing conditions. These factors shape mechanical features of polymer composite and determine its initial exploitation environment. In vivo researches performed on animals with the implanted surgical cement and antibiotics admixture as well as aluminium oxide admixture did not show any disorders in functioning of human body in connection with the implants. The examinations of antibiotic admixtured cement right after it has been obtained and then 3 and 6 months after being implanted into rabbits showed that the bactericidal properties of cement decrease as the time goes by. It is the proof which shows that antibiotic is washed out from cement by physiological environment of human body. The effect of such environment upon mechanical properties of cement without admixtures as well as with antibiotic admixtures and ceramic has been observed. Cement samples kept in physiological saline at 30 deg.C (303,15 K) for 6 weeks before mechanical tests were performed showed lower mechanical properties of about several to dozen percent. The results and their analysis are the basis for synthetic approach the interdependence between the elements of the assessment method of usability properties of surgical cements. The paper presents a scheme of such approach.

3

Wpływ domieszki węgla szklistego do cementu chirurgicznego na jego trwałość i adaptację w organizmie

100%

Balin A.

Engineering of Biomaterials

|

2015

|

tom Vol. 18, no. 131

12--31

PL

Praca koncentruje się na zagadnieniu modyfikacji cementu chirurgicznego na bazie PMMA cząstkami węgla szklistego w postaci proszku o granulacji 40-160 μm i udziale masowym od 1,6% do 3,1%, pierwotnie w celu obniżenia temperatury polimeryzacji, a następnie w celu zwiększenia trwałości cementu w środowisku organizmu i poprawy właściwości biologicznych granicy międzyfazowej cement-kość. Przeprowadzono badania procesu polimeryzacji cementu niemodyfikowanego oraz modyfikowanego węglem szklistym. Symulując obciążenia cementu podczas ruchu człowieka, a także oddziaływanie środowiska organizmu, przeprowadzono badania zmęczeniowe niskocyklowe próbek z cementu niemodyfikowanego i modyfikowanego w stanie wyjściowym, po moczeniu w roztworze Ringera i po naświetlaniu promieniami RTG w warunkach takich, jak w czasie prześwietlania pacjentów. Cement modyfikowany węglem szklistym implantowano do kości udowych zwierząt doświadczalnych (królików). W warunkach obciążenia zmęczeniowego niskocyklowego cement na osnowie PMMA modyfikowany domieszką węgla szklistego wykazywał mniejszą prędkość cyklicznego pełzania w porównaniu do cementu bez domieszki. Cement modyfikowany węglem szklistym po starzeniu w środowisku roztworu Ringera oraz po naświetlaniu promieniami RTG zachował w większym stopniu swe właściwości lepkosprężyste, niż cement bez domieszki. Wynika z tego, że domieszka węgla szklistego ograniczyła postęp procesu starzenia cementu chirurgicznego. Wyniki badań mikroskopowych preparatów histologicznych pobranych z doświadczalnych królików, którym zaimplantowano zmodyfikowany węglem cement nie wykazały cech świadczących o zwiększonym nasileniu procesów patologicznych. Wykazano, że modyfikacja fizyczna cementu chirurgicznego poprzez zastosowanie domieszki węgla szklistego może obniżyć maksymalną temperaturę układu polimeryzującego.

EN

This paper focuses on the issue of modification of PMMA-based surgical cement with glassy carbon in the form of powder with 40-160 μm granulation, in the amount of 1.6-3.1 w/w %, originally in order to lower the polymerization temperature, and then to increase the durability of cement in the organism environment and to improve biological properties of the cement-bone interphase boundary. Examinations were conducted of the polymerization of both unmodified and modified cement. Simulating a load of cement when the human gait, as well as the impact of the environment of the body, low cycle fatigue tests were carried, using the unmodified and modified cement samples in the initial state, aged in Ringer’s solution and after irradiation with X-RAY. Cement doped with glassy carbon was implanted into femoral bone of experimental animals (rabbits). Under low-cycle fatigue conditions the PMMA-based cement modified with a glassy carbon additive showed a lower cyclic creep rate compared to cement with no additive. After ageing in Ringer’s solution and X-ray exposure the cement modified with glassy carbon retained its viscoelastic properties to a larger degree than the cement with no additive. Therefore, the glassy carbon additive limited the progress of the ageing process of surgical cement. The results of microscopic examinations of histological specimens extracted from laboratory rabbits implanted with cement modified with glassy carbon did not reveal any properties which would indicate increased intensity of pathological processes. A physical modification of bone cement by using a glassy carbon additive caused a decrease in the maximum temperature of polymerizing system.

