Előszó
Eredeti közlemények
Az additív gyártástechnológiák térhódításának és gyors ütemű fejlődésének köszönhetően már számos területen gyártanak műszaki céllal készült alkatrészeket additív eljárásokkal. Ezen modellek esetében létfontosságú, hogy a velük szemben támasztott elvárásoknak (méretpontosság, mechanikai szilárdság, stb.) megfeleljenek. Az ezt segítő végeselemes szimulációk kellően pontos futtatása viszont csak az alapanyagok tulajdonságainak, viselkedésének ismeretében lehetséges. Az additív gyártástechnológiák jellegéből fakadóan (rétegről rétegre történő építkezés) sejthető, hogy ilyen modellek esetén nem alkalmazható izotróp modell, vagyis a modellek irányfüggő tulajdonságokkal rendelkeznek. Jelen célja annak vizsgálata, hogy a rétegződési irány milyen hatással van Polyjet eljárással létrehozott próbatestek húzási-, nyomási-, és hajlítási tulajdonságaira, illetve keménységére. Ennek érdekében húzó-, nyomó-, és hajlítóvizsgálatok, valamint keménységmérések elvégzésével vizsgáltuk az additív technológiával készült modellek mechanikai tulajdonságait. A kapott eredmények összevetésre kerültek a kapcsolódó irodalmakkal, valamint a gyártó cég katalógusadataival is. Összességében elmondható, hogy az additív technológiákkal készült modellek szerkezete nem izotróp, és ez a mechanikai tulajdonságokat is befolyásolja.
Due to the expansion and rapid development of additive manufacturing technologies, technical parts are manufactured in many areas by additive processes. For these models it is vital to meet the required expectations (dimensional accuracy, mechanical strength, etc.). Although it is only possible to run the finite-element simulations that are sufficiently precise in the knowledge of the properties and behavior of the materials. Due to the nature of additive manufacturing technologies (layer-to-layer construction) it is conceivable that such models do not have an isotropic model, ie models have directional properties. This research investigates how the stratification direction affects the tensile, compressive, and flexural properties and hardness of the specimens created by the Polyjet method. For this purpose, the mechanical properties of the specimens were tested by performing tensile, compressive and flexural tests as well as hardness measurements. The results obtained were compared with related literature as well as the catalog information of the manufacturer. Overall, the structure of additive technologies is not isotropic, and it also affects the mechanical properties.
A csontok pótlására számos sebészeti beavatkozás során szükség lehet. Napjainkban jellemzően sorozatgyártott implantátumok beültetésével kezelik a defektusokat. Ezek az implantátumok anyagukból és tömör belső szerkezetükből eredően a környező csontszövetek szerkezetének fellazulását okozhatják, ami hosszútávon az implantátum kilazulásához vezet. Az orvostechnikában egyre nagyobb teret hódító additív gyártástechnológiák lehetővé teszik az olyan személyre szabott implantátumok gyártását, melyek belső struktúrája a csontszövetek mimetikáján alapszik. Ezek az egyedi tervezésű csontpótlások porózus szerkezetük révén szívósabbak, kedvező feszültségviszonyokat teremtenek, ezért élettartamuk nagyobb a hagyományos, sorozatgyártott implantátumokénál. Jelen cikk a személyre szabott csontpótló implantátumok tervezési és gyártási folyamatát ismerteti az irodalomfeldolgozás kritikai elemzése alapján.
Bone replacement may be required during many surgical interventions. Nowadays, defects are typically handled by implanting serial implants. Due to their material and solid internal structure these implants can cause degeneration in the structure of the surrounding bone tissues, resulting the loosening of the implant in the long run. Addictive manufacturing technologies that are gaining ground in healthcare make it possible to produce customized implants whose internal structure is based on the mimetics of bone tissue. Due to their porous structure these custom-designed bone replacements are more tough and create favorable tension, therefore they have a longer lifespan than conventional, serial implants. This article is a critical literature review of the design and manufacturing process of personalized bone replacements.
