Biomedicína
Díky fundamentálním znalostem v oblasti konstruování a vazbám na fakultní nemocnice a firemní sektor úspěšně zavádíme inovace v ortotice a protetice. Zaměřujeme se na výzkum interakce proteinů s inženýrskými povrchy, vývoj nových kloubních náhrad a návrh ortotiky a protetiky pro konkrétního pacienta. Naší motivací je nejen odpovědět na základní vědecké otázky, ale také přinést nové objevy za účelem zlepšení celkového zdraví, pohody a kvality života člověka.
Případové studie
-
3D DIGITÁLNÍ TECHNOLOGIE V OBLASTI NÁHRAD LIDSKÉHO TĚLA
Aplikace digitálních technologií pro návrh, výrobu a hodnocení zakázkových ortotických a protetických pomůcek
Projekt byl zaměřen na aplikaci digitálních technologií při návrhu, výrobě a hodnocení zakázkových ortotických a protetických pomůcek. Byly využity moderní digitální metody v oblasti návrhu a výroby zakázkových ortéz a protéz a funkční hodnocení (biomechanické metoda – kinematická a dynamická analýza). Výsledkem projektu je ověřený a dokumentovaný procesní postup aplikace digitálních technologií v zakázkové ortotice a protetice a funkční vzorky zhotovené touto technologií.
Cíl projektu
3D digitalizace a rapid prototyping technologie nachází své uplatnění v různých oblastech průmyslu, vědy a výzkumu. Výjimkou není ani oblast protetických a ortotických pomůcek, které jsou v optimálním případě unikátním produktem uzpůsobeným pro potřeby konkrétního jedince. Digitální technologie umožňují zrychlit a zpřesnit výrobu těchto pomůcek. Zvláště náhrady obličejových částí jako jsou uši a nos mohou být digitální cestou realizovány efektivně. Cílem projektu bylo zavést 3D digitalizaci a aditivní výrobu do běžné výrobní praxe ve specializované firmě.
Výzkum, vývoj a řešení
Projekt byl postaven jako účinná kooperace univerzity a firmy. Řešení projektu bylo realizováno na úrovni technologické a vývojové. Z technologického hlediska byly hodnoceny způsoby získávání 3D digitálních dat a jejich využití v procesu návrhu a výroby. Vývojová část se zabývala optimalizací vybraných náhrad pro aditivní způsob výroby a jejich testováním. Výsledkem řešení projektu jsou postupy návrhu, zhotovení a hodnocení zakázkových ortotických a protetických pomůcek. Byly zpracovány postupy s využitím 3D digitálních technologií a zhotoveny funkční vzorky.
Dopad a výsledky projektu
Spolupráce firmy a výzkumného pracoviště umožnila zavedení nových celosvětově unikátních výrobních postupů do proteticko-ortotické praxe. Nové metody měření lidského těla a aplikované softwarové nástroje umožnily standardizovat proces návrhu pomůcek s přímou využitelností pro výrobu. Rapid prototyping v kombinaci s dalšími výrobními postupy přinesl kosmetické a funkční vylepšení náhrad a zároveň zkrácení doby dodání pacientovi.
Výsledky projektu byly publikovány v několika odborných časopisech:
- PALOUŠEK, D.; KOUTNÝ, D.; NÁVRAT, T. Pilot study of the wrist orthosis design process. RAPID PROTOTYPING JOURNAL, 2014, vol. 20, no. 1, p. 27-32. ISSN: 1355-2546.
- KOUTNÝ, D.; PALOUŠEK, D.; STOKLÁSEK, P.; ROSICKÝ, J.; TEPLÁ, L.; PROCHÁZKOVÁ, M.; SVOBODA, Z.; KREJCI, P. The biomechanics of Cycling with Transtibial Prosthesis: A Case Study of a Professional Cyclist. An electronic international Journal of Science, Engineering and Technology, World Academy of Science Engineering and Technology., 2013, vol. 84, no. 72, p. 390-396. ISSN: 2010-3778.
- MINAŘÍKOVÁ, O.; PALOUŠEK, D.; KOUTNÝ, D. Design of upper limb assistive device. Pracovni Lekarstvi, 2012, vol. 64, no. 2-3, p. 92-98. ISSN: 0032-6291.
- KOUTNÝ, D.; PALOUŠEK, D.; KOUTECKÝ, T.; ZATOČILOVÁ, A.; JANDA, M. 3D Digitalization Of The Human Body For Use In Orthotics And Prosthetics. An international Journal of Science, Engineering and Technology, World Academy of Science Engineering and Technology, 2012, vol. 2012, no. 72, p. 1000-1005. ISSN: 2010- 376X.
V rámci projektu bylo vytvořeno několik funkčních vzorků, byl zaveden technologický poloprovoz využívající digitálních technologií a zaregistrován užitný vzor na Úřadu průmyslového vlastnictví.
Řešitel projektu za VUT v Brně
doc. Ing. David Paloušek, Ph.D.
Finanční podpora
Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO-TIP), Aplikace digitálních technologií pro návrh, výrobu a hodnocení zakázkových ortotických a protetických pomůcek, FR-TI3/388, 2011-2013.
