Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Ocena różnic obciążenia kości udowej po implantacji endoprotezy cementowej i bezcementowej

100%

Szarek A.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2007

|

tom 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.

2

Wykorzystanie przekształceń obrazowych do poprawy czytelności zdjęć RTG

100%

Szarek A.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2008

|

tom z. 2

151--154

PL

Do prawidłowej oceny zmian układu kostnego oraz przebudowy kości po implantacji protezy niezbędna jest dobra jakość RTG. Nie zawsze jednak po wywołaniu kliszy możliwa jest jednoznaczna ocena zmian ze względu na słabą jakość zdjęcia, a dodatkowe prześwietlenie pacjenta wiąże się z zwiększeniem dawki promieniowania. W artykule podjęto próbę przystosowania komputerowej analizy obrazu do poprawy czytelności zdjęć RTG.

EN

More and more advanced diagnostics technologies enable very precise assessment of skeleton state and determination of degenerative changes. Due to the fact that top diagnostics technologies are very expensive, X-ray images are mostly taken. In order to perform proper assessment of changes in bone system and bone remodelling after prosthesis implantation, a high quality of X-ray images is necessary. However, unequivocal assessment of changes is not always possible after film developing due to low quality of images and additional X-ray examination is connected with patient being exposed to increased radiation dose. This paper describes the attempts made to adjust computer image analysis in order to improve readability of X-ray images.

3

Wpływ procesów starzenia na wytrzymałość mechaniczną cementu kostnego

100%

Szarek A.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2010

|

tom z. 4

191--194

PL

Wytrzymałość mechaniczna poszczególnych elementów sztucznych stawów ma zasadnicze znaczenie na ich żywotność w organizmie. Ze względu na złożony stan naprężeń oraz agresywne środowisko wewnątrz organizmu człowieka powoduje, że wraz z upływem czasu zmieniają się właściwości wytrzymałościowe poszczególnych elementów endoprotez. Ponieważ wpływ starzenia na spadek wytrzymałości PMMA stosowanego do mocowania protezy w kości, może spowodować obluzowanie się protezy w kości, w artykule przedstawiono wyniki badań pozwalających na określenie wielkości tych zmian w okresie pierwszych 6 lat po polimeryzacji.

EN

Mechanical strength in each part of artificial joints is of essential importance to their life in the body. A complex distribution of stress combined with aggressive environment inside human body causes that strength properties in the part of endoprostheses change in the course of time. Since the effect of aging on the decline of strength in PMMA used for fixation of the prosthesis in bone might cause that the prosthesis comes loose in the bone, this paper presents the results of the investigations which allow for determination of the extent of these changes in the period of first 6 years after polymerization.

4

Analiza procesu polimeryzacji kompozytowego cementu akrylowego z różnym udziałem polimeru i monomeru

100%

Szarek A.

Kompozyty

|

2008

|

tom R. 8, nr 2

206-209

PL

Jednym z przykładów kompozytowego materiału znajdującego szerokie zastosowanie w medycynie, głównie w ortopedii, jest modyfikowany polimetakrylan metylu (PMMA). Cement chirurgiczny składa się z polimeru estru metylowego i kwasu akrylowego, a po zmieszaniu z ciekłym monomerem ulega dalszej polimeryzacji, tworząc twardą masę. Makroskopowo spolimeryzowana masa złożona jest z agregatów polimeru o wymiarach 10+18 mikrometrów łączonych mostkami spolimeryzowanego monomeru. Podczas polimeryzacji materiał taki jest plastyczny, daje się dowolnie kształtować i penetruje nawet w głąb drobnej struktury beleczkowej kości. Polimer zestala się w czasie poniżej 10 minut od początku mieszania (proszek + płyn), odpowiednim do zamocowania endoprotezy. Jego wytrzymałość na ściskanie wynosi 60+100 MPa i jest wystarczająca przy obciążaniu kończyny po wszczepieniu endoprotezy. Jest jednak bardzo kruchy. Jego odporność na pękanie wyrażona jako współczynnik KIc wynosi 1,2 +/- 0,1 MPa * m1/2. Przy polimeryzacji w 4-6 minucie od momentu jej rozpoczęcia następuje znaczny wzrost temperatury od 55+80° C, a nawet 125° C w zależności od temperatury otoczenia i rodzaju cementu. Aby ją obniżyć, stosuje się niekiedy regulację uziarnienia i dodatki (krystaliczny polietylen, TiO2, Al2O3). W pracy podjęto próbę określenia różnic w przebiegu procesu polimeryzacji modyfikowanego PMMA przy różnym udziale procentowym polimeru i monomeru. Materiał badawczy stanowiły komercyjne cementy kostne (PMMA: CEMEX RX - produkcja TECRES SPA oraz SIMPLEX P - produkcja HOWMEDICA LIMERICK), modyfikowane Al2O3. Jako wzorcowy przebieg polimeryzacji przyjęto proces, w którym procentowy udział polimeru i monomeru został zachowany zgodnie z wytycznymi producenta (dla cementu CEMEX RX 40 gram polimeru oraz 13,3 gram monomeru; dla cementu SIMPLEX P 40 gram polimeru i 20 ml monomeru). Do analizy zmiany procesu zmniejszano udział poszczególnych składników co 5% i określano czas oraz temperaturę polimeryzacji. Dodatkowej analizie poddano spolimeryzowaną masę cementową, na podstawie której określono jednorodność badanej struktury.