Mozgásvizsgálat és -terápia
A mozgásvizsgálatok iránti igény egyre jelentősebb napjainkban, azonban a mozgásvizsgáló rendszerek magas költsége elterjedésének gátat szab. Így igény van az olcsóbb mozgásvizsgáló rendszerek fejlesztésére is. A kutatás célja egy Augmented Reality (AR) markereken alapuló mozgásvizsgáló rendszer validálása. A validálás első lépése az AR markerek pozíció számítási hibájának vizsgálata OptiTrack Flex13 hagyományos mozgásrögzítő rendszer segítségével. A vizsgálat kiterjed emberi alanyon végzett járásvizsgálat származtatott távolság-idő és szög jellegű járásparamétereinek összehasonlítására az AR markeren alapuló és az OptiTrack mozgásvizsgáló rendszer egyidejű mérései esetén. A marker abszolút pozícióhibája visszavezethető a referenciarendszerrel való koordinátarendszer összerendelés véges pontosságára. A távolság-idő paraméterek pontossága az AR markeres rendszerben kielégítő, azonban a szögjellegű járásparaméterek eltérést mutatnak, melyek az AR marker orientáció meghatározásának pontatlanságára vezethetőek vissza. Az orientáció meghatározás továbbfejlesztésével a bemutatott AR markeres rendszer a hagyományos optikai mozgásvizsgáló rendszereknek egy olcsó alternatívája lehet.
The demand for motion analysis is increasingly signifficant nowadays, but its spreading is limited by the high costs of the motion analyzer systems. Therefore there is a need for cheaper motion analysis solutions. This paper introduces the validation of an Augmented Reality (AR) marker based motion capture system. First step of the validation process is the study of position error of the AR marker detection using an OptiTrack Flex13 conventional motion capture system. Further analysis have been conducted on the gait analysis of a human participant where time-distance and angular gait parameters have been compared between the symultaneous measurement of the AR marker and the OptiTrack system in two measuring setup. Absolute position errors of the marker can be explained by the insufficient coordinate system alignment between the two systems. The accuracy of time-distance gait parameters is sufficient, but the angular parameters indicate inaccuracies whick can be explained with the orientation determination of the AR markers. By improving the orientation determination the AR marker system can be a cheap alternative to the conventional optical motion capture systems.
A futás napjainkban egyre kedveltebb sport-, hobbi- és szabadiős tevékenység, amelynek számos pozitív élettani hatása ismert. Kutatásunk célja, olyan mozgáselemzés kidolgozása, amellyel a növekedő teljesítményű futás mozgásparaméterei meghatározhatók. Ehhez egy külön mérési módszer kidolgozása vált szükségessé. A mozgáselemzés használhatóságát női futóalanyon vizsgáltuk, két különböző futóruhában. A teljesítmény növekedés vizsgálatához az ajánlott sebességintervallumok: 4 km/h, 7 km/h, 8 km/h, 10 km/h, 11 km/h. Minden sebesség intervallumon – pihenés nélkül – 3 percet kellett futni. Összefoglalva elmondható, hogy a kidolgozott mérési módszerrel az emelkedő teljesítményű futás és a ruházat befolyásoló hatása jól elemezhető. Az eredmények alapján látható, hogy az atléta ruha a mozgás szabályosságát kevésbé befolyásolja, de vélhetően a kényelmes, ergonomikus kialakítás miatt kedvezőbb a mozgás képe.
Running is a popular and convenient free-time physical activity. It is well established that this activity has substantial health benefits. The purpose of this research is to construct a motion analysis method which gives us an opportunity to observe the gradually increasing running performance. During the experimentation six free-time runner women were involved, and analysed in two different running suits. The gradually increasing performance was observed by applying velocity intervals of 4 km/h, 7 km/h, 8 km/h, 10 km/h and 11 km/h. The subjects ran 3 minutes in each period without any break. The results show that the gait parameters changed significantly by increasing the velocity of running. Additionally, it can also be concluded that due to the ergonomic design of the sport brief, the overall picture of gait changed significantly.
