výpočtová biomechanika Dotaz Zobrazit nápovědu
1. vydání 206 stran : ilustrace ; 24 cm
- Klíčová slova
- výpočtová biomechanika,
- MeSH
- anatomie MeSH
- biomechanika MeSH
- tkáně MeSH
- Konspekt
- Patologie. Klinická medicína
- Učební osnovy. Vyučovací předměty. Učebnice
- NLK Obory
- fyzika, biofyzika
- NLK Publikační typ
- kolektivní monografie
Kineziologie a biomechanika jsou dva obory, mezi kterými existují těsné vazby. Množství poznatků z biomechaniky je automaticky přijímáno a využíváno v kineziologii, aniž si tuto skutečnost uvědomujeme. Teoretický základ biomechaniky, který je zpravidla odvozen pomocí vzorců a rovnic, je však častou příčinou snížení zájmu fyzioterapeutů o tuto oblast. Předložený text se snaží na dvou jednoduchých příkladech (vliv intraabdominálního tlaku na zatížení páteře, využití biomechanických metod při měření posturální stability) ukázat, že poznatky z biomechaniky lze aplikovat v kineziologii i bez znalosti složitých výpočtů.
- MeSH
- biomechanika MeSH
- břicho fyziologie patofyziologie MeSH
- břišní svaly fyziologie patofyziologie MeSH
- kineziologie aplikovaná metody MeSH
- Publikační typ
- přehledy MeSH
Příspěvek uvádí výsledky experimentálních studií použitelných v klinické ortopedii, které byly realizovány v Ústavu mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky, Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně. Jedná se o tyto experimentální studie: určování mechanických vlastností Kesslerova jedno- a víceramenného šlachového stehu, vliv augmentace Socon šroubů na jejich únosnost, chování páteřního segmentu s neporušenou/porušenou ploténkou (fixátor TSLP), pevnostní problematika kliček a páteřních háčků u operačních postupů podle Luqueho a Galvestonea, určování mechanických vlastností vysokomolekulárního polyetylenu pro výpočtové modelování chování totálních kolenních endoprotéz.
The paper presents results of experimental studies applicable in clinical orthopedics which were carried out at the Institute of Mechanics of Solids, Mechatronics and Biomechanics at Brno University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering. This concerns in particular the following experimental studies: determination of mechanical properties of Kessler's tendon sutura, influence of Socon screws augmentation on their limit load, behaviour of spinal segment with both normal and defective spinal disc (TSLP fixator), structural problems of sublaminar wires and pedicular hooks in Luque and Galvestone surgery protocols, determination of mechanical quality of macromolecular polyethylene used in computer simulation of total knee endoprothesis.
- MeSH
- biomechanika MeSH
- financování organizované MeSH
- fraktury páteře MeSH
- klinické zkoušky jako téma MeSH
- kostní šrouby MeSH
- lidé MeSH
- matematické výpočty počítačové MeSH
- modely strukturální MeSH
- mrtvola MeSH
- ortopedie metody MeSH
- osteoporóza MeSH
- polyethyleny MeSH
- poranění šlachy MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- grafy a diagramy MeSH
- srovnávací studie MeSH
Biomechanický model hornej končatiny (HK) demonštrujeme ako konštrukciu pozostávajúcu z ramena páky a z kĺbového spojenia v articulatio humeri. Potrebné parametre pre tento model sme získali meraním na konkrétnej osobe (muž, 56 rokov, váha 74 kg, výška 176 cm, dĺžka ramena 27 cm, dĺžka predlaktia 24 cm, dĺžka ruky 21 cm). Cieľ práce: Modelovanie vplyvu abdukcie a addukcie HK na zaťaženie chrbtice pomocou zákonov teoretickej mechaniky a aplikácia výsledkov v klinickej medicíne. Na základe všeobecných troch podmienok rovnováhy rovinnej sústavy síl v teoretickej mechanike sme vypočítali veľkosť reakčných síl (HA, HB, VA) vznikajúcich v ramenom kĺbe pri abdukcii hornej končatiny (HK). Reakčné sily HA, HB, VA, vnikajúce pri zaťažení ramenného kĺbu, sa prenášajú cez mm. spinohumerales na chrbticu ako tzv. akčné sily, ktoré sú rovnako veľké, ale