EN

One of the examples of the composite material which is widely used in medicine, mainly in orthopaedics, is modified polymethyl methacrylate (PMMA). Surgical cement is composed of methyl ester polymer and acrylic acid and, after mixing with liquid monomer undergoes further polymerization, resulting in a hardened mass. In a macroscopic scale such a solid is composed of aggregates in the form of polymer spheres of 10+18 micrometers connected with the polymerized monomer bridges. During polymerization this material is so plastic that it can be freely formed and penetrates inside a tiny trabecular structure of bone. Technological aspect of application of PMMA seems to be favourable. Polymer is solidified within less than 10 minutes from the initiation of mixing (powder + liquid), which is sufficient to fix the prosthesis. Its compressive strength amounts to 60+100 MPa and it is sufficient for limb load after implanting prosthesis. It is very brittle, however. Its crack resistance is expressed as a KIc coefficient and it amounts to 1.2 +/- 0.1 MPa * m1/2. After polymerization, 4-6 minutes from the moment of its initiation, a considerable rise in temperature from 55+80° C, and even 125° C, depending on the environment temperature and a type of cement. In order to reduce it a 'freezing of polymerization' is sometimes applied, regulation of grain and additions (crystalline polyethylene, TiO2, Al2O3). Many authors deal with PMMA, describing in their works a process of polymerization, however, it is difficult to find complex information concerning phenomena which occur during polymerization of modified PMMA with different concentration of polymers and monomers. This issue is very important both due to the course of polymerization and quality, strength and homogeneity of the structure of the obtained material. During the work an attempt was made to determine differences in the course of polymerization of PMMA with various percentage concentration of polymers and monomers. As an investigation material a commercial bone cements (PMMA) CEMEX RX - by TECRES SPA and SIMPLEX P - by HOWMEDICA LIMERICK was used modified Al2O3. As a pattern of polymerization a process was assumed where percentage concentration of both polymers and monomers was kept following the manufacturers recommendations (TECRES SPA; 40 g powder and 13.3 g liquid, Howmedica Limerick; 40 g powder and 20 ml liquid). In order to analyse changes in the process, a concentration of each component was decreased by 5% while the time and temperature of polymerization was determined. Final product was additionally analysed; this means polymerized cement mass on the basis of which homogeneity of the investigated structure was determined.

5

Determinanty wpływające na destrukcję cementu kostnego łączącego kość udową z endoprotezą

100%

Szarek A.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2007

|

tom 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.

6

Ocena zużycia metalowych głów endoprotez stawu biodrowego usuniętych z organizmu ludzkiego z powodu aseptycznego obluzowania

100%

Szarek A.

Engineering of Biomaterials

|

2008

|

tom Vol. 11, no. 74

6-10

PL

W pracy przedstawiono wyniki oceny stanu powierzchni głów endoprotez stawu biodrowego współpracujących z panewką polietylenową w organizmie ludzkim w okresie od sześciu do jedenastu lat. Badania obejmowały optyczną ocenę stanu powierzchni przy pomocy mikroskopu stereoskopowego oraz ocenę profilu chropowatości współpracującej (zużytej) części głowy endoprotezy.

EN

The paper presents the results of assessment of condition of head surface in hip joint prosthesis mating polyethylene acetabulum in human body throughout the period of 6-11 years. The investigations focused on visual assessment ofthe surface condition by means of a stereoscopic microscope and assessment of the roughness profiles in the mating (worn) part of the prosthesis head.

7

Wykorzystanie zjawiska termografii do diagnostyki medycznej

100%

Szarek A.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2010

|

tom z. 4

195--200

PL

Ocena temperatury ciała pacjentów jest powszechną metodą pozwalającą na diagnozowanie wielu schorzeń. Wykorzystanie zjawiska termografii w diagnostyce medycznej pozwala na uzyskanie map temperaturowych na powierzchni badanego ciała, dzięki czemu osoba monitorująca temperaturę może określić obszary, w których widoczny jest największy wzrost temperatury. Zjawisko to może mieć szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach medycyny np. onkologii, laryngologii, okulistyce, dermatologii, jak również chirurgii czy neurologii. W artykule przedstawiono wyniki badań pozwalające na wykorzystanie zjawiska termografii do diagnostyki medycznej.

EN

Taking body temperature in patients is a very popular method for diagnosis of various illnesses. Use of the effect of thermography in medical diagnostics provides opportunities for thermal imaging of the examined patients’ body, which allows people responsible for monitoring to determine the areas of the highest rise in the temperature. The phenomenon can be successfully used in many fields of medicine such as oncology, laryngology, ophthalmology as well as surgery or neurology. This paper presents the results of investigations which allow for application of the phenomenon of thermography for medical diagnostics.