4

Badania zmęczeniowe niskocyklowe kompozytów polimerowych stosowanych w ortopedii

63%

Balin A. , Junak G.

|

2007

|

tom Z. 4

8-10

PL

W ortopedii powszechnie stosowanymi biomateriałami w celu mocowania endoprotez stawów są cementy kostne należące do grupy kompozytów polimerowych [1,2]. Najczęściej zaś implantowanym stawem jest staw biodrowy, który jest jednym z najbardziej obciążonych stawów, jakie występują w organizmie człowieka. Cementy chirurgiczne po utwardzeniu spajają protezę z kością. Cechy zatem, jakie wykazują one wraz z upływem czasu w warunkach oddziaływania zmiennych obciążeń, mogą mieć wpływ na trwałość biomechaniczną sztucznego stawu. W pracy do oceny zachowania się cementu w sztucznym stawie biodrowym zastosowano metodę badań zmęczenia niskocyklowego.

EN

Polymer composites in the form of bone cements are still basic materials in alloplasty of joint with the special emphasis put on alloplasty of hip. The paper suggests to adapt the research method of low cycle fatigue for modelling the loads and deformations on bone cements in artificial hip joint. Low cycle fatigue tests were conducted on samples made from Palamed cement without an addition and on samples made from cement modified with glassy carbon and titanium.Fatigue tests proved viscoelastic character of all the tested materials. During the fatigue tests the phenomenon of cyclic creep was observed. The deformation increase in the conditions of the cement creep is the fundamental phenomena for the clinical practice.

5

Investigation of cyclic creep of surgical cements

63%

Balin A. , Junak G.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2007

|

tom Vol. 28, nr 5

281-284

EN

Purpose: The paper suggests to adapt the research method of low cycle fatigue for modelling the loads and deformation on surgical cements in an artificial hip joint. Surgical cements have also been modified in order to improve their functional properties. Design/methodology/approach: Low cycle fatigue tests were conducted on samples made from Palamed cement without an addition and on samples made from cement modified with glassy carbon and titanium. The tests were conducted on a servohydraulic fatigue testing machine, MTS-810, with load control. Findings: Fatigue tests proved viscoelastic character of all the tested materials. During the fatigue tests the phenomenon of cyclic creep was observed. Research limitations/implications: Modelling the loadings and deformations of cement in endoprostheses of joints with the low cycle fatigue method takes into account its all high value, while cement is being used for endoprostheses for many years in the conditions of random stress and deformation courses. Therefore the obtained deformation values are bigger than those which would have been obtained in real conditions in the same time. Practical implications: The low cycle fatigue tests carried out showed how important is the factor of time for the behavior of surgical cement in the conditions of changeable loadings. This fact is essential to assess its usability for endoprosthesoplasty of joints. The stem subsidence and remodeling of bone occurred in the course of the cement deformation. For the clinical practice the estimation of the deformation value of the cement and stem subsidence during the exploitation of the artificial hip joint is the important problem. Originality/value: The rheological phenomena in surgical cements, which is viscoelasticity material, occurred at low cycle fatigue tests. The deformation increase in the conditions of the cement creep is the fundamental phenomena.

6

Metody kształtowania i oceny właściwości użytkowych cementów chirurgicznych

63%

Balin A. , Toborek J.

