Selection Framework for the Implementation of Functional Materials in Product Design

Concept Functional materials, also called “smart materials”, are materials that can “sense environment events, process that sensory information and then act on the environment” [1]. These materials are able to transform a given stimulus into a response. We use the general term “transition phenomenon” to describe this process. These transitions can be as diverse as, e.g.: mechanoluminescence, which is a light emission produced by the application of a strain [2], or thermoelectricity, the convertion of a temperature difference into an electric potential [3]. We designed a specific database and selection process for functional materials. The data structure is organized around their main functionality: the transition phenomenon. This database is implemented in the Cambridge Engineering Selector software, using the “constructor” functionality. Motivations and Objectives The standard selection framework proposed by Ashby [4] relies on 4 successive stages : translation, limits, objectives, documentation. It is not entirely suited to the selection of functional materials, which has to account for the relation between stimuli and responses. Results and Discussion In our database prototype, we introduce a table of transition phenomena, which is organized by families and sub-families of outputs (Fig 1). The relationship between materials and transition phenomena is made by linking the tables together and providing specific attributes that describe the stimuli-responsive properties of the materials. Future developments include tables of existing products and processes used to implement functional materials or functionalize existing ones. In this work, as the entry point to the information system is the stimuli responsive behaviour of functional materials, rather than their structure and properties. The emphasis is thus put on user experience and interaction with materials and products. References [1] M. Addington, D. Schodek, Smart Materials and technologies for the architecture and design professions, Elsevier, 2005 [2] S. M. Jeong, S. Song, K.-I. Joo, J. Kim, S.-H. Hwang, J. Jeong, H. Kim, Bright, wind-driven white mechanoluminescence from zinc sulphide microparticles embedded in a polydimethylsiloxane elastomer [3] A. da Rosa, Thermoelectricity, Fundamentals of Renewable Energy Processes, Elsevier, 2013, 149–212 [4] M. Ashby, Materials Selection in Mechanical Design, Elsevier, 1992-2005(Third edition

Functional materials for Design

The main problematic of the research is to connect the stimuli-responsive behaviour of functional material to the end-user experience. To make this connection, the research was divided in layers, from the most technical at the bottom, to the most designerly at the top. The objective is to propose a set of chained tools that will eventually allow a seamless journey through all the layers and provide support for designers to use functional material in their projects