8

Alternatywne rozwiązania barier infrastrukturalnych w obiektach użyteczności publicznej

63%

Wartacz R. , Szarek A.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2012

|

tom z. 6

151--156

PL

Przedmiotem referatu jest zaproponowanie alternatywnych rozwiązań, które mają na celu zniwelowanie barier infrastrukturalnych w budynkach użyteczności publicznej. Praca bazuje na zasadach uniwersalnego projektowania, dzięki któremu wszystkie obiekty stają się funkcjonalne również dla osób niepełnosprawnych lub tymczasowo unieruchomionych. Badania terenowe pozwoliły na zapoznanie się z najczęstszymi błędami architektonicznymi budynków użyteczności publicznej. Na dokumentacji fotograficznej przedstawione zostały przykładowe rozwiązania, dzięki którym funkcjonalność obiektów zostałaby poprawiona.

9

Różnice wytrzymałościowe wybranych cementów akrylowych

63%

Szarek A. , Szyprowski J.

Inżynieria Biomateriałów

|

2005

|

tom R. 8, nr 45

24--29

PL

Obecnie w medycynie stosuje się szereg różnych polimerów służących głównie jako wypełniacze. W ortopedii powszechnie używa się cement akrylowy PMMA (polimetakrylanu metylu) służący do mocowania endoprotezy wewnątrz kości. Producenci poszczególnych cementów podają różne parametry wytrzymałościowe dla danego rodzaju PMMA brak jest jednak właściwej korelacji miedzy nimi ze względu na zróżnicowane warunki przygotowania, polimeryzacji oraz przeprowadzania prób wytrzymałościowych. Z tego też powodu została podjęta próba porównania własności wytrzymałościowych i strukturalnych poszczególnych cementów kostnych stosowanych w ortopedii. Cement akrylowy użyty do badań miał skład chemiczny podany przez producenta, z zachowaniem odpowiedniej proporcji między polimerem a monomerem. Nie stosowano domieszek (wypełniaczy). Proces przygotowania cementu do badań prowadzony był zgodnie z instrukcją producenta. Dla wszystkich próbek zachowane zostały identyczne warunki polimeryzacji, przechowywania oraz przeprowadzenia próby wytrzymałościowej. Do badań przyjęto cztery najpopularniejsze obecnie cementy kostne produkowane przez czołowych producentów. Trzy z nich stosowane są z powodzeniem w ortopedii od kilku lat i są to: CEMEX RX - produkcja TECRES SPA, PALACOS R - produkcja SCHERING - PLOUGH INTERNATIONAL INC. KENILWORTH, NEW JERSEY, SIMPLEX P - produkcja HOWMEDICA LIMERICK, oraz nowej generacji cement PALAMED 40 - produkcja BIOMET MERCK. Do badań użyto oryginalnie zapakowane cementy z nieprzekroczonym terminem ważności. Opakowania zostały otworzone bezpośrednio przed wykonaniem próbek. Badania wytrzymałościowe prowadzone były na maszynie wytrzymałościowej, dla której prędkość zgniotu ustalona została na 60 [mm/min]. Do badań użyto dwóch rodzajów próbek, wykonanych zgodnie z normą ISO 5833 - "Implants for surgery - Acrylic resin cements". Próba wytrzymałościowa wykonana została 24 godziny po polimeryzacji masy akrylowej. Ze względy na specyfikę pracy cementu kostnego przeprowadzona została próba wytrzymałości na ściskanie. Poza badaniami wytrzymałościowymi przeprowadzona została również analiza mikrostruktury poszczególnych polimetakrylanów metylu. Analizie poddano także zjawiska zachodzące podczas ściskania oraz zachowanie się cementu po zakończeniu próby wytrzymałościowej (rozwarstwienie, kruchość, wielkość odłamów itd.). Wszystkie te zjawiska, zachodzące podczas cyklicznego obciążania cementu, mają decydujący wpływ na trwałość połączenia kości z trzpieniem oraz możliwość wykruszenia się drobin cementu i ich przemieszczanie się wewnątrz organizmu.

