Aparatura biomechaniczna

Transkrypt

1 Aparatura biomechaniczna Modelowanie ortopedycznych układów biomechanicznych Człowiek- najlepsza inwestycja Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2 Modelowanie ortopedycznych układów biomechanicznych /na przykładzie układu stabilizator zewnętrzny kość/ Wstęp Charakterystyka zagadnienia - mechatroniczne stabilizatory zewnętrzne Techniki modelowania zagadnienia mechaniczne modelowanie heurystyczne (sieci neuronowe zbiory rozmyte) modelowanie stochastyczne identyfikacja i weryfikacja modeli Techniki symulacji - zakresy badań wartości własne charakterystyki czasowe analiza wrażliwości stateczność techniczna stochastyczna Wybrane pakiety komputerowe do modelowania i symulacji D, 3-D Working Model, Matlab Praktyka kliniczna Podsumowanie

3 Literatura Modelowanie: [1] R.Gutowski, "Mechanika Analityczna", PWN, 1971, (porządny wykład z mechaniki analitycznej) [2] T.Kane, D.A.Levinson, "Dynamics, theory and applications", McGraw-Hill, 1985 (pozycja poważna, podaje formalizmy generowania równań ruch stosowane we współczesnych systemach komputerowych tzw równania Kane a) [3] W.Schiehlen, "Multibody System Handbook", Springer-Verlag, 1997, (Przegląd programów komputerowych do automatycznej generacji równań ruchu i symulacji układów mechanicznych i układów sterowania) [4] O.C.Zienkiewicz, "Metoda elementów skończonych", Arkady Warszawa 1972 (podstawy MES'u) Teoria drgań [4] Z.Osiński, "Teoria drgań", PWN 1978, Z.Osiński, "Teoria drgań", PWN 1978, [5] R.H.Cannon, "Dynamika układów fizycznych" WNT 1973 [6] N.Minorski "Drgania nieliniowe" PWN 1967 (pozycja dla osób zaawansowanych) Stateczność: [7] W.Bogusz, "Stateczność Techniczna", IPPT PAN, PWN 1972, [8] R.Gutowski, "Równania różniczkowe zwyczajne", WNT 1981, [9] B.Skalmierski, A.Tylikowski, "Stabilność układów dynamicznych", PWN 1973,

4 Literatura Wrażliwość: [10] P.M.Frank, " Introduction to System Sensitivity Theory", Academic Press, 1978, [11] M.Vukobratović, T.Tomowić, "General Sensitivity Theory", American Elsevier Publishing Company Inc., 1972, Techniki heurystyczne (sieci neuronowe zbiory rozmyte) [12] R.Tadeusiewicz, "Sieci neuronowe", Akademicka Oficyna Wydawnicza, 1993, [13] R.R.Yager, D.P.Filev, Podstawy modelowania i sterowania rozmytego, WNT, 1995, John Sons, Inc (znakomita monografia o modelowaniu i symulacji z zastosowaniem zbiorów rozmytych) Biomechanika i medycyna [14] Praca zbiorowa pod redakcją J.M.Lana, "Fracture Healing", Churchill Livingstone, 1987 (bardzo dobra monografia na pograniczu medycyny i biomechaniki) [15] A.E.Goodship, P.E Watkins, H.S.Rigby, J.Kenwright, "The Role of Fixator Frame Stiffness in Control of Fracture Healing. An Experimental Study", Journal of Biomechanics, Vol.28 No [16] G.De Bastini, R.Aldegheri, "Dynamic Axial Fixation. A Rational Alternative for the External Fixation of Fractures", International Orthopadics, Springer-Verlag 1986, [17] C.T.Brighton, "Principles of Fracture Healing", Part I, The Biology of Fracture Repair. Instr.Course Lect. 1984, [18] A.Morecki, J.Ekiel, K.Fidelus, "Bionika Ruchu", PWN 1971

5 Stabilizacja zewnętrzna Rodzaje stabilizatorów zewnętrznych Podstawowe własności charakteryzujące stabilizatory: konstrukcja ramy nośnej i konfiguracja wkrętów kostnych sztywność (sześć kierunków) elastyczność materiały (biozgodne) możliwości repozycji odłamów możliwości stymulacji procesów osteogennych możliwość odwzorowań ruch stawów możliwości pomiarowe