opačného zmyslu. Hovoríme o tzv. ekvivalentnom systéme sílakcií ramenného kĺbu na chrbticu.SilaHB sa prenáša do chrbtice ako horizontálna ťahová sila, sila HA ako horizontálna tlaková sila a sila VA ako vertikálna tlaková sila. Pri abdukcii jednej HK je chrbtica namáhaná súčtommomentov sílM1A’aM2A’ (-2119,32 N cm) a tlakovou vertikálnou silou VA2 (-42 N). Pri abdukcii oboch HK sa vzájomne rušia momenty síl M1A’ (I.dx.), M1A’ (I.sin.) a M2A’ (I.dx.), M2A’ (I.sin.), pretože sú rovnako veľké, majú opačný smer a majú spoločné pôsobisko v bode A’ a vertikálne tlakové sily VA1 (I.dx.) a VA1 (I.sin.) sa vzájomne sčítajú (-84 N). Záver: Z výsledkov výpočtu síl pôsobiacich na chrbticu vyplýva, že chrbtica je pri abdukcii oboch HK namáhaná len súčtom dvoch vertikálnych tlakových síl o veľkosti 84 N, na rozdiel od abdukcie len jednej HK, kde na chrbticu nepriaznivo pôsobí súčet otáčavých momentov síl (M1A’ + M2A’) o veľkosti M = -2119,32 N cm a vertikálna tlaková sila VA1 o veľkosti -42 N (Newton). Aplikácia výsledkov modelovania zaťaženia chrbtice v závislosti od priťaženia rúk: A) zostavenie metodiky pohybovej liečby zameranej na cvičenie s hornými končatinami pre pacientov s osteoporózou; B) uplatnenie základných princípov pohybovej aktivity v každodennom živote; C) návrh rehabilitačnej pomôcky pre pacientov s akútnymi bolestivými zlomeninami stavcov v thorakálnej oblasti.
The biomechanical model of upper extremity (UE) is demonstrated as a construction, consisting of lever arm and the joint connection in articulation humeri. The required parameters for this model were obtained by measuring one human subject (male, 56 years old, 74 kg weight, 176 cm height, shoulder length 27 cm, forearm 24 cm, hand langth 21 cm). Objective: Modeling of the effect of abduction and adduction of UE on the load exerted upon the spine by mans of the laws of theoretical mechanics and the application of the results in clinical medicine. Based on three general conditions of balance of planar system of forces in theoretical mechanics the authors calculated the dimensions of reaction forces (HA, HB, VA) originating in the shoulder joint during abduction of upper extremity (UE). The reaction forces (HA, HB, VA) originating in the load exerted upon the shoulder joint, are transferred via mm. spinohumerales on the spine as so called action forces, which are equally high, but act in opposite directions. The case is so called equivalent system of forces of shoulder joint acting on the spine. The HB strength is transferred onto spine as a horizontal traction force, the HA force as a horizontal pressure force. In the abduction of one UE the sum of force moments M1A’ and M1B’ (-2119.32 N cm) and the pressure vertical strength VA2 (-42 N) is exerted upon the spine. In abduction of two UE, the moments of the forces M1A (l.dx.), M1A (l.sin.), and M2A (l.dx.), M2A (l.sin.) are mutually abolished, since these are equal, having opposite direction and common sphere of activity in point A’ and vertical pressure forces VA1 (l.dx.) and VA1 (l.sin.) are summarized (-84 N). Conclusion: The results of calculating the forces acting upon spine indicate that during abduction of both UE the stress on the spine is the sum of two vertical power forces of the 84 N size, in contrast to abduction of one UE only, where the unfavorable effect of rotation force moments (M1A + M2A) of the size M =-2199.32 N cm and the vertical power force VA1 of the =42 N (Newton) take place. Application of the results of modeling of load exerted upon the spine in relation to load upon arms: A) composition of the method of locomotor therapy aimed at exercise of upper extremities for patients with osteoporosis; B) implementation of basic principles of motion activity in every day life; C) recommendation of rehabilitation remedy for patients with acute painful fractures of vertebrae in thoracic region.