Inżynieria Materiałowa

|

2007

|

tom Vol. 28, nr 2

83-90

PL

W pracy dokonano próby modyfikacji cementów chirurgicznych na osnowie PMMA w celu poprawy ich właściwości fizycznych. Modyfikacja ta obejmowała dodanie antybiotyku nowej generacji w celu poprawy właściwości biologicznych cementów - w zabiegach rewizyjnych, a także dodanie ceramiki tlenkowej A1203 lub beztlenkowej (węgiel szklisty) w celu obniżenia skurczu i temperatury polimerycji. Metodyka oceny właściwości użytkowych cementów chirurgicznych powinna opierać się między innymi na analizie obciążeń oddziałujących na cement w warunkach jego użytkowania w organizmie człowieka. W przypadku, gdy cement stosowany jest do mocowania endoprotez stawów, istotnego znaczenia nabiera zmęczeniowy charakter mechanicznych oddziaływań w cemencie. Ze względu na takie, w głównej mierze, przeznaczenie funkcjonalne cementu, w pracy zaproponowano adaptację metodyki badań zmęczenia niskocyklowego do oceny cech wytrzymałościowych cementów. Podjęto próbę matematycznego opisu zjawisk Teologicznych w cemencie chirurgicznym, zaobserwowanych w czasie badań zmęczeniowych niskocyklowych - cyklicznej relaksacji oraz cyklicznego pełzania. Modelowanie obciążeń cementu w sztucznym stawie biodrowym przy zastosowaniu metody badań zmęczenia niskocyklowego uwzględnia oddziaływanie naprężeń o najwyższych wartościach, podczas gdy cement eksploatowany jest w sztucznym stawie przez wiele lat w warunkach losowych przebiegów naprężeń i odkształceń. W związku z tym uzyskane dla modeli wartości odkształceń i naprężeń są większe, niż mogłyby być osiągnięte w rzeczywistych obiektach w tym samym czasie. Przyjęte metody badań przyspieszają zatem osiągnięcie granicznych wartości odkształceń, naprężeń i trwałości. Taki sposób modelowania obciążeń umożliwia wykonanie badań w krótkim czasie. Badania in vivo na zwierzętach doświadczalnych, którym wszczepiono cement chirurgiczny z domieszką antybiotyku, a także z domieszką tlenku glinu, nie wykazały nieprawidłowości w reakcji organizmu na wszczepy. Wyniki badań oraz ich analiza mogą stanowić podstawę dla próby ujęcia wzajemnych relacji pomiędzy elementami metody oceny przydatności cementów chirurgicznych dla endoprotezoplastyki na drodze kształtowania ich właściwości użytkowych.

EN

In this work surgical cements have been modified in order to improve their physical properties. This modification has been consist in addition of the new generation antibiotic in order to improve biological properties of cement as well as addition of the ceramic materials (A1203, glassy-like coal) to improve reduction of shrinkage and polymerization temperature. The methodology of researches surgical cements should be based among other things on the analysis of loadings imposed on cements in the human body environment. In case when cement is used to fix endoprostheses of joints the fatigue character of mechanical interaction in the cement seems to be of a significant importance. Since cement is viewed to exhibit all the above mentioned functional purposes the paper suggests to adapt the research method of low cycle fatigue in order to assess strength properties of the material (Fig. 8). Mathematical description of rheological phenomena in surgical cements which occurred at low cycle fatigue tests has been attempted at. Calculations of stress changes in time for the elaborated model of cyclic relaxations well as deformation changes in time for the model of cyclic creep have been done (Fig. 9,10). Modelling the loadings of cement in endoprostheses of joints with the low cycles fatigue method takes into account ' all high value stress, while cement is being used for endoprostheses for many years in the conditions of random stress and deformation courses. Therefore the obtained stress and deformation values for models are bigger than those which would have been obtained in real conditions in the same time. The methods applied help to reach the boundary values of deformation, stress and durability much quicker. Such modelling of loads enables to carry out the tests in a shorther period of time. In vivo researches performed on animals with the implanted surgical cements and antibiotics admixture as well as aluminium oxide admixture did not show any disorders in functioning of human body in connection with the implants. The results and their analysis are the basis for synthetic approach the interdependence between the elements of the assessment method of usability properties of surgical cements.