EN

Nowadays, the medicine uses several polymers as extenders. In orthopaedics, to fix an endoprosthesis inside a bone there is commonly applied the PMMA acrylic cement (polymetacrylan of methylene). Producers of certain cements give many strength parameters ofthe PMMA; they vary because the cements were prepared in different polymerisation and strength tests conditions. tt was the main reason why the efforts to compare the strength and structural properties of certain bone cements used in orthopaedics were taken. The chemical constitution of the acrylic cements used in research was prescribed by its producer and prepared preserving proportions between polymer and monomer. No fillers were used. The whole process of preparing the cement to use it for research was conducted strictly according to the rules given by the producer. Polymerisation and storing conditions as well as the strength tests were equal and identical for all of the samples (diagram 3). In the research there were used the most popular 4 bone cements produced by main manufacturers: CEMEX RX - by TECRES SPA, PALACOS R - by SCHERING-PLOUGH INTERNATIONAL INC. KENILWORTH, NEW JESREY, SIMPLEX P - by HOWMEDICA LIMERICK, and a brand new one: PALAMED 40 - by BIOMET MERCK. They were all originally packed and completely new. The boxes were opened right before usage. The strength tests were made on the strength machine with the cold work velocity of 60 [mm/min]. Two kinds of samples were used. They were prepared according to ISO 5833 - Implants for surgery - Acrylic resin cements". The strength test was made 24 hours after polymerising the acrylic mix. Because the bone cement is supposed to work in very particular conditions, there were 2 special tests carried: compression and two-support crushing. Except strength tests there were also analysed microstructures of particular polymetacrylans of methylene. All the phenomena that took place during the tests were also examined as well as the state of the cement right after the test (delamination, brittleness, size of the fragments, etc.) The process of crushing was also analysed (diagrams 1 and 2). Every phenomenon that took place while the cement was cyclically loaded had its crucial influence on durability of the bone - stem joint and on defragmentation of the cement and displacing the fragments inside the organism. To examine granularity and microstructures of some kinds of PMMA there had to be used microscope and a special computer programm for picture analysis FIGURE 1-4.

10

Analysis of changes in bone cement damping factor and its effect on bone load

63%

Postawa P. , Szarek A.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

tom Vol. 23, nr 1

35-38

EN

Purpose: The article presents the results of simulations and material-related investigations for bone cement used for alloplasty of hip joint. Mechanical properties of bone cements are of key importance for a successful surgery and further use of the joint as well as its behaviour during complex load which appears during patient's walk. Design/methodology/approach: One of the methods of thermal analysis for polymeric materials has been used for investigations. DMTA method is based on the analysis of the signal (reaction) from the deformed material under particular conditions, at the changeable ambient temperature as well as frequency and amplitude of vibrations. DMTA thermograms give information on change in storage modulus E' and the mechanical loss factor tg delta, which is responsible for dissipation of energy during deformation. Findings: During simulation investigations ADINA engineering environment has been used; it enabled, at the assumed boundary and initial conditions, to assess the stress which appears in individual cross-sections of the analysed bone and the implant fixed by means of bone cement. During the analysis the cross-sections have been presented and the values of the stress which appears in individual zones have been determined. Research limitations/implications: Due to high complexity, only the results of simulation software have been used, clinic trials will be possible not before thorough check and analysis of the obtained results. Practical implications: Practical application of the results of the investigations described in this paper will be possible after long and comprehensive clinical trials. Originality/value: Original value of this paper are the results of tests since such an analysis has never been conducted by scientific environment working on this subject.

11

The analysis of changes of thermal properties and structures of the bone cements after ageing processes

63%

Szarek A. , Gnatowski A.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2011

|

tom z. 5

153--158

EN

This paper presents the results of the investigations of thermal properties and the structure of bone cements developed based on polymethyl methacrylate with addition of fillers and auxiliaries. DSC method was employed to determine glass transition temperature for the studied bone cements before and after the process of aging in water NaCl solution subject to electrolysis. The investigations were carried out for bone cements with different composition and different percentage share of the components. Two types of bone cements were used for the investigations: CMW1 manufactured by CMW and Palamed 40. Thermal properties were analysed using differential scanning calorimetry by means of Netzsch DSC 200 Phox equipment. The structure was examined by means of Nikon Eclipse E 200 optical microscope.

PL

W artykule określono metodą DSC wartości temperatury zeszklenia PMMA przed i po procesie starzenia w roztworze wodnym NaCl poddanym elektrolizie. Badania przeprowadzono dla PMMA o różnym składzie i udziale procentowym składników. Do badań zastosowano dwa rodzaje cementów kostnych: CMW1 oraz Palamed 40. Dla części materiału badawczego przeprowadzono proces przyspieszonego starzenia w celu określenia odporności chemicznej na czynniki powodujące korozję i degradację cementu kostnego. Badania właściwości termicznych wykonano metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej, wykorzystując urządzenie DSC 200 Phox firmy Netzsch. Strukturę obserwowano pod mikroskopem optycznym firmy Nikon Eclipse E 200.

12

Modelowanie przepływu krwi w naczyniach krwionośnych miażdżycowo zmienionych

63%

Mordal K. , Szarek A.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2017

|

tom z. 13

49--56

PL

Artykuł poświęcono modelowaniu przepływów krwi w tętnicach zdrowych i zwężonych w wyniku miażdżycy przy różnych wysokościach powstałych przewężeń. Część wstępna obejmuje kwestie dotyczące układu krwionośnego, krwi i chorób układu krążenia (miażdżycy). W części badawczej zaprezentowano zagadnienia dotyczące przygotowania modeli fizycznych tętnic oraz wyniki symulacji przepływu krwi. Przeprowadzone badania pozwoliły określić, jaki wpływ na prędkość przepływu, rozkład ciśnienia ma stopień zaawansowania miażdżycy.

