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Zusammenfassung: In der Orthopädie zählt der therapeutische Ultraschall als Mittel zur Prävention und Therapiebegleitung. Er hat mechanische, thermische und physiko-chemische Auswirkungen auf den menschlichen Körper. Um mehr Erkenntnisse über die thermischen Auswirkungen zu erlangen, wurden Versuche an einem Hydrogel-Phantom und an Probanden durchgeführt. Dabei entstand eine signifikante Erwärmung des Gewebes, welche beim Probandenversuch an der Oberfläche und beim Hydrogelversuch in der Tiefe gemessen wurde.
Summary: In orthopaedics, therapeutic ultrasound is a tool of prevention and therapy support. It has mechanical, thermal and physico-chemical effects on the human body. Tests with a hydrogel phantom and with human probands have been performed in order to obtain more knowledge about their thermal effects. Both tests measured temperature increases in cell tissue, on the surface with the human proband test and in depth with the hydrogel phantom test.
Successful bone sawing requires a high level of skill and experience, which could be gained by the use of Virtual Reality-based simulators. A key aspect of these medical simulators is realistic force feedback. The aim of this paper is to model the bone sawing process in order to develop a valid training simulator for the bilateral sagittal split osteotomy, the most often applied corrective surgery in case of a malposition of the mandible. Bone samples from a human cadaveric mandible were tested using a designed experimental system. Image processing and statistical analysis were used for the selection of four models for the bone sawing process. The results revealed a polynomial dependency between the material removal rate and the applied force. Differences between the three segments of the osteotomy line and between the cortical and cancellous bone were highlighted.
Combining physiological relevance and throughput for in vitro cardiac contractility measurement
(2020)
Despite increasing acceptance of human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) in safety pharmacology, controversy remains about the physiological relevance of existing in vitro models for their mechanical testing. We hypothesize that existing signs of immaturity of the cell models result from an improper mechanical environment. We cultured hiPSC-CMs in a 96-well format on hyperelastic silicone membranes imitating their native mechanical environment, resulting in physiological responses to compound stimuli.We validated cell responses on the FLEXcyte 96, with a set of reference compounds covering a broad range of cellular targets, including ion channel modulators, adrenergic receptor modulators and kinase inhibitors. Acute (10 - 30 min) and chronic (up to 7 days) effects were investigated. Furthermore, the measurements were complemented with electromechanical models based on electrophysiological recordings of the used cell types.hiPSC-CMs were cultured on freely-swinging, ultra-thin and hyperelastic silicone membranes. The weight of the cell culture medium deflects the membranes downwards. Rhythmic contraction of the hiPSC-CMs resulted in dynamic deflection changes which were quantified by capacitive distance sensing. The cells were cultured for 7 days prior to compound addition. Acute measurements were conducted 10-30 minutes after compound addition in standard culture medium. For chronic treatment, compound-containing medium was replaced daily for up to 7 days. Electrophysiological properties of the employed cell types were recorded by automated patch-clamp (Patchliner) and the results were integrated into the electromechanical model of the system.Calcium channel agonist S Bay K8644 and beta-adrenergic stimulator isoproterenol induced significant positive inotropic responses without additional external stimulation. Kinase inhibitors displayed cardiotoxic effects on a functional level at low concentrations. The system-integrated analysis detected alterations in beating shape as well as frequency and arrhythmic events and we provide a quantitative measure of these.
Der vorliegende Artikel fokussiert sich auf die weibliche Belastungsinkontinenz als Insuffizienz der Speicherfunktion der Blase, auch wenn im klinischen Alltag die Harninkontinenz der Frau häufig verschiedene Ursachen hat und insbesondere eine Belastungsinkontinenz im Alter und bei neurologischer Komorbidität nur selten isoliert vorkommt.
Das kleine Becken der Frau ist sowohl als Funktions- als auch als strukturelle Einheit zu betrachten. Dabei unterliegen bei der Frau Blase, Harnröhre, Gebärmutter und Enddarm sowie die muskulären und ligamentösen Strukturen des kleinen Beckens durch Fertilitätsphase, mögliche Schwangerschaften, Geburten und Menopausen-Phase, über das „normale Altern“ hinaus, gravierenden Veränderungen.