Řešeno pro
ING corporation, spol. s r. o.
Zjistit více
webové stránky 3D Laboratory
manuálně nastavitelná protéza prstu horní končetiny (užitný vzor)
-
ANALÝZA TRIBOLOGICKÝCH VLASTNOSTÍ NÁHRADY KYČELNÍHO KLOUBU
Měření rozložení tloušťky mazacího filmu a analýza povrchů u totální endoprotézy kyčelního kloubu
Totální endoprotéza (TEP) kyčelního kloubu je v současnosti jedním z nejčastěji aplikovaných implantátů do lidského těla. Její dlouhodobé přežití je ohroženo aseptickým uvolněním (ASU) alespoň jedné komponenty a periprotetickou osteolýzou (PPOL). Obě komplikace souvisí velmi úzce s opotřebením kloubních povrchů (kritický parametr určující riziko vzniku ASU a PPOL). Rychlost opotřebení závisí na řadě tribologických faktorů, proto se setkáváme s různou rychlostí otěru u pacientů se stejnou TEP.
Cíl projektu
Cílem projektu bylo analyzovat utváření mazacího filmu mezi kovovými (CoCrMo) a keramickými (Al2O3) artikulujícími umělými páry v závislosti na složení kloubní kapaliny za ustálených podmínek, které odpovídají fyziologickému stavu. Dále je nutno zjistit vliv proměnných (složení kloubní kapaliny, teploty, zatížení a průměrových vůlí) na utváření mazacího filmu na kovové a keramické hlavici TEP kyčle. Výzkum by měl zejména objasnit vliv tloušťky mazacího filmu na opotřebení povrchů při rychlostech a zatíženích, které odpovídají „provozním“ podmínkám v kloubu při normální chůzi člověka.
Výzkum, vývoj a řešení
Vyhodnocování tloušťky a formování mazacího filmu bylo realizováno pomocí experimentálního kyvadla simulujícího zatěžující podmínky v těle pacienta. Záznam průběhu formování mazací vrstvy u artikulujících povrchů je možné pozorovat za pomoci skleněné acetabulární jamky TEP náhrady a vysokorychlostní kamery. Analýza obrazu pořízených záznamů následně poskytla představu o formování jednotlivých složek kapaliny a rozložení tloušťky mazací vrstvy. Experimenty byly doplněny o měření součinitele tření a opotřebení mezi typickými představiteli materiálových dvojic umělých kloubních povrchů (CoCrMo, Al2O3, UHMWPE). K analýze opotřebení bylo využito zařízení pro optickou 3D digitalizaci ATOS Triple Scan v kombinaci s optickým profilometrem Bruker Contour X8, sloužící k mapování topografie povrchů.
Dopad a výsledky projektu
Na základě výsledků projektu byla zvýšena úroveň znalostí o tribologii umělých kyčelních kloubních náhrad. Získané znalosti budou využity při konstruování a výrobě nových generací umělých kloubních náhrad v návaznosti na pokrok v oblasti materiálového inženýrství. Taktéž je možnost v budoucnosti ovlivňovat (kontrolovat) typ režimu mazání u umělých kloubních náhrad technickými prostředky, případně ovlivňováním charakteristik kloubní kapaliny.
Výsledky projektu byly publikovány v několika odborných časopisech:
- VRBKA, M.; KŘUPKA, I.; HARTL, M.; NÁVRAT, T.; GALLO, J.; GALANDÁKOVÁ, A. In-situ measurements of thin films in bovine serum lubricated contacts using optical interferometry. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine, 2014, 228.2: 149-158.
- VRBKA, M.; NEČAS, D.; HARTL, M.; KŘUPKA, I.; URBAN, F.; GALLO, J. Visualization of lubricating films between artificial head and cup with respect to real geometry. Biotribology, 2015, 1-2:1 61-65.
- VRBKA, M.; NEČAS, D.; BARTOŠÍK, J.; HARTL, M.; KŘUPKA, I.; GALANDÁKOVÁ, A.; GALLO, J. Stanovení součinitele tření hlavic a jamek TEP kyčle. Acta chirurgiae orthopaedicae et traumatologiae Cechoslovaca, 2015, 82.5: 341-347.
- GALANDÁKOVÁ, A.; ULRICHOVÁ, J.; LANGOVÁ, K.; HANÁKOVÁ, A.; VRBKA, M.; HARTL, M.; GALLO, J. Characteristics of synovial fluid required for optimization of lubrication fluid for biotribological experiments. Journal of Biomedical Materials Research: Part B: Applied Biomaterials, 2015, Submitted Manuscript.
V rámci projektu byl vytvořen funkční vzorek experimentálního zařízení.
Řešitel projektu za VUT v Brně
Finanční podpora
Ministerstvo zdravotnictví České Republiky (MZCR – IGA), Vliv složení kloubní kapaliny na utváření mazacího filmu v TEP kyčle, NT14267 , 2013-2015.
Řešeno pro
Ortopedická klinika Fakultní nemocnice Olomouc
Zjistit více
časopis Acta - Co by měl vědět ortoped o biotribologii totální endoprotézy kyčelního kloubu
