A population-specific material model for sagittal craniosynostosis to predict surgical shape outcomes

Sagittal craniosynostosis consists of premature fusion (ossification) of the sagittal suture during infancy, resulting in head deformity and brain growth restriction. Spring-assisted cranioplasty (SAC) entails skull incisions to free the fused suture and insertion of two springs (metallic distractors) to promote cranial reshaping. Although safe and effective, SAC outcomes remain uncertain. We aimed hereby to obtain and validate a skull material model for SAC outcome prediction. Computed tomography data relative to 18 patients were processed to simulate surgical cuts and spring location. A rescaling model for age matching was created using retrospective data and validated. Design of experiments was used to assess the effect of different material property parameters on the model output. Subsequent material optimization—using retrospective clinical spring measurements—was performed for nine patients. A population-derived material model was obtained and applied to the whole population. Results showed that bone Young’s modulus and relaxation modulus had the largest effect on the model predictions: the use of the population-derived material model had a negligible effect on improving the prediction of on-table opening while significantly improved the prediction of spring kinematics at follow-up. The model was validated using on-table 3D scans for nine patients: the predicted head shape approximated within 2 mm the 3D scan model in 80% of the surface points, in 8 out of 9 patients. The accuracy and reliability of the developed computational model of SAC were increased using population data: this tool is now ready for prospective clinical application

Stereomechanic analysis of vehicle for children rehabilitation

W pracy przedstawiono projekt wielofunkcyjnego pojazdu trójkołowego dla dzieci niepełnosprawnych. Ze względu na istotne znaczenie rowerów w rehabilitacji ruchowej oraz ich powszechne występowanie zaproponowano konstrukcję charakteryzującą się wielofunkcyjnością i modułowością. Przeprowadzona analiza stereomechaniczna konstrukcji pojazdu pozwoliła na weryfikację wytrzymałościową i ocenę jego ramy nośnej. Obliczenia i symulacje przeprowadzono w programie Ansys Workbench i na tej podstawie wyciągnięto wnioski końcowe.The project of a multifunctional tricycle for disabled children is presented in this paper. Modal construction of tricycle has been developed for children rehabilitation. A stereomechanical analysis of the vehicle’s frame has allowed to verify material properties and its strength. The calculations and simulations have been made in Ansys Workbench program. Obtained results were used to propose final conclusions

Institute of Aviation activities in the field of space research

Przedstawiono przegląd pionierskiej działalności oraz aktualnych osiągnięć Instytutu Lotnictwa w dziedzinie badań kosmicznych. Omówiono prace związane z rozwojem techniki rakietowej i rakiet meteorologicznych, które prowadzono w drugiej połowie ubiegłego wieku. Przedstawiono informacje dotyczące budowy pierwszych polskich satelitarnych instrumentów pomiarowych wysyłanych w kosmos w latach siedemdziesiątych ubiegłego stulecia w ramach programu INTERKOSMOS. Scharakteryzowano działalność zespołu zajmującego się pozyskiwaniem i przetwarzaniem obrazów oraz pracowni technologii kosmicznych, gdzie prowadzone są prace nad rozwojem ekologicznych napędów rakietowych, w których jako utleniacz wykorzystywany jest wysoko stężony nadtlenek wodoru. Przedstawiono również prace rozwojowe nad silnikami rakietowymi do napędu satelitów i małych rakiet kosmicznych.Pioneering and resent activities carried out at the Institute of Aviation in the field of space research are described. Development of rocket propulsion and meteorological sounding rockets at second part of last century are presented. Also informations concerning first Polish space instruments, designed and built at the Institute of Aviation and send into space under INTERKOSMOS program are described. Activities of division of teledetection and division of space technology are also presented. Development of green rocket propulsion systems, based on highly concentrated hydrogen peroxide for satellites and small rocket launchers are also described