EN

This article is about modelling of blood flow in healthy arteries and narrowed as a result of a atherosclerosis at different stages of its development. A preliminary section covers issues concerning cardiovascular system, blood and cardiovascular diseases (atherosclerosis and hypertension). The research presents issues related to physical models of arteries and blood flow simulations. Conducted examinations allowed to determine the effect of the severity of atherosclerosis on flow velocity and pressure distribution.

13

Composites PMMA - carbon fibre as an alternative to connection of endoprosthesis with bone

63%

Szarek A. , Postawa P.

Kompozyty

|

2010

|

tom R. 10, nr 1

46-51

EN

Surgical cements, being polymer composites, constitute the substances which fix prostheses to bones. Due to the load which they are expected to bear and responsibility for maintenance of a stable connection of the bone and prosthesis, cements should be characterized by enhanced mechanical strength and biocompatibility. Basic mechanical parameters indicated by PMMA under variable load might affect durability of biomechanical systems, such as artificial femoral joint. For these reasons, analysis of functional properties of bone cements under empirical conditions is of essential importance since it allows for determination of cement's behaviour in human body. Analysis of clinical results demonstrated that bone cements used for hip joint replacement, despite a number of modifications, still do not meet sufficient requirements of biofunctionality, mainly due to high toxicity of liquid monomer. Bone cements are still characterized by insufficient biocompatibility and poor mechanical properties. Furthermore, they show tendency to cracking, chipping and, in consequence, to loosening of prosthesis in bone. This paper aims at determination of the factors which cause destruction of cement layer in human body. Examination of the parts of artificial joint removed from human body because of the destruction of PMMA revealed that cement mass does not adhere to the prosthesis on the whole contact surface but only in some random areas. It was also observed that connection of the cement with bone occurs based on sticking whereas dendrite surfaces of cement show tendency to generate microcracks, which, in the course of time, are progressing and cause destruction of PMMA. The attempts were also made to develop, on the basis of commercial cements, a new composite reinforced with carbon fibre. The investigations aimed at obtaining a cement with limited percentage of toxic monomer, enhanced mechanical strength and porous surface which will allow for osseointegration of composite mass with the bone. It was determined on the basis of the investigations that optimal fraction of carbon fibre fillers in commercial bone cements accounts for 30%. This modification allows for obtaining a composite characterized by higher compressive strength [MPa] as compared to pure cements, from 20 to 26%. The developed PMMA composite with carbon fibre also showed higher impact strength (by approx. 20-26%), which, in the case of the nature of load it is expected to bear, can considerably extend the time of use inside human body. Another essential advantage of the developed composite is that a porous surface was obtained, which will allow for osseointegration of the modified PMMA with bone and will increase mechanical strength in bone-cement arrangement. It is also remarkable that implementation of the filler limits the percentage of monomer in cement mass, which results in a higher biocompatibility in the obtained composite as compared to pure cement.

PL

Cement chirurgiczny, będący kompozytem polimerowym, po związaniu stanowi element spajający protezę z kością. Ze względu na obciążenia, jakie przenosi, oraz na dużą odpowiedzialność w utrzymaniu stabilnego połączenia protezy z kością powinien charakteryzować się wysoką wytrzymałością mechaniczną oraz biozgodnością. Podstawowe parametry wytrzymałościowe PMMA, jakie wykazuje w warunkach oddziaływania zmiennych obciążeń, mogą mieć wpływ na trwałość układu biomechanicznego, jakim jest sztuczny staw biodrowy. Z tych powodów istotne znaczenie mają badania właściwości użytkowych cementów kostnych w warunkach doświadczalnych, albowiem pozwalają na określenie jego zachowania się w organizmie człowieka. Analiza wyników klinicznych wskazuje, że stosowane w endoprotezoplastyce cementy kostne, pomimo wielu modyfikacji, nadal jeszcze niedostatecznie spełniają stawiane im wymagania oczekiwanej biofunkcjonalności, głównie z powodu dużej toksyczności płynnego monomeru. Cementy kostne wciąż jeszcze charakteryzują się niewystarczającą zgodnością biologiczną, niekorzystnymi właściwościami wytrzymałościowymi. Ponadto posiadają dużą skłonność do pękania, wykruszania, a w konsekwencji do obluzowania protezy w kości. W artykule podjęto próbę określenia czynników powodujących niszczenie płaszcza cementowego w organizmie ludzkim. Na podstawie elementów sztucznego stawu usuniętego z organizmu ludzkiego z powodu zniszczenia PMMA określono, iż przyleganie masy cementowej do protezy nie następuje na całej powierzchni kontaktowej, a jedynie w pewnych przypadkowych obszarach. Dodatkowo zaobserwowano, że połączenie cement z kością odbywa się na zasadzie przyklejenia, a dendrytyczne powierzchnie cementu mają skłonności do powstawania mikropęknięć, które wraz z czasem postępują, powodując niszczenie PMMA. W badaniach podjęto próbę opracowania na bazie cementów komercyjnych nowego kompozytu wzbogaconego w włókno węglowe. Celem prowadzonych badań jest uzyskanie spoiwa, w którym ograniczony zostanie udział toksycznego monomeru, zwiększy się wytrzymałość mechaniczna oraz uzyska się porowatą powierzchnię, która umożliwi przerost masy kompozytowej kością. Na podstawie przeprowadzonych badań określono, że przy zastosowanych komercyjnych cementach kostnych optymalny udział wypełniaczy z włókna węglowego stanowi około 30%. Modyfikacja taka pozwala na uzyskanie kompozytu charakteryzującego się wyższą wytrzymałością na ściskanie Rc od czystych cementów od 20 do 24%. Opracowany kompozyt PMMA z włóknem węglowym zwiększył również swą udarność o około 20-26%, co w przypadku charakteru jego pracy może znacznie wydłużyć czas użytkowania w organizmie ludzkim. Kolejną bardzo istotną zaletą opracowanego kompozytu jest uzyskanie porowatej powierzchni, co umożliwi przerośnięcie modyfikowanego PMMA kością i znacznie zwiększy wytrzymałość połączenia kość-cement. Nie bez znaczenie jest również fakt, że wprowadzenie wypełniacza ogranicza procentowy udział monomeru w masie cementowej, przez co uzyskany kompozyt ma wyższą biozgodność od czystego cementu.

