In fracture treatment with external fixators, the inter-fragmentary movements at the fracture site affect the fracture healing process, and these movements are highly related to the stiffness of external fixation systems. Therefore, in order to provide the optimal fracture healing at the fracture site, it is essential to understand the relationship between the stiffness and the system configurations in external fixation system. In this study we investigated the influences of system configuration parameters on the stiffness in the finite element analysis of an external fixation system of a long bone. The system alignment, the geometric and the material non-linearity of the pin, the joint stiffness and the callus formation were considered in the finite element model. In the first, the system stiffness of the developed finite element model was compared with the experiment data for model validation. The consideration of the joint stiffness and nonlinearity of the model improved the system stiffness results. The joint stiffness, the non-alignment of the system decreased the system stiffness while the callus formation increased the system stiffness. The present results provided the biomechanical basis of rational guidelines for design improvements of external fixators and pre-op. planning to maximize the system stiffness in fracture surgery.
Park, Jun-Ho;Jung, Jae-Hu;Kim, Jong-Geun;Chae, Woen-Sik
Korean Journal of Applied Biomechanics
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v.31
no.1
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pp.72-78
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2021
Objective: The purpose of this study was to investigate relations and effectiveness about mountain climbling exercise with different level of support surfaces by analyzing heart rate and EMG data. A total of 10 male college students with no musculoskeltal disorder were recruited for this study. Method: The biomechanical analysis was performed using heart rate monitor (Polar V800, Polar Electro Oy, Finland), step-box, exercise mat, and EMG device (QEMG8, Laxtha Inc. Korea, sampling frequency = 1,024 Hz, gain = 1,000, input impedance > 1012 Ω, CMRR > 100 dB). In this research, step-box were used to create different surface levels on the upper body (flat surface, 10% of subject's height, 20% of subject's height, and 30% of subject's hight). Based on these different conditions, data was collected by performing mountain climbing exercise during 30 seconds. Subjects were given 5 minutes of break to prevent muscular fatigue after each exercise. For each dependent variable, a one-way analysis of variance with repeated measures was conducted to find significant differences and Bonferroni post-hoc test was performed. Results: The results of this study showed that exercise intensity was reduced statistically as increased surface level on the upper body. Muscle activity of the upper rectus abdominis and biceps femoris for 30% of surface level was significantly higher than the corresponding values for flat surface. However, the opposite was found in the rectus femoris. In general, muscle activity of the lower rectus abdominis, erector spinae, external oblique abdominis, and gluteus maximus increased when surface level increased, but the differences were not significant. Conclusion: As a result, the increase in surface level of the body would change muscle activity of the upper body, indicating that different surface level of the upper body may cause significant effect on particular muscles to be more active during mountain climbing exercise. Based on results of this study, it is suggested to set up an appropriate surface level to target particular muscle to expect an effective training. It is also important to set adequate surface levels to create an effective training condition for preventing exercise injuries.
Purpose. The purpose of this study is to help increase the success rate by analyzing the types and characteristics of implant prosthesis and the survival rate. Materials and methods. Among implants placed between 2011 and 2020 at Sanbon Dental Hospital, College of Dentistry, Wonkwang University, a case restored by a prosthetic surgeon was investigated for the characteristics and correlation of failure. The causes of failure were classified as failure of osseointegration, peri-implantitis, fixture fracture, abutment fracture, screw fracture, screw loosening, prosthesis fracture, and loss of prosthesis retention. Prosthetic method, cantilever presence, placement location, etc. were analyzed for their correlation with implant failure. Results analysis was derived through Chi-square test and Kaplan-Meier survival analysis using SPSS ver 25.0 (IBM, Chicago, IL, USA). Results. A total of 2587 implants were placed, of which 1141 implants were restored with Single Crown and 1446 implants with Fixed Partial Denture, and the cumulative survival rate was 88.1%. The success rate of SC was 86.2% (984) and the success rate of FPD was 89.6% (1295), showing statistically significant differences, among which factors that had significant differences were abutment fracture, screw fracture, and screw loosening (P < .05). Conclusion. As a result of the 10-year follow-up, more failures occurred due to biomechanical factors than biological factors. Further studies on the success of implants will be needed in the future.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.25
no.4
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pp.375-390
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2009