Mnohé materiály používané ve farmaceutické praxi a také mnohé biologické materiály stojí svými mechanickými vlastnostmi mezi pevnými pružnými tělesy a kapalinami. Tyto materiály nazýváme viskoelastické látky. Pro popis mechanických vlastností viskoelastických materiálů nevystačíme s metodikami, které poskytuje klasická teorie pružnosti a pevnosti či hydromechanika, a používáme obecnějšího aparátu, který vychází z reologie. Jako charakteristiky obsahující informace o mechanickém chování viskoelastických těles se v reologii nejčastěji používají křivky toku. Křivky toku poskytují bezprostředně informace o mechanických vlastnostech studovaných materiálů, pro podrobnější analýzu je třeba nalézt vhodný reologický model a určit jeho parametry. Běžně používané metody identifikace a odhadu pareimetrů reologických modelů nejsou dostatečně obecné a nevyužívají plně informací, které lze z křivek toku získat. Obecnou a plně propracovanou metodiku poskytuje teorie identifikace systémů. Spolu s využitím matematického aparátu, vycházejícího z Laplaceovy transformace, lze odvodit relativně jednoduchou a prakticky aplikovatelnou metodiku, umožňující plně využít informace, které obsahují křivky toku. Tato práce obsahuje v prvních dvou kapitolách analýzu současného stavu v oblasti vytváření reologických modelů. Hlavním přínosem práce je přehled teoretického aparátu po identifikaci a výpočet prvků modelů reologických systémů včetně příkladu, na němž je demonstrována praktická aplikace metodiky. V závěru je uveden obecný návod praktického postupu.
The methodology of description and quantification of mechanical properties of visco-elastic materials is particularly important for drug production as well as for pharmaceutical applications. Of similar importance is this methodology for biomechanics and other biological disciplines, as many biological materials belong to the category of visco-elastic bodies. Methods derived from the theory of elastic bodies or hydrodynamics are not adequate for the quantification of mechanical properties of these materials. Application of more general rheological methods is necessary in these cases. In rheology, the so-called creep curves are most frequently used as a source of information on the mechanical behavior of visco-elastic materials. Further, for more exact analysis, rheological models are often derived from the creep curves. Classical methods of identification and parameter estimation of rheological models are not sufficiently general and do not derive all information involved in creep curves. A significant contribution is the application of the general theory of systems, theory of system identification, and mathematical methodology of Laplace transformation to this field. Practical application of these methods is often relatively simple. The paper presents the necessary theoretical background and a practical guide for utilization of this methodology.
Článek studuje zákonitosti pohybu nohou při chůzi po schodech [1], [2], [3], [4]. Jsou odvozeny výpočtové postupy pro polohu kloubů během přenášení váhy ze zadní nohy na přední a během švihu nohy při přesunu na další schod. Na počítači byl sestaven v systému CDCSIS [5] simulační program, který určuje v jednotlivých časových okamžicích polohy částí dolních končetin [6]. Pohyb probíhá při posunu o jeden schod ve třech fázích – přenášení váhy na přední nohu, pohyb zadní nohy švihem na další schod a došlápnutí nohy na schod. Simulační program kromě animace pohybu pacienta po schodech počítá z podmínek rovnováhy částí nohou síly a momenty v kloubech. Výsledkem simulačních pokusů je určení značně velkých sil v kolením kloubu podepřené nohy způsobené přenášením ohybového momentu, což způsobuje bolesti v kolenou u pacientů trpících artrózou.