14

Parametry użytkowe stacji diagnostycznych

63%

Szarek A. , Zych M.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2012

|

tom z. 6

147--150

15

Analiza rozkładu naprężeń oraz rozwoju i propagacji pęknięcia poli(metakrylanu metylu) po użytkowaniu w organizmie ludzkim

63%

Szarek A. , Kwiatkowski D.

Polimery

|

2012

|

tom T. 57, nr 10

740-746

PL

W pracy podjęto próbę określenia czynników wpływających na destrukcję poli(metakrylanu metylu) używanego do osadzania endoprotez stawu biodrowego w kości. Materiał badawczy miał postać elementów endoprotez usuniętych z organizmu ludzkiego. Przeprowadzono obliczenia numeryczne, które obejmowały analizę rozkładu naprężeń w warstwie cementu kostnego, spajającej protezę z kością, oraz w pobliżu wierzchołka pęknięcia (rysy) zmęczeniowego powstającego podczas trójpunktowego zginania próbki SENB, wykonanej z cementu kostnego na osnowie PMMA. Dokonano również analizy rozwoju i propagacji pękania tego tworzywa polimerowego. W obliczeniach MES zastosowano narzędzia numeryczne ABAQUS/Standard oraz ADINA System, mających nowoczesne procedury obliczeniowe w tym zakresie. Obliczenia numeryczne prowadzono z uwzględnieniem danych doświadczalnych określających warunki inicjacji procesu pękania cementu kostnego. Wyniki obliczeń numerycznych porównano z rezultatami uzyskanymi z badań doświadczalnych.

EN

This work is an attempt to determine the factors which affect the destruction of poly(methyl methacrylate) used for the fixation of hip joint endoprosthesis to the bone. The experimental material used in the study consisted of the components of the prostheses removed from human body. The numerical calculations involving the analysis of stress distribution in the layer of the bone cement, connecting the prosthesis to the bone, and near the peak (scratch) of the fatigue pre-crack formed during the three-point bending of a SENB sample made from the bone cement with PMMA matrix. An analysis of the development and propagation of cracking in the polymer material was also conducted. The MES computations were performed by means of numerical tools, such as ABAQUS/Standard and ADINA System with the dedicated modern computational procedures. The numerical calculations were carried out taking into account the empirical data describing the conditions of initiation of bone cement cracking process. The results were verified by the data obtained from empirical investigations.

16

Wpływ wypełniaczy na własności wytrzymałościowe kompozytowych cementów kostnych

51%

Włodarski J. , Szyprowski J. , Więckowski W. , Szarek A.