A biomechanikai mozgásvizsgálatok egyik alapeszközei az optikai-alapú mozgásrögzítő eszközök. A technológia fejlődésével egyre nő az igény a pontosabb, kompaktabb és olcsóbb rendszerek iránt. Jelen kutatás fő célja egy OptiTrack (NaturalPoint, Corvallis, OR, USA) rendszert alkalmazó, markercsoport mozgáskövetésen és kalibráción alapuló mozgásvizsgáló módszer pontosságának anatómiai pontok kijelölésére vonatkozó aspektusának vizsgálata. A vizsgáltban 8 személy vett részt (kor: 40,8±28,8 év, tömeg: 69,4±18,1 kg, magasság: 168,1±14,8 cm), akiken két, eltérő háttérrel (orvosi, illetve műszaki) rendelkező vizsgáló végzett kalibrációkat. A mérési eredményekből az egyes vizsgálók pontosságára jellemző intraobserver hibák, illetve a vizsgálók közötti eltérésekre jellemző interobserver hibák lettek kiszámítva. A rendszer megfelelően pontosnak bizonyult, az átlagos intraobserver hiba 4,29 mm és 8,22 mm közötti, de egyes helyeken csupán 2-3 mm körüli érték. A műszaki tapasztalattal rendelkező vizsgáló átlagos kalibrációs hibája minden résztvevő esetén alacsonyabb, mint az orvosi hátérrel rendelkezőé. Nincs statisztikailag kimutatható kapcsolat a kalibrálások pontossága, és a résztvevők antropometriai tulajdonságai között (kor, magasság, testsúly, testtömeg-index). Az interobserver hibák a vártnál jelentősen nagyobbnak bizonyultak, 11,67 mm és 20,87 mm közötti résztvevőnkénti átlagos, és 65,35 mm maximális értékkel. Ezek az eltérések a különböző vizsgálók által végzett méréseket összehasonlíthatatlanná teszik. Az itt talált eredményeket a mérőrendszer és protokoll további fejelesztésénél érdemes szem előtt tartani.
Optical motion capture systems are one of the basic tools of biomechanical motion analyses. With the technological developments, demand for cheaper, more compact and accurate systems are on the rise. The main goal of the present study is to determine the accuracy of anatomical landmark placement in a new motion analysis method that uses marker-cluster tracking, a calibration technique, and an OptiTrack (NaturalPoint, Corvallis, OR, USA) motion capture system. Eight subjects (age: 40.8±28.8 years, mass: 69.4±18.1 kg, height: 168.1±14.8 cm) were measured by two examiners with different practical backgrounds (one with medical, and one with technological knowledge). From the measurement results, intra-examiner errors, illustrative of the examiners accuracy, and inter-examiner errors, illustrative of the differences between examiners were determined. The motion analysis method proved to be adequately accurate, with average intra-examiner errors between 4.29 and 8.22 mm, but errors of just 2-3 mm were achieved in cases. The results showed that the average error of the examiner with technological background was lower compared to the examiner with medical background for every subject. No statistically significant connection was found between subject’s anthropometric properties (age, mass, height and bodymass index) and calibration accuracy. However, it was found that inter-examiner errors much larger than expected, with average values between 11.67 and 20.87 mm, with a maximum of 65.35 mm. These errors render measurements between examiners incomparable. These findings should be considered during further development of the measurement protocol.