6 Stabilizacja zewnętrzna

7 Stabilizacja zewnętrzna ILIZAROW ISODYN

8 Stabilizacja zewnętrzna ZESPOL POLFIX Monotube Wagner

9 Stabilizacja zewnętrzna

10 Wskazania do leczenia złamań metodą stabilizacji zewnętrznej * Złamania, w których utrata kontroli nad tkankami miękkimi grozi poważnymi komplikacjami takimi jak ropienie, martwica i zaburzenia naczyniowo-nerwowe. * Złamania, w których celowe jest stosowanie kompresji lub dystrakcji odłamów * Złamania współistniejące z ciężkimi obrażeniami ogólnoustrojowymi, w których ryzyko znieczulenia operacyjnego ogranicza wskazania do stabilizacji wewnętrznej. * Złamania powikłane ropieniem, stawem rzekomym, zrostem opóźnionym lub brakiem zrostu. * Przypadki wrodzonych lub nabytych anatomicznych zaburzeń układu narządów ruchu * Artrodezy

11 Zalety stabilizacji zewnętrznej możliwość unieruchomienia odłamów poza miejscem złamania czy ogniskiem infekcji; łatwość pielęgnacji i wglądu do rany pourazowej; łatwość montażu większości stabilizatorów; wyeliminowanie łączników metalowych wewnętrznych; możliwość wczesnego podjęcia ruchu w obrębie uszkodzonej kończyny (zwłaszcza przy rozwiązaniach spełniających postulat leczenia czynnościowego);

12 Rozszerzenie możliwości stabilizatorów zewnętrznych - możliwość wczesnego podjęcia ruchu w obrębie uszkodzonej kończyny (zwłaszcza przy rozwiązaniach spełniających postulat leczenia czynnościowego); - zwiększenie możliwości kompensacyjnych stabilizatorów - zwiększenie sztywności stabilizatora poprzez wielopłaszczyznowe asymetryczne prowadzenie 4 śrub w łączniku, -wyposażenie stabilizatorów w przeguby mechaniczne odzwierciedlające ruch fizjologiczny w obrębie stawów ze szczególnym uwzględnieniem stawu kolanowego, - możliwość wczesnej, kontrolowanej co do wartości siły obciążania dynamizacji miejsca zrostu, - możliwość ilościowej kontroli wytrzymałości tworzącego się zrostu kostnego oraz wczesne wykrywanie jego zaburzeń.

13 Dynamizacja zespolenia oraz komputerowa analiza procesów zrostowych to najnowocześniejsze trendy w projektowaniu mechatronicznych ortopedycznych stabilizatorów zewnętrznych Dynamizacja: umożliwienie mikro ruchów w szczelinie złamania w ściśle określonym kierunku (poosiowym w stosunku do kości) umożliwienie ruchu w obrębie stawu (uszkodzenia stawu oraz złamania okołostawowe) - problem nie rozwiązany do końca (trudny ale ciekawy zwłaszcza w odniesieniu do stawu kolanowego) - bardzo mało praktycznych rozwiązań klinicznych Dynamizacja czynna (??? wzbudzanie mikro drgań w szczelinie złamania

14 Stabilizator Dynastab DK K ( kolano ) Kinematyka i mechanika kolana to wciąż złożony problem analizowany w ośrodkach naukowych na całym świecie. Szereg ciekawych tematów z modelowania i symulacji na pracę dyplomową.

15 Kliniczne zastosowanie stabilizatora Dynastab DK-k (kolano)

16

17 Obraz radiologiczny złamania leczonego stabilizatorem Dynastab DK- k (kolano)

18 Obraz radiologiczny złamania po zdjęciu stabilizatora

19 Prototyp kliniczny stabilizatora Dynastab DK s (skok).

20 Wielo-odłamowe złamanie nasad i przynasad dalszych kości obydwu podudzi leczone stabilizatorami Dynastab DK s (skok).

21 Zakres ruchów w czasie i po leczeniu stabilizatorem Dynastab DK - s (skok).

22 Prototyp kliniczny stabilizatora Dynastab DK- l (łokieć)

23 Stabilizator Dynastab DK l ( łokieć ) unieruchamiający złamanie wieloodłamowe kości ramiennej.

24 Stabilizator Dynastab DK- l (łokieć) w leczeniu powikłań zrostu kostnego.

25 Manipulator Dynastab Duo do zdalnej repozycji złamań Prace nad budową robota i syntezą sterowania to w dniu dzisiejszym prace z "pierwszej linii" badań w czołowych ośrodkach światowych. Warto tu popracować. Ciekawe tematy prac dyplomowych.

26 Prototypy kliniczne stabilizatorów Dynastab DK-t (trzon)

27

28

29 Stabilizatory Dynastab Mechatronika 2000

30

31

32

33 Badania doświadczalne