Kompozyty

|

2005

|

tom R. 5, nr 4

78-81

PL

Zastosowanie PMMA (polimetakrylanu metylu) w alloplastyce stawu biodrowego datuje się aa początek lat 60., kiedy to Charnley zakotwiczył w kości udowej endoprotezę stawu biodrowego. Cement chirurgiczny, będący kompozytem polimerowym, po związaniu stanowi element spajający protezę z kością, dlatego wymaga się od niego dużej biozgodności i biotolerancji. Badania kliniczne wykazują wiele zastrzeżeń dotyczących cementów kostnych, począwszy od dużej temperatury wydzielanej podczas polimeryzacji (w 4:6 minucie od momentu jej rozpoczęcia następuje znaczny wzrost temperatury od 55:80°C, a nawet do 125°C), przez własności wytrzymałościowe i zmęczeniowe, kończąc na dużej degradacji cementu i emisji cząstek do organizmu. Badania prowadzone na całym świecie mają na celu polepszenie własności cementów kostnych. Obecnie wykorzystuje się wiele rodzajów cementów, stosowanych jako kompozyty czyste (bez domieszek) lub z domieszkami innych substancji. Stosowanie wypełniaczy ma istotne znaczenie na własności wytrzymałościowe PMMA. Specyfika środowiska pracy wymusza na polimetakrylanie metylu konieczność przenoszenia bardzo złożonych obciążeń wynikających z motoryki człowieka. Środowisko pracy cementu jest bardzo agresywne, co znacznie zwiększa szybkość starzenia i powoduje większe wyniszczanie się cementu, przez co osłabia się układ kość-cement-implant. Zjawisko takie może doprowadzić do obluzowania się endoprotczy i do konieczności wykonania zabiegu reimplantacji. Kolejnym negatywnym skutkiem starzenia i wykruszania się cementu jest zjawisko emisji cząsteczek cementu do organizmu. Cząsteczki te, przemieszczając się wewnątrz organizmu, osadzają się w różnych organach, np. wątrobie, nerkach itp., powodując powstanie patologii. Badania prowadzone w Instytucie Obróbki Plastycznej, Inżynierii Jakości i Bioinżynierii pozwalają na określenie wpływu wypełniaczy na własności wytrzymałościowe cementów kostnych, zmniejszenia temp. polimeryzacji i zmniejszenia szybkości procesów starzenia cementów akrylowych. Do badań przyjęty został cement SIMPLEX irlandzkiej firmy HOWMEDICA LIMERICK, w skład opakowania wchodzi proszek polimerowy oraz płyn monomerowy. Cały zestaw opakowany jest sterylnie. Zastosowano trzy rodzaje wypełniaczy (materiały kościozastepcze o nazwie BIO-OSS, miazgę kostną bydlęcą oraz Al2O3). Różnice w wytrzymałości mechanicznej oraz w strukturze cementu kostnego mają znaczący wpływ na żywotność i własności wytrzymałościowe wybranego cementu kostnego.

EN

The first use of PMMA (methyl polymethacrylate) in a hip joint alloplasty was at the early 60's when Charnley anchored the hip joint endoprosthesis inside the femur. Surgical cement, being the polymer composite, sets creating the element bonding prosthesis with a bone, and thus, it is required to be highly biocompatible and biotolerant. Clinical research indicates many reservations regarding bone cements, starting from the relatively high temperature during polymerization (after 4:6 minutes of polymerization the temperature grows up to 55:80°C or even up to 125) through mechanical and fatigue properties and ending with high degradation and particle emission to the organism. The tests carried out all over the world are aimed towards the improvement of the bone cements properties. Nowadays many kinds of cements are used either as pure polymer or with admixtures of different substances. Application of fillers is of a great significance to the mechanical properties of the PMMA. Specificity of the working conditions forces the necessity of transition of extremely complex loading resulting from human motor activity. Working environment of the cement is highly aggressive dramatically increasing the ageing rate and causes higher enucleating of the cement, weakening the bone-cement-implant system. This phenomenon can lead to endoprosthesis loosening and to the necessity of re-implantation procedure. Another negative effect of the cement ageing and spalling is the phenomenon of cement particles emission into the organism. These particles, moving inside the organism, settle inside different organs i.e. liver, kidneys etc. causing pathologies. Microstructure of the SIMPLEX P cement is shown in Figure 1, structure changes influenced by different additives can be observed in Figures 2 and 3. The research performed at the Institute of Metal Working, Quality Engineering and Bioengineering permits to determine the influence of the fillers on mechanical properties of bone cements, decrease in polymerization temperature and decrease the ageing process rate of the acryl cements. The results of compression test of SIMPLEX P with 5% of different fillers is presented in Figure 4. The sample chart of the compression test of SIMPLEX P with 5% of BIO-OSS additive is given in Figure 5. Irish HOWMEDICA LIMERICK SIMPLEX P cement was taken to the tests. The package includes polymer powder and monomer liquid is sterile. Three kinds of fillers were taken into tests: bone-substitutive material BIO-OSS, bovine bone pulp and Al2O3. Differences in mechanical properties and in structure of bone cement are of significant influence on life and mechanical properties of the bone cement.

17

Stress profile of the femoral bone after centrament endoprosthesis implantation

51%

Włodarski J. , Szyprowski J. , Szarek A.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2006

|

tom z. 26

383-388

18

Numeryczna analiza zmian mikrostruktury płaskownika 70 × 20 ze stali S355J0 walcowanego w ciągłej walcowni bruzdowej

51%

Stradomski G. , Rydz D. , Laber K. , Szarek A.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2011

|

tom Vol. 78, nr 7

535--538

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań numerycznych analizy zmian mikrostruktury prętów płaskich 70 × 20mm. Do badań wykorzystano niezwykle popularną stal konstrukcyjną S355J0, materiał ten jest szczególnie przydatny na konstrukcje spawane. Ze względu na fakt, że nowoczesne ciągłe walcownie bruzdowe charakteryzują się niewielką różnicą między temperaturą początku i końca walcowania, często nie jest możliwe uzyskanie odpowiedniego rozdrobnienia wielkości ziarna. Badania prowadzone były w dwóch etapach, w pierwszym badano obecnie stosowaną technologię, w drugim proces walcowania normalizującego. Na podstawie danych zamieszczonych w pracach [1÷5] stwierdzono, że zastosowanie regulowanego walcowania, a w szczególności, walcowania normalizującego, gwarantuje uzyskanie znacznego rozdrobnienia wielkości ziarna austenitu. W tych samych pracach udowodniono, że takie rozdrobnienie ziarna gwarantuje uzyskanie wysokich własności mechanicznych gotowych wyrobów. Należy również wspomnieć, że zastosowanie walcowania normalizującego obniża koszty, co podnosi konkurencyjność produkcji.