Az ember egy instabil rendszer, így folyamatosan működő szabályozás szükséges a stabilizálásához. Ezt a szabályozó rendszert jellemzi az egyensúlyozó képesség. A kutatás célja a dinamikus egyensúlyozó képesség elemzése hirtelen irányváltoztatás, ún. kilökéses tesztek segítségével. Ha az ember állását megzavarjuk, egyensúlyát veszti. Mivel a fejen belül a belső fülben a vesztibuláris rendszer továbbítja az agy felé az egyensúlyozáshoz szükséges megfelelő jeleket, jelen kutatásban a fejmozgás szerepét elemeztük, mint egy meghatározó tényezőt az egyensúlyozó képességben, hiszen itt található a mozgásunk detektálására alkalmas két legfontosabb érzékelőrendszer (látórendszer, vesztibulárisrendszer) is. A kutatás célja olyan új paraméterek definiálása, amelyek az emberi egyensúlyozó képességet megfelelő megbízhatósággal jellemzik. A mérésben 2 nő és 9 férfi vett részt (n = 11; átlagos életkor: 22.82±1.72 év; átlagos magasság: 179.42±10.83 cm; átlagos testtömeg: 80.65±19.90 kg). A mérésekben részt vevő alanyoknál a kiválasztás feltétele az volt, hogy ne rendelkezzenek mozgásrendszerbeli hátrányossággal. A dinamikus egyensúlyozó képességet ún. kilökéses teszttel 6 különböző testhelyzetben (kétlábas állás nyitott és csukott szemmel 4 és 8 rugós felfüggesztésnél és egylábas állás mindkét lábbal nyitott szemmel 4 rugós felfüggesztésnél) vizsgáltuk egy PosturoMed© (Haider-Bioswing, Weiden, Németország) eszköz segítségével. Az alany fejére markerekkel felszerelt munkavédelmi sisakot rögzítettünk és a platformra markereket helyeztünk, melyek térbeli koordinátáit a BME MOGI Tanszékének Mozgáslaboratóriumában található Optitrack© Motion Capture kamerarendszer (NaturalPoint, Inc. DBA OptiTrack) segítségével rögzítettük a Motive© (NaturalPoint, Inc. DBA OptiTrack) és MUBMA (MOGI Universal Biomechanical Motion Analyzer) mérésvezérlő programok felhasználásával. A fejmozgást leíró paraméterek megbízhatóságának elemzéséhez a vizsgálatokat 4 alkalommal végeztük el. Minden alkalommal az alanyok mozgását 10-szer mértük. Az alkalmak között rendben 3, 9 és 3 nap kimaradás volt, hogy rövidtávú és hosszabb távú ismétléses tesztet is elvégezzünk. A koordinátákból 37 paramétert számítottam és értékeltem ki Mathematica (Wolfram©, v11.2) algoritmusokkal. A paramétereket a platformmozgásból, a fejmozgásból, valamint a fej és platform egymáshoz viszonyított mozgásából számítottam. Az eredmények kiértékelése során elemeztem a sikeres/sikertelen mérések arányát, a mérési alkalmak közötti szignifikáns különbségeket, a vizsgált paraméterek korrelációját és megbízhatóságukat a szakirodalomból ismert megbízhatósági együtthatók (ICC, CV, CVCR) számításával az IBM SPSS Statistics 22® program segítségével. A tesztek eredményei alapján a nem megbízható paramétereket kizártam, így 8 (ebből 5 új: PlatXMinmax, PlatXlokmax, PlatXlokmax_T, PlatPathX és PlatPathY) platformmozgásból számított és 2 új (DiffPathX és DiffMin_X) a fej és a platform egymáshoz viszonyított mozgását jellemző paraméter lett megbízható. A paramétereket olyan szempontból is elemeztem, hogy egyes vizsgált testhelyzetek mérési eredményei között melyek mutatnak szignifikáns különbségeket. A megbízhatósági tesztek eredményeiből az is megállapítható, hogy a 4 rugós, kétlábas, nyitott és csukott szemes, valamint a 8 rugós, kétlábas, csukott szemes méréseket több paraméter jellemezte megbízhatóan, mint a többi testhelyzetben történt mérést. Célszerű ezeket a beállításokat alkalmazni, mivel megbízhatóságuk jelentősebb. A 10 megbízhatónak talált paraméter a 11 vizsgált testhelyzet összehasonlítási esetből minimum 6-nál szignifikáns különbséget mutatott. Így kijelenthető, hogy ezek a paraméterek az alkalmazott egyensúlyozási technikát és a vizsgált személy egyensúlyozó képességét megbízhatóan jellemzik. Ezekkel a paraméterekkel az emberi egyensúlyozásról átfogóbb képet alkothatunk. Megállapítható, hogy a fejmozgásnak meghatározó szerepe van az egyensúlyozó képességben, modellezésére vannak olyan megbízható paraméterek, amelyek a szakirodalomban eddig nem ismertek. Ezeket - az egyensúlyozó képességet új szemszögből jellemző - paramétereket érdemes figyelembe venni jövőbeli kutatások során.