7

Estimation of the ceramic admixture influence on the polymerization temperature for surgical cement

63%

Okrajni J. , Balin A.

|

tom Vol. 6

IT127--135

EN

This work concentrates on the mathematical analysis of the ceramic admixture influence on the temperature distribution into the polymerizable bone cement. It has been taken the simplified model, which consist in treatment the cement sample as a plate of the definite thickness. It has been determined the temperature field within the plate along the thickness of the sample, during the polymerization process. It was found that Al2O3 admixture added into the bone cement first of all affects on the change of maximal polymerazation temperature through the increase of the temperature condictivity coefficient a for PMMA-Al2O3 composite. Assuming that the coefficient a for the composite is twice higher than for PMMA, the calculated maximal temperature for the polymerizing system decreases to about 30%.

8

Low-cycle fatigue of surgical cements

63%

Balin A. , Junak G.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

tom Vol. 20, nr 1-2

211-214

EN

Purpose: In case when surgical cement is used to fix endoprostheses of joints the fatigue character of mechanical interraction in the cement seems to be a significant importance. The paper suggests to adapt the research method of low cycle fatigue for modelling the loads on surgical cements in an artificial hip joint. Surgical cements have also been modified in order to improve their functional properties. Design/methodology/approach: Low cycle fatigue tests were conducted on samples made from Palamed cement without an addition and on samples modified with glassy carbon and titanium. The tests were conducted on a servohydraulic fatigue testing machine, MTS-810, with displacement control. Findings: Fatigue tests proved viscoelastic character of all the tested materials. During the fatigue tests, the phenomenon of stress cyclic relaxation was observed. Research limitations/implications: Modelling the loadings of cement in endoprostheses of joints with the low cycle fatigue method takes into account all high value stresses, while cement is being used for endoprostheses for many years in the conditions of random stress and deformation courses. Therefore the obtained stress and deformation values are bigger than those which have been obtained in real conditions in the same time. Practical implications: The low cycle fatigue tests carried out showed how important is the factor of time for the behavior of surgical cement in the conditions of changeable loadings. This fact is essential to assess its usability for endoprosthesoplasty of joints, specially of a hip joint. Post deformation return which is a characteristic feature for material viscoelasticity enables its regeneration conditioning expected durability of endoprosthesis of joints. Originality/value: Low cycle fatigue testing method for modelling of loads on surgical cement in artificial hip joint enables to carry out the tests in a shorter period of time.

9

Ocena skłonności do starzenia polimerowego cementu kostnego

51%

Kolczyk E. , Balin A. , Kusz D. , Sobczyk K.

|

2010

|

tom Vol. 13, no. 96-98

4--9

PL

W pracy badano wpływ starzenia na właściwości polimerowego cementu kostnego. Proces starzenia cementu kostnego realizowano poprzez zastosowanie naświetlania promieniami rentgenowskimi oraz moczenia w roztworze Ringera. Przeprowadzono badania statycznego ściskania i zginania zgodnie z wymogami normy ISO 5833 oraz badania zmęczeniowe niskocyklowe. Na podstawie badań zmęczeniowych opracowano krzywe cyklicznego pełzania i charakterystykę dynamicznego modułu sprężystości. Po starzeniu cementu kostnego stwierdzono spadek wytrzymałości na zginanie odpowiednio po naświetlaniu promieniami rtg i moczeniu w roztworze Ringera o 23% i o 32% a modułu sprężystości na zginanie o 20% i o 21%. Wytrzymałość na ściskanie cementu kostnego po promieniowaniu rtg spadła o 4% a po moczeniu w roztworze Ringera wzrosła o 9%. Moduł sprężystości wzrósł o 7% po starzeniu w środowisku wodnym a po promieniowaniu rtg pozostał bez zmian. Zaobserwowano również wpływ starzenia na właściwości lepkosprężyste cementu kostnego po promieniowaniu rtg. Stwierdzono wzrost dynamicznego modułu sprężystości cementu kostnego oraz uzyskanie mniejszych odkształceń podczas pełzania.

