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Using the OpenSim software and verified anatomical data, a computer model for the calculation of biomechanical parameters is developed and used to determine the effect of a reattachment of the Supraspinatus muscle with a medial displacement of the muscle attachment point, which may be necessary for a rupture of the supraspinatus tendon. The results include the influence of the operation on basic biomechanical parameters such as the lever arm, as well as the calculated the muscle activations for the supraspinatus and deltoid. In addition, the influence on joint stability is examined by an analysis of the joint reaction force. The study provides a detailed description of the used model, as well as medical findings to a reattachment of the supraspinatus.
Mit der Software OpenSim und überprüften anatomischen Daten wird ein Computermodell zur Berechnung von biomechanischen Parametern entwickelt und genutzt, um den Effekt einer Refixierung des Supraspinatusmuskels mit einer medialen Verschiebung des Muskelansatzpunktes zu ermitteln, wie sie unter anderem nach einem Riss der Supraspinatussehne notwendig sein kann. Die Ergebnisse umfassen hierbei den Einfluss der Operation auf grundlegende biomechanische Parameter wie den Hebelarm sowie die berechneten Muskelaktivierungen für den Supraspinatus und Deltoideus. Zusätzlich wird der Einfluss auf die Gelenkstabilität betrachtet und durch eine Analyse der Gelenkreaktionskraft untersucht. Die Studie bietet eine detaillierte Beschreibung des genutzten Modells, sowie medizinische Erkenntnisse zu einer Refixierung des Supraspinatus.
Particularly multiparous elderly women may suffer from vaginal vault prolapse after hysterectomy due to weak support from lax apical ligaments. A decreased amount of estrogen and progesterone in older age is assumed to remodel the collagen thereby reducing tissue stiffness. Sacrocolpopexy is either performed as open or laparoscopic surgery using prosthetic mesh implants to substitute lax ligaments. Y-shaped mesh models (DynaMesh, Gynemesh, and Ultrapro) are implanted in a 3D female pelvic floor finite element model in the extraperitoneal space from the vaginal cuff to the first sacral (S1) bone below promontory. Numerical simulations are conducted during Valsalva maneuver with weakened tissues modeled by reduced tissue stiffness. Tissues are modeled as incompressible, isotropic hyperelastic materials whereas the meshes are modeled either as orthotropic linear elastic or as isotropic hyperlastic materials. The positions of the vaginal cuff and the bladder base are calculated from the pubococcygeal line for female pelvic floor at rest, for prolapse and after repair using the three meshes. Due to mesh mechanics and mesh pore deformation along the loaded direction, the DynaMesh with regular rectangular mesh pores is found to provide better mechanical support to the organs than the Gynemesh and the Ultrapro with irregular hexagonal mesh pores.
Insbesondere ältere, mehrgebährende Frauen leiden häufiger an einem Scheidenvorfall nach einer Hysterektomie aufgrund der schwachen Unterstützung durch laxe apikale Bänder. Es wird angenommen, dass eine verringerte Menge an Östrogen und Progesteron im höheren Alter das Kollagen umformt, wodurch die Gewebesteifigkeit reduziert wird. Die Sakrokolpopexie ist eine offene oder laparoskopische Operation, die mit prothetischen Netzimplantaten durchgeführt wird, um laxe Bänder zu ersetzen. Y-förmige Netzmodelle (DynaMesh, Gynemesh und Ultrapro) werden in einem 3D-Modell des weiblichen Beckenbodens im extraperitonealen Raum vom Vaginalstumpf bis zum Promontorium implantiert. Numerische Simulationen werden während des Valsalva-Manövers mit geschwächtem Gewebe durchgeführt, das durch eine reduzierte Gewebesteifigkeit modelliert wird. Die Gewebe werden als inkompressible, isotrop hyperelastische Materialien modelliert, während die Netze entweder als orthotrope linear elastische oder als isotrope hyperlastische Materialien modelliert werden. Die Positionen des Vaginalstumpfs, der Blase und der Harnröhrenachse werden anhand der Pubococcygeallinie aus der Ruhelage, für den Prolaps und nach der Reparatur unter Verwendung der drei Netze berechnet. Aufgrund der Netzmechanik und der Netzporenverformung bietet das DynaMesh mit regelmäßigen rechteckigen Netzporen eine bessere mechanische Unterstützung und eine Neupositionierung des Scheidengewölbes, der Blase und der Urethraachse als Gynemesh und Ultrapro mit unregelmäßigen hexagonalen Netzporen.