Discordancia fenotípica en gemelos monocigóticos

OBJECTIVE: to discuss which elements, according to literature, are responsible for phenotypic discordance in monozygotic twins. METHODS: the data from a pair of female monozygotic twins were gathered. These data included their age at the time of the diagnosis, type of curve, Cobb angle of the deformity at the time of the initial consultation, dates of the start of treatment and the last follow-up, the apex of the curve and Cobb angle measured from radiological images in lateral view. RESULTS: child I: major lumbar curve to the left, with a Cobb angle of 17° between T11 and L4, and a thoracic curve to the right, with an angle of 14° between T5 and T11. The apices were at the L1-L2 disc and at the T8 vertebra, respectively. One year after the first consultation, there had been significant progression of the deformity, with the lumbar curve of 24° (T11-L4) and the thoracic curve of 23° (T5-T11). Child II: small thoracolumbar deformity to the right, which was confirmed radiographically with a Cobb angle of 18° between T9 and L3. The apex was located at the T12 vertebra. One year later, it was observed that the curve had increased, and the Cobb angle had become 40°. CONCLUSION: notwithstanding the evidence for a genetic origin for the development of scoliosis, it is accepted that other factors influence its manifestation and progression. In literature, the development of this disease has been explained in terms of the structural tissue deficiencies found in specific syndromes and conditions, asymmetrical growth of limbs and trunk, changes in sagittal configuration of the spine and factors relating to the environment, such as nutrition.OBJETIVO: discutir los elementos que, de acuerdo a la literatura, son responsables por la discordancia fenotípica en gemelos monocigóticos. MÉTODOS: fueron recogidos los datos de un par de pacientes gemelas monocigóticas, que incluyeron la edad al diagnóstico, el tipo de curva, el ángulo de Cobb de la deformidad en la presentación, al inició del tratamiento y a la última consulta de seguimiento, el ápice de la curva y el ángulo de Cobb medido en las imágenes en el perfil. RESULTADOS: niña I - curva lumbar primaria a la izquierda con el ángulo de Cobb entre T11-L4 de 17° y la curva torácica derecha entre T5-T11 de 14°. Los ápices estaban en el disco L1-L2 y en la vértebra T8, respectivamente. Un año después, se detectó progresión significativa de la deformidad con la curva lumbar progresando a 24° (T11-L4), y la curva torácica a 23° (T5-T11). Niña II: curva toracolumbar de pequeña magnitud a la derecha, con ángulo de Cobb entre T9 y L3 de 18°. El ápice se encuentra en la vértebra T12. Después de un año, hubo un aumento de la curva, con el ángulo de Cobb progresando hasta 40°. CONCLUSIÓN: pese a las evidencias del origen genético para el desarrollo de la escoliosis, se admite la influencia de otros factores para su manifestación y progresión. En la literatura hay explicaciones para el desarrollo de la enfermedad que se refieren a la deficiencia de los tejidos estructurales, los cuales se encuentran en síndromes y condiciones específicas, al crecimiento asimétrico de las extremidades y del tronco, a cambios de la configuración sagital de la columna, y a factores relacionados con la naturaleza, como la nutrición.OBJETIVO: discutir quais elementos, de acordo com a literatura, são responsáveis pela discordância fenotípica em gêmeos monozigóticos. MÉTODOS: foram levantados os dados ambulatoriais de um par de gêmeas monozigóticas, que incluíram: idade no momento do diagnóstico, tipo de curva, ângulo de Cobb da deformidade na consulta inicial, início do tratamento e último acompanhamento, ápice da curva e ângulo de Cobb aferido nas imagens radiográficas em perfil. RESULTADOS: criança I: curva principal lombar à esquerda, com ângulo de Cobb entre T11-L4 de 17°, e curva torácica direita entre T5-T11 de 14°. Os ápices encontravam-se no disco L1-L2 e na vértebra T8, respectivamente. Um ano depois, se detectou progressão significativa da deformidade, com a curva lombar evoluindo para 24° (T11-L4) e a curva torácica para 23° (T5-T11). Criança II: curva toracolombar de pequena magnitude à direita, com ângulo de Cobb entre T9 e L3 de 18°. O ápice situava-se na vértebra de T12. Um ano depois, observou-se aumento da curva, com o ângulo de Cobb progredindo para 40°. CONCLUSÃO: não obstante a evidência da origem genética para o desenvolvimento da escoliose, admite-se a influência de outros fatores para sua manifestação e progressão. Na literatura, encontram-se algumas explicações para o desenvolvimento da doença, referentes à deficiência de tecidos estruturais encontrada em síndromes e condições específicas, crescimento assimétrico dos membros e tronco, alterações da configuração sagital da coluna vertebral e fatores ligados à natureza, como alimentação.Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP) Escola Paulista de Medicina Programa de Pós-graduação em Ortopedia e TraumatologiaUniversidade Federal de São Paulo (UNIFESP) Escola Paulista de Medicina Departamento de Ortopedia e TraumatologiaUNIFESP, EPM, Programa de Pós-graduação em Ortopedia e TraumatologiaUNIFESP, EPM, Depto. de Ortopedia e TraumatologiaSciEL

Resultados inmediatos de la corrección quirúrgica de escoliosis idiopática del adolescente por vía posterior con instrumentación después de liberación anterior por videotoracoscopia