Human is an unstable system unless a control system is continuously acting. This control system is characterized by the balancing ability. When upright human stance is perturbed, the vestibular system in the inner ear transmits the related signals to the brain, so the movement of the head can be a crucial determinant of the balancing capability. The goal of this research is to determine new parameters, derived from the movement of the head and the platform used in sudden perturbation tests, which characterizes the balancing ability with great reliability. Sudden perturbation tests were carried out on a PosturoMed© device with 11 healthy people (average age: 22.82±1.72 years; average height: 179.42±10.83 cm; average weight: 80.65±19.90 kg). The measurements involved 6 different positions combined from the eye, leg and spring conditions (double leg stance with eyes open and closed with both 4 and 8 springs in the system and single leg stance on both legs with eyes open with 4 springs in the system). The participants were measured on 4 occasions. The occasions were 3, 9 and 3 days apart from each other. The participants were measured 10 times in every position. During the measurements the 3D-coordinates of the head and the platform were recorded by the Optitrack© Motion Capture camera system in the Motion Laboratory of the TU Budapest. The recorded data was filtered and processed by a Wolfram Mathematica© algorithm. 37 parameters were considered in the statistical analysis which was carried out by using IBM SPSS Statistics 22® software. The parameters included known and new parameters calculated from the movement of the platform or from the movement of the head or from both the movement of the head and the platform. We analysed the ratio of the successful/unsuccessful measurements, the significant differences between the occasions of the measurements, the correlation of the parameters and the reliability of the parameters, for which I calculated the Intraclass Correlation Coefficient (ICC), the covariance of variation (CV) and the CV compliance rate (CVCR). 8 (5 new) reliable parameters calculated from the movement of the platform and 2 new reliable parameters calculated from both the movement of the head and the platform were found. The tests also concluded, that more parameters could reliably characterize the measurements done with 4 springs in the system, in double leg stance with eyes open and closed and also with 8 springs in the system, in double leg stance with eyes closed than the measurements done with different settings. It is recommended to use these settings in future researches. We examined which parameter shows significant differences between the measurements done with different settings. The 10 reliable parameters showed in at least 6 of the 11 analysed cases significant differences. Therefore, it can be stated that these parameters characterize the balancing ability and used technique reliably and can contribute to a more comprehensive picture of the human balancing ability. The research proves that the role of head movement is a determinant factor in human balancing and new parameters were found reliable in characterizing the balancing capability which were not investigated before. It is recommended to take these new parameters into consideration in future researches connected to balancing.
