Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Total Hip Arthroplasty is a common surgery for replacing impaired hip joints. One of the important steps in the procedure is to hammer the acetabular cup so that it is fixed in the pelvis. However, the depth of hammering is decided by the surgeon based on his or her experience. The fixation is crucial for evaluating the surgery: the pelvis might be fractured in case of too much hammering, this causes secondary injuring to the patient; if the fixation is insufficient, the acetabular cup could not be fixed properly. The research of the thesis is in the framework of finding this appropriate endpoint of insertion based on acoustic technology and will contain the evaluation of this new technique on foam block and animal bone models. By exciting the system, the generated sounds will be recorded. By using Fast Fourier Transform (FFT), the sound signals in time domain are transferred to the frequency domain. The resonance frequencies can be extracted. By observing the shift tendency of resonance frequencies. The end point of insertion will be determined. The experiments are conducted on six foam blocks and two bovine blocks. For the foam blocks, there are in total two sensitive resonance frequencies, the second one which varies from 1400 Hz to 2400 Hz turns out to be the most sensitive and the clearest, it can be used as the criterion to stop the insertion. For bovine blocks, the experiments are conducted on both one dried block without marrow and one moisturized block with marrow, the result on moisturized block with marrow is more clear than the result on dried one without marrow. This is a decent result since moisturized bovine block with marrow is closer to intra-operative situation. Both results on foam and bovine blocks indicate that the feature of resonance frequencies can be used as a criterion to stop the insertion, if resonance frequency stops around certain frequency for two or three times, this indicates the end of the insertion has been reached. However, the experiments have not been performed on in vivo situation, this could be done in the future work.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Het heup gewricht ondergaat een cyclische belasting gedurende de dagelijkse activiteiten. Heupimplantaten, meer specifiek de bot-implantaat interface is onderhevig aan microbewegingen die kunnen leiden tot het lossen van het implantaat als kritische waarden van stabiliteit zijn overschreden. De initiële stabiliteit van niet-gecementeerde implantaten kan verhoogd worden door osseointegratie dat ervoor zorgt dat er bot groeit naar het implantaat. Bijkomend is een optimale perspassing nodig die genoeg contact oppervlakte vereist. De geometrie is bekomen door een chirurgische freeskop en de kwaliteit is sterk afhankelijk van de kwaliteit van het bot, de vaardigheid van de chirurg en de gebruikte machines. Een protocol werd ontworpen om een serie van polyurethaan blokjes te maken die het acetabulum voorsteld. Verschillende frees technieken zijn getest om een link te vinden tussen de gebruikte methode en de bekomen geometrie en oppervlakte ruwheid. Het idee hierachter is om een methodologie te bekomen om dit experiment in grotere aantallen te kunnen uitvoeren. Zo wordt het mogelijk gemaakt om een goede vergelijking te kunnen bekomen met de actuele resultaten bereikt tijdens een reële operatie. De geometrieën worden geëvalueerd door een aantal verschillende metingen. De meerderheid van de stukjes zijn digitaal gereconstrueerd door laser lijn scanning. Tijdens de postprocessing werden de stukjes vergeleken voor elke frees techniek. De best-fit sfeer is toegevoegd om de kwaliteit van de bekomen holtes te evalueren. De freeskop bepaalt de oppervlakte ruwheid en alle stukjes werden onderzocht door het gebruik van tactiel probe om relevante oppervlakte informatie te bekomen. De CNC-freesmachine maakt gebruik van een bal kop om met twee verschillende eindstappen de holte te frezen. De chirurgisch freeskop wordt gebruikt onder 3 omstandigheden: door een conventionele boorkolom, door een ervaren chirurg en door een onervaren hand. De resultaten wijzen aan dat de CNC gemaakte stukjes een nauwkeurigere dimensie hebben en vertonen ook de minste afwijking tegenover de ideale geometrie. De stukjes met de vrije hand gedaan of door de conventionele boorkolom laten een hogere afwijking zien. Naar de ruwheid kijkend, vertonen