Statement of problem: Implant supported overdenture is accepted widely as a way to restore edentulous ridge providing better retention and support of dentures. Various types of attachment for overdenture have been developed. Purpose: The purpose of this study was to investigate the influence of attachment type in implant overdentures on the biomechanical stress distribution in the surrounding bone, prosthesis and interface between implant and bone. Material and methods: Finite element analysis method was used. Average CT image of mandibular body(Digital $Korea^{(R)}$, KISTI, Korea) was used to produce a mandibular model. Overdentures were placed instead of mandibular teeth and 2mm of mucosa was inserted between the overdenture and mandible. Two implants($USII^{(R)}$, Osstem, Korea) were placed at both cuspid area and 4 types of overdenture were fabricated ; ball and socket, Locator, magnet and bar type. Load was applied on the from second premolar to second molar tooth area. 6 times of finite element analyses were performed according to the direction of the force $90^{\circ}$, $45^{\circ}$, $0^{\circ}$ and unilateral or bilateral force applied. The stress at interface between implants and bone, and prosthesis and the bone around implants ware compared using von Mises stress. The results were explained with color coded graphs based on the equivalent stress to distinguish the force distribution pattern and the site of maximum stress concentration. Results: Unilateral loading showed that connection area between implant fixture and bar generated maximum stress in bar type overdentures. Bar type produced 100 Mpa which means the most among 4 types of attachments. Bilateral loading, however, showed that bar type was more stable than other implants(magnet, ball and socket). 26 Mpa of bar type was about a half of other types on overdenture under $90^{\circ}$ bilateral loading. Conclusions: In any directions of stress, bar type was proved to be the most vulnerable type in both implants and overdentures. Interface stress did not show any significant difference in stress distribution pattern.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.25
no.4
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pp.361-374
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2009
For successful osteogenesis around the implants, interaction between implant surface and surrounding tissue is important. Biomechanical bonding and biochemical bonding are considered to influence the response of adherent cells. But the focus has shifted surface chemistry. The purpose of this study is to evaluate the MC3T3-E1 osteoblast like cell responses of magnesium (Mg) ion implanted titanium surface produced using a plasma source ion implantation method. Commercially pure titanium disc was used as substrates. The discs were prepared to produce four different surface, A: Machine turned surface, B: Mg implanted surface, C: sandblasted surface, D: sandblasted and Mg implanted surface. MC3T3 El osteoblastic like cells were cultured on the disc specimens. Cell adhesion, proliferation, differentiation, and synthesis of extracellular matrix were evaluated. The cell adhesion morphology was evaluated by SEM. RT PCR assay was used for assessment of cell adhesion, proliferation and differentiation. ALP activity was measured for cell differentiation. The results of this study were as follows: 1. SEM showed that cell on Mg ion groups was more proliferative than that of non Mg ion groups. On the machine turned surface, cell showed some degree of contact guidance in aligning with the machining grooves. 2. In RT PCR analysis, osteonectin and c-fos mRNA were more expressed on sandblasted and Mg ion implanted group. 3. ALP activity was not significantly different among all groups. Within the limitations of this study, the following conclusions were drawn: It might indicate Mg ion implanted titanium surface induce better bone response than non Mg ion groups.
Purpose: The aims of this study were (1) to investigate the relationship between the characteristics of allogenic bone block and the compressive strength of an allogenic bone block measured by biomechanical experiments, and (2) to compare the maximum pressure load of allogenic bone block with the gap pressure measured at the high tibial opening osteotomy. Materials and Methods: Ten patients who provided informed consent for gap pressure measurements during opening wedge high tibial osteotomy (OWHTO) were included. The gap pressures were measured at 1 mm intervals while opening the osteotomy site from 8 mm to 14 mm. Seventeen U-shaped allogenous wedge bone blocks were made from the femur, tibia, and humerus. The height, width, cross-sectional area, and cortex thickness of the bone blocks were measured, along with the maximum compressive load just before breakage. The relationship between these characteristics and the maximum pressure load of the bone blocks was evaluated. The gap pressures measured in OWHTO were compared with the maximum pressure loads of the allogenous wedge bone blocks to evaluate the possibility of inserting allogenous wedge bone blocks into the osteotomy site without a distractor in OWHTO. Results: The OWHTO gap pressure increased with increasing osteotomy site opening. The mean gap pressure, which occurred at a 14-mm opening, was 282±93 N; the maximum pressure was 427 N. The maximum pressure load of the allografts was 13,379±6,469 N (minimum, 5,868; maximum, 29,130 N) and was correlated significantly with the cortical bone thickness (correlation coefficient=0.693, p=0.002) and cross-sectional area (correlation coefficient=0.826, p<0.001). Depending on the sterilization method, the maximum pressure loads for the bone blocks were 13,406±5,928 N for freeze-dried and 13,348±7,449 N for fresh frozen. The maximum compressive load of the allogenous wedge bone blocks was 13.7-times greater than that in OWHTO opened to 14 mm (5,868 N vs. 427 N). Conclusion: The compressive strength of allogenous wedge bone blocks was sufficiently greater than the gap pressure in OWHTO. Therefore, allogenous wedge bone blocks can be inserted safely into the osteotomy site without a distractor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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