The article studies rules of leg motion in time of going upstairs [1], [2], [3], [4]. The new computing methods for determine of joints in time when the weight is changed from back leg to front one and in time of swing the back leg to next stair. The simulation program at the system CDCSIS [5] was completed which determines leg position at any time points [6]. The motion to next stair has three phases – transfer a weight to front leg, swing of back leg to next stair and tread of leg to stair. The simulation program animates patient motion on stairs and it calculates joint forces and moments from equilibrium conditions of the leg pars. As the result of simulation experiments was the determining of very grate forces at knees of supported leg caused transmission of bending moments. The forces create pains of patients with arthrosis.
- Klíčová slova
- simulace chůze po schodech, dynamická síla,
- MeSH
- algoritmy * MeSH
- artróza kolenních kloubů MeSH
- biomechanika MeSH
- chůze * fyziologie MeSH
- kolenní kloub fyziologie MeSH
- kyčelní kloub fyziologie MeSH
- lidé MeSH
- počítačová simulace * MeSH
- pohyb fyziologie MeSH
- postura těla MeSH
- rozsah kloubních pohybů MeSH
- teoretické modely MeSH
- tlak MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
Cílem studie bylo zmapovat vliv průměru a délky implantátu na napětí v kosti v okolí zatížených dentálních nitrokostních implantátů. Výpočet jsme provedli metodou konečných prvků z počítačových 3D modelů jednotlivých velikostních modifikací pro ideálně zavedený válcový implantát. Pro studii jsme zvolili tyto velikosti: při průměru 3,6 mm délky 8, 10, 12, 14, 16, 17 a 18 mm a při délce 12 mm průměry 2,9 mm, 3,6 mm, 4,2 mm, 5,0 mm, 5,5 mm, 6,0 mm a 6,5 mm. Implantáty jsme zatěžovali silou 17,1 N ve směru vestibulo-orálním, 114,6 N ve směru kranio-kaudálním a 23,4 N ve směru disto-mesiálním. Hodnoty vypočtené pro jednotlivé velikostní varianty implantátů jsme navzájem porovnali. Jako referenční (100 %) jsme zvolili délku 12 mm a průměr 3,6 mm. Výsledky jsme uspořádali do grafů, ze kterých vyplývá, že pozitivní vliv na rozklad působící síly a na snížení nebezpečných deformačních maxim má spíše průměr implantátu než jeho délka.
Summary: The aim of the study was to determine the influence of length and diameter on stress distribution in bone around loaded dental intraosseal implants. The computation was made by the FEA method using the 3D models of implant size modifications. For the study of the length factor, the diameter of 3.6 mm and lengths of 8, 10, 12, 14, 16, 17, and 18 mm were calculated. The factor of diameter was modeled by 12 mm long implant with diameters of 2.9 mm, 3.6 mm, 4.2 mm, 5.0 mm, 5.5 mm, 6.0 mm and 6.5 mm. Implants were vertically inserted in the bone. All models were loaded by forces of 17.1 N, 114.6 N and 23.4 N, in vestibulo-oral direction, axial direction and disto-mesial direction, respectively. Values calculated for all size variety were adjusted in graphs. Implant size – length 12 mm, diameter 3,6 mm – was taken as a reference =100%. From graphs results, that the implant diameter has positive effect for stress distribution. The implant length has not so effective influence.