OBJECTIVE: to describe the initial results of anterior videothoracoscopic release followed by posterior instrumentation for surgical correction of adolescent idiopathic scoliosis. METHODS: twenty patients were selected, between August 1989 and May 2001, with stiff, King III, right thoracic adolescent idiopathic scoliosis. They underwent anterior videothoracoscopic release followed by posterior correction and fixation with Hartshill instrumentation, performed in a single surgical stage. RESULTS: all procedures were successfully completed with videothoracoscopy, without need to convert to thoracotomy. The average age was 15.7 years (12 to 21 years). Concerning the length of hospital stay, there was a mean of 9.45 days (5 to 26 days). The preoperative Cobb angle average was 66.25º (48º to 92º), and the mean postoperative Cobb angle was 31.2º (15º to 45º). As complications, there were four patients with intercostal neuralgia (20%) and one with atelectasis (5%). CONCLUSIONS: the videothoracoscopic discectomy is a safe and effective method for making flexible the rigid scoliotic curves. However, this is a technically demanding procedure that requires prolonged and exhaustive training, with a steep learning curve.OBJETIVO: describir los resultados inmediatos de la aplicación de la liberación anterior por videotoracoscopia, seguida de instrumentación por vía posterior para corrección quirúrgica de escoliosis idiopática del adolescente. MÉTODOS: fueron seleccionados 20 pacientes, en el periodo de agosto de 1989 a mayo de 2001, con escoliosis idiopática del adolescente, con un padrón de curva torácica derecha rígida, King III. Inicialmente se realizó un abordaje por la vía anterior con liberación por videotoracoscopia y después la vía posterior para corrección y fijación con instrumental de Hartshill, en un mismo tiempo quirúrgico. RESULTADOS: todos los procedimientos fueron completados con suceso con videotoracoscopia, sin necesidad de conversión para toracotomía. El promedio de edad de los pacientes fue de 15.7 años (12 a 21 años). En relación a los días de internación, se obtuvo un tiempo promedio de permanencia de 9.45 días (5 a 26 días). El promedio entre los valores angulares fue, en el pre operatorio, de 66.25º Cobb (48º a 92º Cobb), y en el postoperatorio fue de 31.2º Cobb (15º a 45º Cobb). Como complicaciones, cuatro pacientes tenían neuralgia intercostal (20%) y había un caso de atelectasia (5%). CONCLUSIONES: la disectomía por videotoracoscopia es un método efectivo y seguro para tornar flexibles las curvas escolióticas rígidas. Sin embargo, se trata de un procedimiento técnicamente difícil, que requiere entrenamiento arduo y prolongado, con curva de aprendizaje extensa.OBJETIVO: descrever os resultados imediatos da aplicação da liberação anterior por videotoracoscopia, seguida de instrumentação por via posterior para correção cirúrgica da escoliose idiopática do adolescente. MÉTODOS: foram selecionados 20 pacientes, no período de agosto de 1989 a maio de 2001, com escoliose idiopática do adolescente, padrão de curva torácica direita rígida, King III. Inicialmente realizou-se a abordagem pela via anterior com liberação por videotoracoscopia e depois a via posterior para correção e fixação com instrumental de Hartshill, em um mesmo tempo cirúrgico. RESULTADOS: todos os procedimentos foram completados com sucesso com videotoracoscopia, sem necessidade de conversão para toracotomia. A média de idade dos pacientes foi de 15,7 anos (12 a 21 anos). Em relação aos dias de internação, obteve-se um tempo médio de permanência de 9,45 dias (5 a 26 dias). A média entre os valores angulares foi, no pré-operatório, de 66,25º Cobb (48º a 92º Cobb), e no pós-operatório, de 31,2º Cobb (15º a 45º Cobb). Como complicações, quatro pacientes tiveram nevralgia intercostal (20%) e um caso de atelectasia (5%). CONCLUSÕES: a discectomia por videotoracoscopia é um método efetivo e seguro para tornar flexíveis as curvas escolióticas rígidas. No entanto, trata-se de um procedimento tecnicamente difícil, que requer treinamento árduo e prolongado, com curva de aprendizado extensa.Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP) Escola Paulista de Medicina Departamento de Ortopedia e TraumatologiaUniversidade Federal de São Paulo (UNIFESP) Escola Paulista de Medicina Programa de Pós-graduação em Ortopedia e TraumatologiaUNIFESP, EPM, Depto. de Ortopedia e TraumatologiaUNIFESP, EPM, Programa de Pós-graduação em Ortopedia e TraumatologiaSciEL

Comparação dos métodos de Farfan modificado e de Frobin, para aferição da altura do disco intervertebral