de CNC gemaakte stukjes een betere ruwheid en golving. Door het gebruik van de chirurgische freeskop onder de vernoemde omstandigheden, wordt een hogere ruwheid en golving zichtbaar door onvolkomenheden van het profiel. Om een link te bekomen tussen ruwheid, geometrie en initiële stabiliteit wordt een push-in en push-uit test gedaan met één soort van implantaat. Het is niet de meest voorkomende manier om de initiële stabiliteit te bekomen, maar het geeft wel een eerste indicatie. Test van microbewegingen, die de relatieve beweging meten van het implantaat tegenover de holte zijn een betere indicatie en wordt aangeraden in vervolgonderzoek. Deze resultaten tonen aan dat de push-in en push-out test geen voldoende indicatie kunnen geven over de initiële stabiliteit. Aangezien er telkens een andere freestechniek gebruikt wordt, veranderen er meerdere parameters. Deze parameters beïnvloeden elkaar en kan er geen éénduidige conclusie gemaakt worden. Meerdere tests zijn dus aangeraden in een vervolgonderzoek.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Het doel van deze Master thesis is een 3D geprinte dynamische orthese te ontwikkelen. De thesis is geschreven in samenwerking met Spentys, een bedrijf dat 3D geprinte ortheses maakt. Tot nu toe maakten ze enkel statische ortheses. Om een geschikte onderzoeksvraag te formuleren werden discussies met cofounder van Spentys, Louis Philippe Broze, gecombineerd met een literatuurstudie. De uiteindelijke onderzoeksvraag luidde: ”Kunnen we een recycleerbare, op maat gemaakte, 3D geprinte dynamisch functionele knie orthese ontwerpen die even duur of minder duur is dan bestaande ortheses?” Deze onderzoeksvraag werd niet positief beantwoord. Twee ontwerpen voor het scharnier van een dynamische orthese werden uitgewerkt. Uit een eindige elementenanalyse bleek dat deze ontwerpen niet geschikt zouden zijn als scharnier voor een functionele knie orthese. Hoewel het antwoord op de onderzoeksvraag voorlopig nee is, biedt deze thesis een goed startpunt voor andere ingenieurs om een 3D geprinte dynamische orthese te ontwikkelen. Doorheen de thesis is de design thinking methode gebruikt als leidraad voor het ontwerpproces. Tijdens de eerste stap van deze methode was het de bedoeling het probleem op een empathische manier te bekijken. In deze stap werden de belangrijkste eigenschappen van een orthese gedefinieerd op basis van interviews met orthotisten in combinatie met een literatuuronderzoek. De tweede stap vereiste de opstelling van een ’list of requirements’ om het probleem zo duidelijk mogelijk te definiëren. De resultaten van deze twee eerste stappen werden gecombineerd in een derde stap waarin verschillende voorstellen voor een ontwerp tot stand kwamen. De derde stap werd alleen doorlopen voor het ontwerp van een scharnier voor een dynamische orthese. De beste ideeën werden in SolidWorks uitgewerkt en vergeleken om een finaal ontwerp te kiezen. In stap 4 begon het ontwikkelen van een prototype. Het finaal ontwerp werd geprint, dat leidde tot de ontdekking van een aantal onverwachte problemen. Door deze problemen werd het vorige ontwerp aangepast, hieruit kwamen twee nieuwe ontwerpen. Een van de voorgestelde ontwerpen voor het scharnier werd gebruikt om een beeld te geven van hoe de volledige orthose eruit zou zien. Hierbij werd rekening gehouden met de maximale afmetingen van het ontwerp die beperkt worden door de beschikbare ruimte in de 3D printer. Evalueren van de scharnieren gebeurde in stap 5 van de design thinking methode. Dat evalueren gebeurde met een eindige elementenanalyse in SolidWorks. Deze eindige elementenanalyse toonde aan dat de voorgestelde ontwerpen de nodige krachten, om dienst te kunnen doen als functionele knie orthese, niet konden dragen. Dat was natuurlijk een teleurstellend resultaat, maar dat resultaat moet in de juiste context bekeken worden. De discussie geeft een aantal opmerkingen bij het resultaat van de eindige elementenanalyse. Daarnaast komt er in de paragraaf ’Future work’ van de discussie aan bod hoe een dynamisch orthese alsnog 3D geprint zou kunnen worden. Als belangrijkste besluit volgt uit deze Master thesis een startpunt voor ingenieurs om een 3D geprinte dynamische orthese te ontwerpen. Als het mogelijk is een 3D geprinte orthese te ontwerpen zou deze ook beter of even goed voldoen aan de eigenschappen die een goede orthese definiëren. Een 3D geprinte orthese zou dus een goed alternatief kunnen zijn voor standaard ortheses. Keywords: 3D printing, design thinking, dynamische ortheses