EN

The paper describes the research into the influence of ageing on the properties of the polymer surgical cement. The process of ageing of the surgical cement was performed using X-ray radiation and soaking in Ringer’s solution. The studies of static compression and bending in compliance with ISO 5833 requirements and low-cycle fatigue tests were carried out. Based on the fatigue tests performed, the curves of cyclic creep were obtained and characteristics of dynamic elasticity modulus developed. After ageing of the surgical cement, a decrease of bending strength was identified after X-ray radiation and soaking in Ringer’s solution, by 23% and 32% respectively, while the modulus of bending elasticity by 20% and 21%. Compression strength of surgical cement after X-ray radiation decreased by 4%, and increased by 9% after soaking in Ringer’s solution. The modulus of compression elasticity increased by 7% after ageing in a wet environment, while after X-ray radiation it remained almost unchanged. Also, the influence of ageing on viscoelastic properties of surgical cement after X-ray radiation was observed. A decrease in the dynamic elasticity modulus of surgical cement was identified, while the deformations obtained during creep were smaller.

10

Wpływ czasu na utratę właściwości użytkowych polietylenowych panewek endoprotez stawu biodrowego

51%

Kolczyk E. , Sobczyk K. , Myalski J. , Balin A.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2007

|

tom z. 1

115--118

PL

W pracy podjęto próbę określenia ilościowych zmian właściwości użytkowych polietylenowych panewek endoprotez stawu biodrowego w zależności od upływu czasu od ich produkcji. Badaniom poddano panewki z wysokocząsteczkowego polietylenu, wyprodukowanego w latach od 1991 do 2003. Przeprowadzono pomiary twardości materiału na płaskich przekrojach panewek oraz statyczną próbę rozciągania specjalnie przygotowanych z tych panewek próbek w postaci pierścieni. Stwierdzono niekorzystne zmiany badanych charakterystyk mechanicznych polietylenu wraz z upływem czasu.

EN

The aim of this paper is analysis of changes of mechanical properties of the artificial hip polyethylene acetabular cup depending on time of production. Polyethylene cups produced in the period between 1991 and 2003 were investigated. Hardness test has been made on flat, cross-sections acetabular cups and static tension test on special speciments which have ring shape. It has been stated disadvantageous effect that mechanical properties of PE change with time.

11

Analiza rozkładu naprężeń i odkształceń w modelu stawu biodrowego po zabiegu cementowej endoprotezoplastyki

51%

Jarosz A. , Balin A. , Moćko K.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2018

|

tom z. 16

13--20

PL

W pracy przeprowadzono analizę rozkładu naprężeń i odkształceń w układzie biomechanicznym powstałym po zabiegu cementowej endoprotezoplastyki stawu biodrowego. W tym celu opracowano numeryczny model sztucznego stawu biodrowego. Metodą elementów skończonych (MES), przeprowadzono statyczną symulację wytrzymałościową układu implant-tkanka kostna w warunkach obciążeń odzwierciedlających początkową fazę podporową chodu. Uwzględniono zmianę właściwości mechanicznych cementu chirurgicznego na bazie PMMA po modyfikacji proszkiem ceramicznym.

EN

In this work it has been conducted the analysis of the stresses and deformation distribution in the biomechanical structure formed after surgery Hip Arthroplasty Cemented. For this purpose it has been developed a numerical model of an artificial hip joint. By means of finite element method (FEM), the static simulation of the implant-bone tissue structure, in the load conditions reflecting the incipient support gait, has been carried. It has been considered the change of the mechanical properties of the surgical cement based on the PMMA.

12

Wpływ domieszki tytanu na właściwości fizykochemiczne cementu chirurgicznego

51%

Balin A. , Ziemba S. , Myalski J. , Toborek J.