- MeSH
- biomechanika MeSH
- endoseální implantace zubů MeSH
- finanční podpora výzkumu jako téma MeSH
- lidé MeSH
- referenční hodnoty MeSH
- remodelace kosti MeSH
- zubní implantáty MeSH
- žvýkání MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- srovnávací studie MeSH
Východiska: Rozdíl mezi atmosférickým vzduchem a vodou lze popsat na základě chemických a fyzikálních vlastností. Rozdíl těchto vlastností ve vodě a na suchu prokazatelně ovlivňuje sportovní výkon a nelze stejnou činnost vykonávat v obou prostředích totožně. Patrné je to zejména u biomechaniky pohybu, kde důležitou roli hraje hustota prostředí. Kromě biomechaniky je u činností porovnáván rozdíl vlivu prostředí na fyziologickou odezvu lidského organismu. Změna tepové frekvence je jedním z fyziologických parametrů, které jsou zkoumány. Cíle: Zjistit, zda ponoření organismu pod vodní hladinu má statisticky signifikantní vliv na změnu klidové tepové frekvence oproti tepové frekvenci na suchu. Metodika: Jedná se o kvantitativní studii prováděnou porovnáním hodnot tepové frekvence na suchu a pod vodní hladinou u 30 sportovců se zkušenostmi s plaveckými sporty (věk 23,7 ± 1,8 let). Tepová frekvence byla měřena ve statické poloze vleže na zádech po dobu pěti minut (výška vodního sloupce = 26 cm, teplota vody byla 30,4 ± 0,2° C, teplota vzduchu byla 23,4 ± 0,4° C). Pro výpočet statistické významnosti byl použit parametrický párový Studentův t-test (p = 0,05). Pro určení věcné významnosti byla u tepové frekvence stanovena hranice ±3 tepy za minutu. Výsledky: Výsledky parametrického párového Studentova t-testu, u žádného časového bodu (každá patnáctá sekunda z pětiminutového měření), nepotvrdily statisticky signifikantní rozdíl klidové tepové frekvence ve vodě a na suchu (p = 0,080–0,925). U deseti probandů došlo ke snížení tepové frekvence ve vodě minimálně o 3 tepy za minutu, u sedmi probandů se minimálně o 3 tři tepy za minutu zvýšila tepová frekvence a u třinácti probandů se pohybovala v rozmezí ±3 tepy za minutu. Závěry: Výsledky ukázaly, že vodní prostředí nemá statisticky signifikantní vliv na změnu klidové tepové frekvence. Při zkoumání věcné významnosti jsme nedospěli k výsledkům, které by ukazovaly jasný trend rozdílu tepové frekvence na suchu a ve vodě. Při činnostech ve vodě doporučujeme pracovat s aktuálně naměřenými hodnotami tepové frekvence.
Background: The difference between atmospheric air and water can be described based on the chemical and physical properties. Difference between these properties demonstrably affects sport performance and cannot perform the same activity identically in water and on land. This is evident especially in terms of biomechanics of movement. Difference in density of the environment does not allow one to perform the movement in the same way. In addition biomechanics is compared environmental influence on the human body physiological in physical activity. Changes in heart rate is one of the physiological parameters that are being investigated. Objective: To determine whether the body submersion under water will have a significant impact on changes in resting heart rate compared to heart rate measured in the same position on the land. Methods: This is a quantitative study conducted by comparing the values of heart on the land and in the water of 30 athletes with experiences from water sports and swimming (age 23.7 ± 1.8 years). Heart rate was measured for five minutes in static position on the back (water = 26 cm, water temperature 30.4 ± 0.2° C, air temperature 23.4 ± 0.4° C). Parametric unpaired Student t-test have been used for calculation of statistical significance have (p = .05). Threshold for estimation of practical significance of heart rate variance have been established at ±3 beats per minute. Results: Results of parametric unpaired Student t-test did not indicate statistically significant differnce of resting heart rate in the water and on the land (p = .080–.925). Heart rate decreased at least 3 beats per minute in ten people, increased at least 3 beats per minute in seven people, or stayed in range of ±3 beats per minute in 13 people. Conclusions: Results showed that a water environment has not a statistically significant effect for changing the resting heart rate. We are not able to come with a clear trend of difference in heart rate in the water and on the land from examined practical significance. We recommend working with actual measured heart rate values in activities in the water.