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Estimation of muscle forces is essential in the understanding of musculoskeletal disorders. Since direct measurement of muscle forces is not trivial, musculoskeletal modelling is commonly used to estimate muscle forces. Nonetheless, simulations of muscle forces may encounter certain limitations such as muscle redundancy, which occurs when the amount of mechanical degrees of freedom (DOF) is less than the available total amount of muscles in a joint. In that case, our brain has theoretically an infinite amount of possible patterns to select from. To solve this problem, an optimization method is to be applied. An optimized estimation method is used to compute muscle forces while solving muscle redundancy problems by minimizing muscle activation. Here we evaluate if the addition of EMG information in the muscle redundancy problem improves the estimation of muscle states/forces. The EMG-informed method is novel and therefore yet to be validated; which serves as the main objective of this thesis. EMG informed and standard methods to solve the muscle redundancy were cross-validated with measured EMG-data. Both methods are muscle redundancy problem solvers, with the exception that with the EMG-informed method, EMG-data is considered. By validating muscle force estimation using the EMG-informed method, the reliability and the added value of the method was verified. EMG datasets were obtained from measurements of a healthy young male subject during walking. Data was collected from 14 superficial muscles (using EMG), 43 trajectory markers and ground reaction forces (GRF). The validation in this work accounted for 14 superficial muscles, through applying a cross-validation technique. The measured EMG data of each muscle (14 superficial muscles) was removed, one by one, through cross-validation, allowing the method to estimate muscle excitation with and without EMG data for the rest of the muscles. The majority of superficial muscles showed improvement using the extra EMG data. However, a small subset of muscles, namely four of the initial fourteen, did not show positive results. Different causes were considered for this lack in performance, namely: the methodology, patient anatomy, and solver limitations. From the methodology standpoint, it is known that the hill-type model is a drastic static simplification of muscle dynamics, which was used to represent the 43 MTUs. From an anatomical standpoint, it is known that some muscles are more dedicated, in terms of functionality, towards stabilization rather than mobility during walking. The muscles with stabilization as their main function did not show good results. This is because stabilization was not included in our EMG-informed model. Also, the physiology of the muscle (thin and deep) was not always easily measurable. The lack of neural control (flexor synergy) in the EMG-informed method was also a major concern. All considered, 57% of the measured muscles did indeed perform positively, with notable improvements in force estimation. The validation of the EMG-informed method was positive, as it showed enhanced performance compared to the standard muscle redundancy solver method in terms of improvements in most of the measured muscles. We also note that it is likewise possible to achieve similar results with a reduced number of EMG measurements.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

This investigation focuses on the optimization of the material and production process of a seating orthosis, a handmade seat that supports and corrects the patient’s body where necessary. It is mounted on a chassis, so a complete tailor-made wheelchair is developed for the patient. To optimize the total process of making the orthosis, first a scientifically based measuring method is established, to get the right seat dimensions for the patient. As a new material for the seating shell, ABS is chosen, in combination with vacuum forming. Several tests are executed to check whereas this is a good alternative for the existing process. A Finite Element Model is developed to explain the test-results and to investigate the internal stresses in the material. With a financial analysis, the concept is evaluated and the solution is compared with the method that is currently used in Albatros