OBJECTIVE: To evaluate the reliability and reproducibility of Farfan modified and Frobin methods to measure the intervertebral disc height in radiographs with inter- and intraobserver comparison. METHOD: Six radiographs of different patients treated for low back pain have been collected and digitized, and five lumbar disc of each patient were evaluated by six examiners with different levels of experience. The measures were done in Image Pro Plus 6.0 software. RESULTS: When compared, both methods showed more than 95% concordance. In intraexaminer analysis, both also shown to be reliable and reproducible, with a high level of concordance. By comparing the correlation between classes of examiners, the higher the level of experience, the greater the agreement for both methods. CONCLUSION: Farfan modified and Frobin are reliable methods to measure the disc height in the lateral radiographs. The higher level of experience of the examiner, the higher was the correlation between measurements.OBJETIVO: Evaluar la confiabilidad y reproducibilidad de los métodos de Farfan modificado y Frobin para medición de la altura radiográfica de los discos intervertebrales lumbares por comparación inter e intraobservadores.MÉTODO: Imágenes radiográficas fueron recogidas y digitalizadas de 6 pacientes con queja de dolor lumbar; fueron evaluados cinco discos lumbares de cada paciente. Las mediciones fueron realizadas en el software Image Pro Plus versión 6.0, por seis examinadores con diferentes niveles de experiencia.RESULTADOS: Al ser comparados entre sí, los métodos demostraron concordancia superior a 95%. En el análisis intraexaminador, ambos métodos también se demostraron reproductibles y confiables con alta concordancia. Al comparar la concordancia entre las clases de los examinadores, cuanto mayor el nivel de experiencia mayor fue la concordancia entre ambos métodos.CONCLUSIÓN: Tanto el método de Farfan modificado como el de Frobin, pueden ser utilizados de forma confiable para evaluar la altura discal en las radiografías en perfil. Cuanto mayor el nivel de experiencia del examinador, mayor la concordancia entre ambas mediciones.OBJETIVO: Avaliar a confiabilidade e reprodutibilidade dos métodos de Farfan modificado e de Frobin, para aferição da altura radiográfica dos discos intervertebrais lombares, em comparação inter e intraobservadores. MÉTODO: Foram coletadas e digitalizadas imagens radiográficas de seis pacientes em acompanhamento ambulatorial por lombalgia, sendo avaliados cinco discos lombares de cada paciente. As mensurações foram realizadas no software Image Pro Plus versão 6.0, por seis examinadores com diferentes níveis de experiência. RESULTADOS: Ao serem comparados entre si, os métodos demonstraram concordância superior a 95%. Na análise intraexaminadores, ambos também demonstraram ser reprodutíveis e confiáveis com alta concordância. Ao comparar a concordância entre as classes dos examinadores, quanto maior o nível de experiência maior foi a concordância em ambos os métodos. CONCLUSÃO: Tanto o método de Farfan modificado quanto o de Frobin, podem ser utilizados de forma confiável para avaliar a altura discal nas radiografias em perfil. Quanto maior o nível de experiência do examinador, mais alta foi a concordância entre as aferições.Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP) Escola Paulista de Medicina Department of Orthopedics and TraumatologyUNIFESP, EPM, Department of Orthopedics and TraumatologySciEL

Histochemical Analysis of Paraspinal Rotator Muscles From Patients With Adolescent Idiopathic Scoliosis A Cross-Sectional Study

Morphological, biochemical, and histopathological alterations in the paraspinal skeletal muscle of patients with adolescent idiopathic scoliosis (AIS) have been extensively reported. We evaluated rotator muscle fibers from the apex vertebra of AIS patients through histological and immunohistochemical analysis.A population of 21 female AIS patients who underwent corrective surgery between 2010 and 2013 had biopsies taken from the paraspinal muscle in the convex and concave sides of the thoracic curve apical vertebra. Serial sections were stained following routine protocols for hematoxylin and eosin (HE), Sudan red, Gomori trichrome, NADH, ATPase, and cytochrome oxidase. We assessed muscular atrophy and hypertrophy, fatty proliferation, endomysial and perimysial fibrosis, the presence of hyaline fibers, mitochondrial proliferation, muscular necrosis, nuclear centralization, and inflammation. Two independent professionals evaluated the slices.The thoracic curves had an average Cobb angle of 68 degree. Comparative analysis of the concave and convex sides was performed with McNemar test at a significance level of 5%. Results showed significant differences in both endomysial and perimysial fibrosis and fatty involution between the two sides of the apex vertebra. Paraspinal muscles in the concave side of the scoliosis apex had significantly more fibrosis and fatty involution. However, both sides showed signs of myopathy, muscular atrophy due to necrosis, presence of hyaline fibers, and mitochondrial proliferation.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Universidade Federal de São Paulo, UNIFESP, EPM, BR-04038901 São Paulo, BrazilUniversidade Federal de São Paulo, UNIFESP, EPM, BR-04038901 São Paulo, BrazilWeb of Scienc