A gyermekkorban kialakuló gerincdeformitások közül a leggyakoribb és legnagyobb jelentőségű az adolescens idiopathias scoliosis (AIS), melynek utánkövetésére egyre elterjedtebbek a noninvasív eljárások. A non-invasív eljárások közül egyre nagyobb teret nyer a Zebris ultrahang-alapú gerincvizsgálat, amely alkalmas statikus helyzetben a processus spinosusok térbeli helyzetének meghatározására. A processus spinosusok térbeli helyzetéből a gerinc sagittalis és frontalis görbületei számíthatók. Az irodalomban nem találtunk olyan kutatást, amely scoliosissal rendelkező gyerekek esetén elemezte a gerinc alakjának jellemzésére használt sagittalis és frontalis görbületi szögek mérésének megismétlési pontosságát. A kutatás célja Zebris ultrahang-alapú mozgásvizsgáló rendszerrel mért adatokból számított sagittalis és frontalis síkú gerincgörbületi szögek megismétlési pontosságának meghatározása általános iskolás korú, scoliosisban szenvedő gyermekek esetén. A vizsgálatba 23 scoliosissal kezelt lány került bevonásra. A mérés során 19 (C7 és S1 közötti) processus spinosus térbeli helyzetét természetes álló egyenes testhelyzetben Zebris CMS-HS ultrahang- alapú mozgásvizsgáló rendszerrel (Zebris Medizintechnik GmbH, Isny, Németország) rögzítettük. A vizsgálatot két orvos végezte és a mérést 3 hét múlva megismételtük. A saját fejlesztésű MATLAB-alapú programmal (MathWorks, Inc, 2016R) a 19 pontra spline módszerrel a sagittalis és a frontalis síkban egy-egy görbét illesztettünk, a görbe érintőinek felhasználásával a sagittalis és frontali síkú görbületek szögértékei számíthatók. Az ugyanazon vizsgáló által mért értékekből és a két vizsgáló által mért értékekből számított négy-négy paraméter megismétlési pontossága kiváló, melyet az alacsony standard hiba értékek is mutatnak. A legrosszabb megismétlési pontosságot a lumbalis lordosis értékének meghatározásánál találtuk. A kiváló megismétlési pontosság (ICC ≥ 0,793, SEM ≤ 3,869°) alapján megállapítható, hogy a módszer alkalmas scoliosisban szenvedő gyermekek utánkövetésére is. A non-invasív Zebris ultrahang- alapú gerincvizsgáló rendszer használatával radiológiai vizsgálatok száma is csökkenthető a scoliosis utánkövetése esetén.
Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is one of the most common and most important spinal deformities which can develope in childhood, and for its follow-up non-invasive procedures are more and more commonly used. Of the non-invasive methods, Zebris ultrasound-based spinal examination, which is suitable for the determination of the spatial positions of the processus spinouses in a fixed position, is gaining ground. The sagittal and frontal curvatures of the spine can be calculated from the spatial positions of the processus spinouses. There was no study found in the literature which analyzes the repetition accuracy of the measurements of the spine-characterizing sagittal and frontal angles in children with scoliosis. The aim of the study was to determine the repetition accuracy of the sagittal and frontal plane spinal curvature angles calculated from the data measured by Zebris ultrasound-based motion analyzing system in primary school children with scoliosis. The subjects were 23 girls treated with scoliosis. During the measurement the spatial positions of 19 processus spinouses (between C7 and S1) in a natural standing position were recorded using Zebris CMS-HS ultrasound-based motion analyzing system (Zebris Medizintechnik GmbH, Isny, Germany). The examinations were performed by two physicians and the measurements were repeated three weeks later. With the self-developed MATLAB-based program (MathWorks, Inc., 2016R) using the spline method curvatures were placed on the 19 spinal points both in the sagittalandin the frontal planes. Using the curves tangents, the angular values of the sagittal and the frontal curvatures can be calculated. The repetition accuracy of the four-four parameters calculated from the values measured by the same tester and from the values measured by the two testers is excellent, which is also represented by the low standard error values. The worst repetition accuracy was found in the determination of the lumbar lordosis value. Based on the excellent repetition accuracy (ICC ≥ 0.793, SEM ≤ 3.869°) it can be estabilished that the method is suitable for the follow-up of children with scoliosis. By using the non-invasive Zebris ultrasound-based spinal examination system, the number of radiological tests can also be reduced during the follow-up of the scoliosis.