18.10.2018.
 
 
SYMULATOR STAWU ŁOKCIOWEGO DO OCENY IMPLANTOWANEGO STAWU PDF Drukuj Email
Symulator przewidziano do oceny funkcjonalności stawu łokciowego z wszczepioną endoprotezą, badań trybologicznych, badań mechaniczno-wytrzymałościowych.

Budowa stawu łokciowego pozwala na ruchy zginania iprostowania do 170° (w niektórych przypadkach do 190°). Staw promienno-łokciowy bliższy umożliwia obrót kości promieniowej względem łokciowej. Staw ten, wspólnie ze stawem promieniowo-łokciowym dalszym (tworzą go części dystalne kości łokciowej i promieniowej) umożliwia ruchy nawracania i odwracania (pronacji i supinacji) przedramienia wraz z ręką względem ramienia w zakresie ±90°.

Przy projektowaniu symulatora z adaptacją jego do stawu łokciowego przyjęto następujące założenia:

1. Do badań będą używane kości stawu łokciowego wypreparowane ze zwłok. Pozwala to na zachowanie wszystkich kształtów i cech anatomicznych poszczególnych kości tworzących staw,

2. Realizacja powyższego założenia pozwala odtworzyć rzeczywiste zakresy ruchów występujące w stawie łokciowym. Ruch zgięcia i prostowania w zakresie 0°-135°, ruch nawracania do 50°, ruch odwracania do 70°,

3. Zastosowanie samonastawnego uchwytu kości ramiennej oraz podatne zamocowanie kości promieniowej pozwala na samoczynne pozycjonowanie poszczególnych kości w czasie wykonywania złożonych ruchów stawu,

4. Przyjęto zmienne w czasie osiowosymetryczne obciążenie stawu łokciowego. Maksymalna wielkość tego obciążenia F=3000N. Nastawne stałe oddziaływanie głowy kości promieniowej na kość łokciową wynosi maksymalnie Rs=150N. Do napędu mechanizmu zgięcia i prostowania zastosowano silnik krokowy o momencie M2=10Nm Natomiast do napędu ruchu supinacji i pronacji użyto silnik krokowy o momencie M1=2Nm,

5. Dla zapewnienia warunków współpracy stawu łokciowego w symulatorze zbliżonych do anatomicznych zanurzone będą w płynie fizjologicznym,

6. Prędkości, częstotliwości ruchów oraz wartości sił F i momentów M będą zmieniane wczasie pracy symulatora w sposób programowalny,

7. Konstrukcja symulatora musi pozwalać na jego pracę w przestrzeni pomiarowej maszyny wytrzymałościowej INSTRON i za jej pośrednictwem realizować obciążenia stawu łokciowego.

Ocena funkcjonalności stawu łokciowego, w tym stawów z wszczepionymi endoprotezami, w opracowanym symulatorze sprowadza się do realizacji charakterystycznych ruchów kości, które występują w stawie: ruchu zginania iprostowania oraz ruchu pronacji i supinacji a następnie rejestracji wzajemnych położeń, przemieszczeń, dopasowania i współpracy kości stawu. Ruch zginania iprostowania do 135° realizowany jest poprzez ruch wahliwy kości ramiennej R zamocowanej w uchwycie nastawczym 8 napędzanym silnikiem krokowym zprogramowanym zmiennym w czasie przemieszczeniem kątowym. Ruch supinacji do 70° i pronacji do 50° realizowany jest poprzez ruch obrotowy kości promieniowej P zamocowanej w stałym uchwycie 11, który napędzany jest przez silnik krokowy z programowaną zmienną w czasie prędkością kątową. W ruchu supinacji i pronacji bierze również udział kość łokciowa L zamocowana w ruchomym uchwycie 12. Jej ewentualny bierny ruch jest wymuszany przez ruch kości promieniowej P i połączenie stykowe pomiędzy kością promieniową P i łokciową L.

Badania trybologiczne na stanowisku są inicjowane przez wyszczególnione wyżej ruchy (kinematykę) kości stawu łokciowego po umieszczeniu kości stanowiących staw łokciowy w zbiorniku 7 wypełnionym płynem fizjologicznym będącym środkiem smarnym stawu i przyłożeniu obciążenia F(t) badana jest współpraca panewek kości i endoprotez stawu tworzących węzły tarcia, w których występują procesy zużycia i zniszczenia panewek i endoprotez zależnie od różnych warunków obciążenia, kinematyki i smarowania. Badania mechaniczno-wytrzymałościowe realizuje się po umieszczeniu czujników tensometrycznych w odpowiednich miejscach poszczególnych kości stawu. Dlatego też możliwa jest rejestracja rozkładu przemieszczeń a następnie określenie rozkładu sił i naprężeń w odpowiednich miejscach kontaktujących się kości. Rozkład nacisków stykowych w miejscach kontaktu poszczególnych kości może być określany przez wprowadzenie do strefy kontaktu specjalnej cienkiej folii pomiarowej czułej na odkształcenie.

Wałki skrętne do pomiaru momentów umieszczone pomiędzy silnikami krokowymi amechanizmami odpowiadającymi za realizację ruchów zginania i prostowania oraz supinacji ipronacji umożliwiają poprzez pomiar momentów określenie oporów ruchu w stawie.

Symulator stawu łokciowego może być także, jak nadmieniono, wykorzystany do badania innych stawów, jak na przykład stawu kolanowego, stawu skokowego czy kręgosłupowego. Możliwe jest także wykorzystanie symulatora do innych badań, na przykład do badania mechanizmów, w których występuje jednocześnie ruch obrotowy i postępowy.

 
« poprzedni artykuł   następny artykuł »
 
Top! Top!