Engineering support cervical spine neurosurgical operations

W artykule przedstawiono metodę inżynierskiego wspomagania neurochirurgicznych zabiegów stabilizacji odcinka szyjnego kręgosłupa. Dzięki modelowaniu możliwe było przeprowadzenie analizy wytrzymałościowej modelu odcinka szyjnego kręgosłupa wraz z umieszczonym w nim implantem sztucznego dysku. Wykonane obliczenia pozwoliły określić oddziaływanie implantu na kręgosłup oraz wyznaczyć naprężenia wewnętrzne występujące w kręgosłupie, przy zasymulowanym obciążeniu.The method of engineering support in neurosurgical operations concerning the stabilization of human cervical spine was presented in the article. Thanks to the modelling it was possible to conduct a durability analysis of the model of the cervical spine with the artificial disc implant placed in it. The calculations that were carried out, allowed to determine both the implant's influence on the spine and the internal stresses occurring in the spine with a stimulated strain

Analysis of blood flow in cerebral arteries

W pracy przedstawiono analizę numeryczną przepływu krwi (CFD) w tętnicach mózgowych środkowych. Symulacja komputerowa została przeprowadzona z wykorzystaniem modeli tętnic, które wysegmentowano na podstawie obrazów tomografii komputerowej dla dwóch odmiennych fizjologicznie przypadków: tętnicy: prawidłowej oraz tętnicy patologicznej z tętniakiem. Przeprowadzone komputerowe symulacje przepływu umożliwiły uzyskać rozkład ciśnienia, naprężenia ścinającego WSS oraz prędkości przepływu krwi w naczyniach. Wyniki obliczeń umożliwiły porównanie wyznaczonych czynników hemodynamicznych pod kątem patofizjologii naczynia z tętniakiem. Dodatkowo symulacje przepływu mogą uzupełnić wiedzę z zakresu mechanizmów powstawania tętniaków oraz stratyfikacji ryzyka ich uszkodzenia.he article presents the analysis of blood flow in cerebral central arteries. On the basis of the images from the CT scan a few models of cerebral arteries were created. Models include: physiologically correct arteries and pathological arteries with aneurysm. Computer simulations were carried out for all models, which enabled to obtain a distribution of pressure, shear stress WSS and the velocity of blood flow in vessels. The results of calculations allowed the comparison of the hemodynamic factors for the correct and pathologic artery with aneurysm. In addition, flow simulations can complement the knowledge of the mechanisms and the risk of aneurysm damage

Project of tricycle for disabled children’s rehabilitation

W pracy przedstawiono propozycję trójkołowego rowem dla dzieci niepełnosprawnych wspomagającego ich rehabilitację. Projekt został wykonany w programie Inventor, natomiast obliczeń wytrzymałościowych dokonano w systemie ANSYS. Projekt zrealizowano we współpracy z firmą Ortolan.This paper is presented the project of tricycle for disabled children, which is designed to rehabilitation them. Mechanical side of this project was made with Inventor 11, but stress and strain of frame was obtained with ANSYS. The project was realized in cooperation with a Ortolan Corporation

Influence of anterior stabilization on biomechanics of human cervical spine

W pracy przedstawiono model numeryczny odcinka szyjnego kręgosłupa człowieka sformułowany na podstawie tomografii komputerowej TK, przy wykorzystaniu oprogramowania Mimics. Pozytywnie zweryfikowany model został wykorzystany do analizy stanu naprężeń i odkształceń w przypadku zastosowania przedniej stabilizacji przy wykorzystaniu programu Ansys Workbench. Na podstawie uzyskanych wyników z przeprowadzonych symulacji komputerowych stwierdzono, że przednia stabilizacja kręgosłupa powoduje usztywnienie oraz ustabilizowanie układu.The model of human cervical spine after anterior stabilization is presented in this paper. The model was created on the basis of CT scans and analysed with use of FEM software. The main aim of the research was determination of influence of anterior stabilization on biomechanics of human cervical spine

Badanie procesu spalania w maszynie pojedynczego sprężu z wykorzystaniem szybkiej fotografii smugowej