Inżynieria Biomateriałów

|

2006

|

tom R. 9, nr 58-60

60-62

13

Method of contraction and polymerisation temperature testing for surgical cement

51%

Balin A. , Pucka G. , Toborek J. , Gajda Z.

|

2002

|

tom Vol. 4

MT57--61

EN

This work concentrates on the developing a method of the contraction and polymerisation temperature testing for the surgical cement. The linear contraction and maximum polymerisation temperature values have been determined for the pure Palacos R cement and for the same cement with Al2O3 admixture. The investigations were performed into metal mould at initial temperature 19 °C and 37 °C. Basing on the examination results it can be stated that on the contraction and polymerisation temperature the following factors have the influence: - temperature of the mould, - kind of the admixture, - a size of the admixture particles.

14

Badania wpływu czasu na właściwości mechaniczne polietylenowych panewek endoprotez stawu biodrowego

51%

Kolczyk E. , Sobczyk K. , Myalski J. , Balin A.

Engineering of Biomaterials

|

2008

|

tom Vol. 11, no. 74

11-15

PL

W pracy badano wpływ czasu na właściwości polietylenowych panewek endoprotez stawu biodrowego. Badaniom poddano oryginalne panewki z wysokocząsteczkowego polietylenu, wyprodukowane w latach od 1991 do 2003. Przeprowadzono pomiar twardości oraz statyczną próbę rozciągania próbek wykonanych z panewek. Stwierdzono niekorzystny wpływ czasu na właściwości mechaniczne panewek polietylenowych. Wraz z upływem czasu wystąpił wzrost twardości i modułu sprężystości E oraz spadek wytrzymałości na rozciąganie Rm polietylenu, z którego wykonane były panewki. Zmiany właściwości mechanicznych polietylenowych panewek mogą prowadzić do kruchego pękania materiału.

EN

The paper refers to the study of the influence of time on the properties of polyethylene hip joint cups. Original cups made of a high-molecular-weight polyethylene, produced in the years 1991-2003, were used for the study. Hardness measurement and a static tensile test of cup specimens were carried out. A disadvantageous impact of time upon the polyethylene cups' mechanical properties was observed. Over time, an increase in hardness and elasticity modulus E was observed coupled with a decrease in tensile strength Rm of the polyethylene of which the cups were made. Changes in the polyethylene cups' mechanical properties may lead to material's brittle cracking.

15

Application of scanning microscopy and X-ray microanalysis for description of the admixture surgical cements fracture

51%

Balin A. , Sozańska M. , Toborek J. , Gajda Z.

|

2001

|

tom Vol. 2, Part. 2

MT75--MT83

EN

The work presents computer based methods of biomaterial testing. The researches attempt at description of the admixture cement fracture using the methods of the X-ray microanalysis and the electron scanning microscopy. The low cycle fatigue investigations of the surgical cement Palacos R with PMMA base with and without admixtures of fine grained powder Al2O3 and new generation antibiotic (III generation cefalosporin) have been carried out. The elaborated method proved to be suitable for identification of structure elements in surgical cement modified with ceramic and antibiotic particles. The obtained results proved that fracture surface of cement Palacos R with and without admixtures after low cycle fatigue have been mixed – partial brittle and partial ductile. The fracture process have been arrived through separation of the material on the border of the admixture particles and the matrix.

16

Wpływ domieszek na zachowanie się cementu chirurgicznego w warunkach obciążeń zmiennych

45%

Balin A. , Junak G. , Sozańska M. , Kolczyk E. , Toborek J.

Engineering of Biomaterials

|

2007

|

tom Vol. 10, no. 65-66

8-10

17

Examination of heat flow in a model of the biomechanical prosthesis-cement-bone system

45%

Balin A. , Ziemba S. , Plaza M. , Myalski J. , Toborek J.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2006

|

tom z. 26

29-34

EN

Under the study, a stand has been designed and made for examining the temperature of PMMA-based (methyl polymethacrylate) surgical cement polymerization in conditions corresponding to the conditions of its implantation into an organism. A Weller endoprosthesis was implanted in a bone model made of resin by means of Palacos R-40 cement. The temperature of polymerizable cement was measured in different points at the border of its contact with the bone model.