Surgical approaches for subaxial cervical spine facet dislocations

Introdução: A escolha da via de acesso cirúrgica para tratamento das luxações facetárias da coluna cervical subaxial é tema de controvérsia entre cirurgiões de coluna. Muitos estudos já foram publicados, mas ainda não existe um consenso com base nas evidências disponíveis na literatura. Objetivos: O objetivo deste estudo é comparar a efetividade e a segurança das diferentes abordagens cirúrgicas usadas para tratar pacientes com luxação facetária da coluna cervical. Métodos: Realizamos uma busca de ensaios clínicos controlados randomizados e quase randomizados nas bases de dados MEDLINE, EMBASE, Cochrane Library e LILACS, que incluem pacientes com e sem lesão medular. Dois autores selecionaram os estudos de forma independente, avaliaram os riscos de viés e extraíram os dados. Os desfechos avaliados foram o status neurológico pós‐cirúrgico, dor, aspectos funcionais e de qualidade de vida, dados radiográficos e complicações. Resultados: Foram incluídos dois estudos: um com alto risco de viés, composto de participantes com lesão medular; e outro com moderado risco de viés, com participantes sem lesão medular. Ambos compararam a abordagem cirúrgica anterior com a posterior. No primeiro estudo, não foram encontradas diferenças estatisticamente significantes quanto à recuperação neurológica, dor, índices de pseudartrose e complicações. No segundo estudo, os pacientes submetidos à abordagem anterior auferiram um melhor alinhamento sagital da coluna cervical do que aqueles submetidos à abordagem posterior. No entanto não houve diferenças estatisticamente xviii xviii significantes quanto aos índices de pseudartrose. Já os pacientes do grupo posterior apresentaram menor número de complicações. Conclusões: Não há evidências suficientes para determinar qual a melhor abordagem cirúrgica para tratar as luxações facetárias da coluna cervical subaxial, em virtude dos riscos de viés e do baixo poder estatístico dos ensaios clínicos disponíveis na literatura. Novos estudos com melhor qualidade metodológica fazem‐se necessários.Introduction: The choice of the surgical approach for the management of subaxial cervical spine facet dislocations is a controversial subject among spine surgeons. Many studies were already published, but there is still lack of an evidence-based consensus in the literature. Objectives: To compare effectiveness and safety of surgical approaches for cervical spine facet dislocations. Methods: We searched randomised and quasi-randomised controlled trials in MEDLINE, EMBASE, Cochrane Library and LILACS databases, that included patients with and without spinal cord injury. Two review authors selected studies, assessed risks of bias and extracted data. Appraised outcomes were post-surgical neurologic status, pain, quality of life and functional aspects, radiographic data and complications. Results: Two trials were included: one with high risk of bias which included patients with spinal cord injuries; and other with unclear risks of bias that included patients without spinal cord injuries. Both compared anterior versus posterior approaches. There were no significant differences regarding to neurologic recovery, pain, nonunion and complication rates in the former study. In the latter, patients that underwent the anterior approach showed better sagital alignment than patients who underwent the posterior approach. However, there were no statistic differences in nonunion rates. The posterior group also showed less, but more severe complications than the anterior group. Conclusions: There is limited evidence on which one is the best surgical approach for subaxial cervical spine facet dislocations, due to high risks of bias and low powered available trials. Further and methodologically qualified studies are necessary.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)BV UNIFESP: Teses e dissertaçõe

Fratura do anel apofisário associada à hérnia discal extrusa de dois níveis: relato de caso e revisão da literatura

Apophyseal ring fractures are rare injuries that may be associated with lumbar disc herniation in young patients. We report a unique case in the literature of a 15-year-old male patient who played football and was admitted at our service complaining of sciatica radiating into the left leg. An apophysial ring injury of L5 vertebral body was observed. This injury caused two extruded disc herniation in adjacent levels. Surgical procedure was indicated after failure of conservative treatment.As fraturas do anel apofisário são lesões raras, que podem estar associadas à hérnia de disco lombar nos pacientes jovens. Apresentamos aqui um caso único na literatura de paciente de 15 anos, gênero masculino, praticante de futebol, com queixa de ciatalgia para o membro inferior esquerdo. Houve lesão do anel apofisário, nos planaltos superior e inferior do corpo vertebral de L5, ocasionando hérnias discais extrusas nos níveis adjacentes. O procedimento cirúrgico foi indicado após a falha do tratamento conservador.Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP) Escola Paulista de MedicinaUNIFESP, EPMSciEL

Stimuli-responsive materials: Definition, classification and descriptions

Stimuli-responsive materials: definition, classification and descriptions Stimuli-responsive materials have the particularity to change one or more of their properties under a defined stimulus: through a transition phenomenon, they will turn an input, or stimulus, into an output, or response. To make a selection of these materials, a designer will consider first of all the main functionality of these materials, which is their transition phenomenon, as it gives them a capacity to process information. To get a perspective on stimuli-responsive materials and the possibilities they offer, the first step has been to class them according to their transition phenomenon. This has been done in the form of a graph where transition phenomena are represented as a link between their associated input and output. A second representation has been made starting from the first graph, but adding a link to the user of a product which use a stimuli-responsive material. To do so, the inputs of the materials has been differentiated by the fact that they can be activated by the user, the environment or by an intermediary system; the outputs has been linked to the achievable behaviors of a product and with the sensory modality the user will engage to notice these behaviors. After having proposed this classification of stimuli-responsive materials, the next step of the work is to get more detailed information about their behavior, and to organize and represent this information in a coherent and efficient way. To do so, we proposed a description for each type of transition phenomenon, which shows its most important characteristics in a visual way. This information is now being summed up in a database, which is organized with different tables and tree-structures that will describe stimuli-responsive materials, transition phenomena and the link between them. A first prototype of the database will be proposed