This article focuses on female stress incontinence in the form of pelvic floor dysfunction and urethral sphincter deficiency, although isolated stress incontinence accounts for less than half of all incontinence cases. Especially in women of old age and those with neurological comorbidities, the causes of incontinence are mostly multifactorial. Also it has to be considered that the female bladder, urethra, uterus and rectum as well as the muscular and ligamentous structures of the female pelvis minor are affected by phases of fertility, possible pregnancies, births and menopause in addition to the normal ageing process.
An optimization method is developed to describe the mechanical behaviour of the human cancellous bone. The method is based on a mixture theory. A careful observation of the behaviour of the bone material leads to the hypothesis that the bone density is controlled by the principal stress trajectories (Wolff’s law). The basic idea of the developed method is the coupling of a scalar value via an eigenvalue problem to the principal stress trajectories. On the one hand this theory will permit a prediction of the reaction of the biological bone structure after the implantation of a prosthesis, on the other hand it may be useful in engineering optimization problems. An analytical example shows its efficiency.
Im Rahmen von Ermüdungsanalysen ist nachzuweisen, daß die thermisch bedingten fortschreitenden Deformationen begrenzt bleiben. Hierzu ist die Abgrenzung des Shakedown-Bereiches (Einspielen) vom Ratchetting-Bereich (fortschreitende Deformation) von Interesse. Im Rahmen eines EU-geförderten Forschungsvorhabens wurden Experimente mit einem 4-Stab-Modell durchgeführt. Das Experiment bestand aus einem wassergekühlten inneren Rohr und drei isolierten und beheizbaren äußeren Probestäben. Das System wurde durch alternierende Axialkräfte, denen alternierende Temperaturen an den äußeren Stäben überlagert wurden, belastet. Die Versuchsparameter wurden teilweise nach vorausgegangenen Einspielanalysen gewählt. Während der Versuchsdurchführung wurden Temperaturen und Dehnungen zeitabhängig gemessen. Begleitend und nachfolgend zur Versuchsdurchführung wurden die Belastungen und die daraus resultierenden Beanspruchungen nachvollzogen. Bei dieser inkrementellen elasto-plastischen Analyse mit dem Programm ANSYS wurden unterschiedliche Werkstoffmodelle angesetzt. Die Ergebnisse dieser Simulationsberechnung dienen dazu, die Shakedown-Analysen mittels FE-Methode zu verifizieren.
Originalausgabe: Orthopädische Praxis Jg. 47. 2011 H. 11; S. 536-543. Mit freundlicher Genehmigung des Verlags Zusammenfassung: Auf der Basis von Patientenabfragen mittels Fragebogen zum Schmerzempfinden und zur Einschränkung bei Aktivitäten des alltäglichen Lebens wird die Langzeitwirkung der MBST® KernspinResonanz-Therapie bei Gonarthrose untersucht. An der Studie nahmen 39 Patienten teil, bei denen die Therapie bis zu vier Jahre zurückliegt. Neben einer Gesamtbetrachtung wird der Erfolg auch in Abhängigkeit von Alter, Geschlecht und sportlicher Aktivität analysiert. Insgesamt weist die Studie auf eine anhaltende Verbesserung des Gesundheitszustands mit zum Teil deutlicher Schmerzlinderung auch noch nach vier Jahren hin, jedoch mit einer leichten Schmerzzunahme gegen Ende des Untersuchungszeitraums von vier Jahren. Eine tendenziell positivere Wirkung bei Frauen, älteren Menschen oder auch sportlich nicht-aktiven Patienten lässt auf eine mögliche Beeinflussung des Erfolgs der Therapie durch (Über-)Belastung im Alltag schließen. Ein zusätzlich positiver Effekt der Therapie auf die Knochendichte ist ebenfalls denkbar, dies bleibt jedoch offen.