The paper presents results of experimental investigation of combustion process in rapid compression machine. New combustion system for spark ignition engines, in which combustion chamber was divided into the prechamber and main chamber was applied. It is known as Jet Dispersion Combustion (JDC) because intensification of combustion process is achieved by the injection of the burning mixture jet into the main chamber. Experimental set up and testing procedure is briefly described. Schlieren system was used to visualize combustion process. Development of combustion process was recorded with high speed camera. The research was focused on study of the influence of prechamber volume, spark location, ignition timing and orifice diameter on flame propagation and pressure variation inside the main combustion chamber. To avoid soot deposition on glass windows of combustion chamber all tests were conducted for propane/air mixture of stoichiometric composition. The research results show that the application of new combustion system allows obtaining the increase of maximum rate ofpressure rise and maximum pressure as well as maximum combustion efficiency.W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych procesu spalania w maszynie pojedynczego sprężu. W badaniach zastosowano oryginalny system spalania, opracowany w Zakładzie Silników Lotniczych Politechniki Warszawskiej, w którym dokonano podziału komory spalania na komorę wstępną i główną. System ten, znany jako JDC (Jet Dispersion Combustion), intensyfikuje proces spalania w wyniku wtrysku palącej się strugi mieszaniny z komory wstępnej do komory głównej. W artykule przedstawiono opis stanowiska badawczego i stosowanych procedur badawczych. Do wizualizacji procesu spalania został wykorzystany smugoskop. Przebieg procesu spalania był rejestrowany szybką kamerą. Badania prowadzono przy zastosowaniu mieszaniny propanu z powietrzem o składzie stechiometrycznym, w celu uniknięcia zaczernienia wzierników w komorze badawczej. Celem pracy było zbadanie wpływu objętości komory wstępnej, miejsca zapłonu, wyprzedzenia zapłonu oraz średnicy otworu w przegrodzie na szybkość rozprzestrzeniania się płomienia oraz na przebieg ciśnienia w komorze głównej. Wyniki badań wskazują, że zastosowanie tego systemu spalania pozwala uzyskać zwiększenie maksymalnych wartości szybkości narastania ciśnienia, ciśnienia oraz sprawności spalania

Method for the identification of material properties the skull bone children

Celem badań było opracowanie metody wyznaczania parametrów wytrzymałościowych kości czaszek dzieci. Identyfikacja własności materiałowych obejmowała wyznaczenie modułu sprężystości i granicy wytrzymałości podczas próby rozciągania. Otrzymane wyniki z przeprowadzonych prób porównano z danymi literaturowymi oraz posłużyły do analitycznego wyliczenia modułu Younga. Na tej podstawie zastały określone odpowiednie warunki przeprowadzania badań i sposoby przygotowania próbek kości ze względu na rodzaj testu oraz ich wpływ na wyniki badań

The safety analysis of car accident participants

W pracy przedstawiono analizę bezpieczeństwa pasażerów samochodu osobowego podczas zderzenia czołowego. Badania modelowe wykonano z wykorzystaniem oprogramowania MADYMO oraz modeli manekinów: osoby dorosłej (HYBRID III) oraz 6-letniego dziecka (PO6). Przeprowadzone symulacje numeryczne obejmowały różne warianty i konfiguracje mocowań pasów bezpieczeństwa. Ocenę skuteczności działania systemów bezpieczeństwa przeprowadzono na podstawie wyznaczonych parametrów kinematycznych i dynamicznych jak np. przyspieszenia głowy, momentów sił, a także kryteriów urazowości (HIC, NIC oraz Nij). Otrzymane wyniki wykazały, że im większa liczba mocowań pasów bezpieczeństwa tym mniejsze prawdopodobieństwo wystąpienia poważnych obrażeń podczas wypadku drogowego.The safety analysis of the vehicle passengers during frontal collision was presented in this paper. Model researches were performed using Madymo software with models of adult dummy (HYBRID III) and 6-year-old child dummy (P06). The various options and configurations of safety belts were considered in numerical simulations. The evaluation of the effectiveness of the safety systems was based on the kinematic and dynamic parameters, such as: acceleration of the head, force moments and Injury Criteria (HIC, NIC and Nij). The obtained results showed that the increasing number of safety belt anchorages cause decreasing probability of serious injury during car accident