EN

The article presents results of numerical analysis of changes in the 70 × 20mm flat bars microstructure. The study was made for a very popular S355J0 structural steel, this material is a very popular for the welded constructions. Due to the fact that modern continuous shape mills are characterized by a small temperature difference between the beginning and end of rolling it is often not possible to obtain adequate refining of the grain size. The research was conducted in two stages, in the first nowadays used technology was tested out in the second the process of normalizing rolling was investigated. Based on the data given in [1÷5] it was found that the use of controlled rolling (in particular, normalizing), guarantees a significant refinement of the austenite grain size. In the same works it was demonstrated that such grain refinement guarantees a high mechanical properties of finished products. It also should be mention that application of normalizing rolling reduces the costs what increases the competitiveness of production.

19

DMTA method in determining strength parameters of acrylic cements

51%

Postawa P. , Szarek A. , Koszkul J.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2007

|

tom Vol. 28, nr 5

309-312

EN

Purpose: The paper presents the results of investigations of dynamic properties for bone cement with different fillers by means of DMTA method. Addition of any substance causes the change in mechanical properties. Pure PALAMED material and material filled with four different fillers have been analysed. Design/methodology/approach: One of the methods of thermal analysis for polymeric materials has been used for investigations. DMTA method is based on the analysis of the signal (reaction) from the deformed material under particular conditions, at the changeable ambient temperature as well as vibrations frequency and amplitude. DMTA thermograms give information on change in storage modulus E' and the mechanical loss factor tgδ, which is responsible for dissipation of energy during deformation. Pure cement as well as the cement filled with: BiO-OSS and PORESORB bone graft substitute materials, Al2O3 ceramic material and powdered animal bones. Method of specimen preparation and proportion in which the specimens were prepared are presented in the text. Practical implications: As it results from the literature analysis, no investigations of such a wide group of fillers, both organic and inorganic have been carried out yet. The investigations enabled the storage modulus and tgδ to be determined for each of the prepared materials, thus to indicate the material whose properties enable this material to be used in further alloplasty surgeries for hip joint. Practical application of the results of the investigations described in this paper will be possible after long and comprehensive clinical trials. Originality/value: Original value of this paper are the results of tests since such an analysis has never been conducted by scientific environment working on this subject.

20

Badania właściwości kompozytów drewno-polimer metodą DMTA

51%

Postawa P. , Stachowiak T. , Szarek A.

Kompozyty

|

2010

|

tom R. 10, nr 3

266-269

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań kompozytów polimerowo-drzewnych, gdzie jako napełniacz wykorzystano trociny drzew liściastych i iglastych. Osnowę kompozytu stanowił termoplastyczny polipropylen. Do badań przygotowano trzy kompozyty różniące się objętościową zawartością napełniacza (25, 50 oraz 70%) i różnej frakcji zastosowanych trocin. Próbki przygotowano z wykorzystaniem technologii wtryskiwania. Do badań wykorzystano jedną z metod analizy termicznej DMTA. Przeprowadzone badania dynamiczne właściwości mechanicznych pozwoliły na określenie wpływu zawartości napełniacza oraz rozmiaru trocin na właściwości otrzymanych kompozytów. Uzyskane wyniki pozwolą w przyszłości na określenie zakresu stosowania tych materiałów, ponieważ stanowią ciekawą i tanią alternatywę dla materiałów stosowanych na elementy wielkogabarytowe z tworzyw polimerowych.

EN

The research results of wood-polymer composites based on polypropylene (PP) and sawdust mixture of the wood where presented in the article. Three composites with different volumetric content of wood were prepared (25, 50 and 70% - content of filler). Then research samples were made by injection molding technology using injection molding machine KraussMaffei KM-65 - 130 C4. Testing of dynamical mechanic properties use one of the thermal analyzing method DMTA were carried out during research. The process of the preparation of samples and their producing were described, the results of examinations were also presented as a graphs and tables. Obtained results let determine the area of the possible application of received composites, and will be useful for the future. Costs of raw polymer material are still increasing because global consumption of polymers and goods produced from polymers is increasing too. Therefore we can observe big interest in new low-cost composites. Polymers filled with the sawdust of the wood are called Wood-Polymer Composite WPC. It is very interesting material because it doesn't have the disadvantages that have its components. Composites are characterized by low receptivity of moisture, good mechanical properties and low processing shrinkage.