Analysis of the long-term effect of the MBST® nuclear magnetic resonance therapy on gonarthrosis
(2016)
Einschränkung von Taluskippung und -vorschub durch Sprunggelenkorthesen nach fibularer Bandruptur
(2013)
Die fibulare Bandruptur zählt zu einer der am häufigsten auftretenden Verletzungen des
Bewegungsapparats. In den meisten Fällen wird heute die konservativ frühfunktionelle Therapie mit Sprunggelenkorthesen allgemein bevorzugt. Im Rahmen der vorliegenden Studie wurden 14 verschiedene Sprunggelenkorthesen im Hinblick auf ihre Einschränkung von Taluskippung und Talusvorschub
untersucht. Zur Simulation einer fibularen Bandruptur wurde ein Unterschenkelmodell aus Holz mit Fußteil, mit angelegten Orthesen in einen Scheuba-Halteapparat eingespannt und mit 150 N seitlich sowie anterior-posterior belastet. Anhand der erstellten "gehaltenen" Röntgenaufnahmen konnten Taluskippung und Talusvorschub jeder einzelnen Orthese eindeutig bestimmt werden. Die meisten Orthesen erreichten zufriedenstellende Ergebnisse. Es stellte sich heraus, dass vor allem eine eng anliegende, im Gelenkbereich anatomisch angepasste Form vorteilhaft zu sein scheint.
A new in vitro tool to investigate cardiac contractility under physiological mechanical conditions
(2019)
Kyphoplasty of Osteoporotic Fractured Vertebrae: A Finite Element Analysis about Two Types of Cement
(2019)
Influence of a freeze–thaw cycle on the stress–stretch curves of tissues of porcine abdominal organs
(2012)
The paper investigates both fresh porcine spleen and liver and the possible decomposition of these organs under a freeze–thaw cycle. The effect of tissue preservation condition is an important factor which should be taken into account for protracted biomechanical tests. In this work, tension tests were conducted for a large number of tissue specimens from twenty pigs divided into two groups of 10. Concretely, the first group was tested in fresh state; the other one was tested after a freeze-thaw cycle which simulates the conservation conditions before biomechanical experiments. A modified Fung model for isotropic behavior was adopted for the curve fitting of each kind of tissues. Experimental results show strong effects of the realistic freeze–thaw cycle on the capsule of elastin-rich spleen but negligible effects on the liver which virtually contains no elastin. This different behavior could be explained by the autolysis of elastin by elastolytic enzymes during the warmer period after thawing. Realistic biomechanical properties of elastin-rich organs can only be expected if really fresh tissue is tested. The observations are supported by tests of intestines.
The impact of surgical staplers on tissues has been studied mostly in an empirical manner. In this paper, finite element method was used to clarify the mechanics of tissue stapling and associated phenomena. Various stapling modalities and several designs of circular staplers were investigated to evaluate the impact of the device on tissues and mechanical performance of the end-to-end colorectal anastomosis. Numerical simulations demonstrated that a single row of staples is not adequate to resist leakage due to non-linear buckling and opening of the tissue layers between two adjacent staples. Compared to the single staple row configuration, significant increase in stress experienced by the tissue at the inner staple rows was observed in two and three rows designs. On the other hand, adding second and/or third staple row had no effect on strain in the tissue inside the staples. Variable height design with higher staples in outer rows significantly reduced the stresses and strains in outer rows when compared to the same configuration with flat cartridge.
This paper develops a new finite element method (FEM)-based upper bound algorithm for limit and shakedown analysis of hardening structures by a direct plasticity method. The hardening model is a simple two-surface model of plasticity with a fixed bounding surface. The initial yield surface can translate inside the bounding surface, and it is bounded by one of the two equivalent conditions: (1) it always stays inside the bounding surface or (2) its centre cannot move outside the back-stress surface. The algorithm gives an effective tool to analyze the problems with a very high number of degree of freedom. Our numerical results are very close to the analytical solutions and numerical solutions in literature.