Lignocellulosic biorefinery: Process integration of hydrolysis and fermentation (SSF process)
(2011)
The aim of the present work is the process integration and the optimization of the enzymatic hydrolysis of wood and the following fermentation of the products to ethanol. The substrate is a fiber fraction obtained by organosolv pre-treatment of beech wood. For the ethanol production, a co-fermentation by two different yeasts (Saccharomyces cerevisiae and Pachysolen tannophilus) was carried out to convert glucose as well as xylose. Two approaches has been followed: 1. A two step process, in which the hydrolysis of the fiber fraction and the fermentation to product are separated from each other. 2. A process, in which the hydrolysis and the fermentation are carried out in one single process step as simultaneous saccharification and fermentation (SSF). Following the first approach, a yield of about 0.15 g ethanol per gram substrate can be reached. Based on the SSF, one process step can be saved, and additionally, the gained yield can be raised up to 0.3 g ethanol per gram substrate.
In this study, polyelectrolyte-modified field-effect-based electrolyte-insulator-semiconductor (EIS) devices have been used for the label-free electrical detection of double-stranded deoxyribonucleic acid (dsDNA)molecules. The sensor-chip functionalization with a positively charged polyelectrolyte layer provides the possibility of direct adsorptive binding of negatively charged target DNA oligonucleotides onto theSiO2-chip surface.EIS sensors can be utilized as a tool to detect surface-charge changes; the electrostatic adsorption of oligonucleotides onto the polyelectrolyte layer leads to a measureable surface-potential change. Signals of 39mV have been recorded after the incubation with the oligonucleotide solution. Besides the electrochemical experiments, the successful adsorption of dsDNA onto the polyelectrolyte layer has been verified via fluorescence microscopy. The presented results demonstrate that the signal recording of EISchips, which are modified with a polyelectrolyte layer, canbe used as a favorable approach for a fast, cheap and simple detection method for dsDNA.
Robotergestütztes System für ein verbessertes neuromuskuläres Aufbautraining der Beinstrecker
(2016)
Neuromuskuläres Aufbautraining der Beinstrecker ist ein wichtiger Bestandteil in der Rehabilitation und Prävention von Muskel-Skelett-Erkrankungen. Effektives Training erfordert hohe Muskelkräfte, die gleichzeitig hohe Belastungen von bereits geschädigten Strukturen bedeuten. Um trainingsinduzierte Schädigungen zu vermeiden, müssen diese Kräfte kontrolliert werden. Mit heutigen Trainingsgeräten können diese Ziele allerdings nicht erreicht werden. Für ein sicheres und effektives Training sollen durch den Einsatz der Robotik, Sensorik, eines Regelkreises sowie Muskel-Skelett-Modellen Belastungen am Zielgewebe direkt berechnet und kontrolliert werden. Auf Basis zweier Vorstudien zu möglichen Stellgrößen wird der Aufbau eines robotischen Systems vorgestellt, das sowohl für Forschungszwecke als auch zur Entwicklung neuartiger Trainingsgeräte verwendet werden kann.
Two single-incision mini-slings used for treating urinary incontinence in women are compared with respect to the stresses they produce in their surrounding tissue. In an earlier paper we experimentally observed that these implants produce considerably different stress distributions in a muscle tissue equivalent. Here we perform 2D finite element analyses to compare the shear stresses and normal stresses in the tissue equivalent for the two meshes and to investigate their failure behavior. The results clearly show that the Gynecare TVT fails for increasing loads in a zipper-like manner because it gradually debonds from the surrounding tissue. Contrary to that, the tissue at the ends of the DynaMesh-SIS direct may rupture but only at higher loads. The simulation results are in good agreement with the experimental observations thus the computational model helps to interpret the experimental results and provides a tool for qualitative evaluation of mesh implants.