Medicínske a biomechanické využitie deformačného snímania
To, čo ešte pred dvadsiatimi tridsiatimi rokmi nebolo v medicínskej oblasti mysliteľné, sa dnes stáva realitou – a to vďaka rozsiahlym výskumom a testovaniu, do ktorého zasahuje aj testovanie deformačné.
Optická metrológia je už napevno spojená so stomatológiou, kde je jej použitie úplne nenahraditeľné. Je využívaná na skenovanie existujúceho chrupu, na základe ktorého je potom vyrobený chrup náhradný – tak, aby čo najlepšie zodpovedal predlohe a došlo tak k čo najmenšiemu zásahu do tela pacienta. Vedeli ste však, že vďaka optickému systému ARAMIS pre deformačné snímanie môžete zistiť aj to, aký má náhrada vplyv na čeľusť? Snímaním totiž vedci detailne preskúmali deje, ktoré na zuby pôsobia, a to najmä žuvanie. Zuby musia odolávať rôznym druhom napätia a pôsobeniu síl vyvolaných práve týmto procesom, čo sa do vývoja zubných náhrad tiež premieta.
To, čo ešte pred dvadsiatimi tridsiatimi rokmi nebolo v medicínskej oblasti mysliteľné, sa dnes stáva realitou – a to vďaka rozsiahlym výskumom a testovaniu, do ktorého zasahuje aj testovanie deformačné.
Ďalším dobrým príkladom využitia sú náhrady používané pri fraktúrach dolnej čeľuste. Tie sa skladajú z oceľových plátov, prípadne aj organického materiálu príslušného pacienta. Pláty sú vytvárané v rôznych konštrukčných prevedeniach a veľkostiach, takže môže byť zložité odhadnúť, čo je správnym riešením. K vhodnej voľbe napomáhajú numerické simulácie, ktoré sa môžu použiť v nadväznosti na predchádzajúce deformačné testovanie. Všeobecne by však numerické simulácie boli pre taký nehomogénny materiál, akým je kostné tkanivo, takmer nepoužiteľné, a to kvôli neschopnosti zadať presné materiálové charakteristiky do výpočtov. Vďaka špeciálne prispôsobeným testom na reálnych vzorkách a modeloch však môžu byť vytýčené okrajové podmienky, ktoré dokážu materiálové vlastnosti priblížiť. Tieto testy sú snímané vysokorýchlostnými kamerami systému ARAMIS. Testy spravidla prebiehajú cyklickým zaťažovaním. Vzorky nesú referenčné body alebo stochastický pattern, na základe ktorých možno potom softvérovo vyhodnotiť napäťové stavy, pohyby a rotácie atď.
Rovnaké vyhodnocovanie sa používa aj v prípade návrhov protéz končatín. Tu je kľúčový tak pohyb samotnej protézy v jednotlivých osiach, ako aj pohyb celého tela pacienta. Možno tak vyvodiť nielen životnosť takej protézy, ale aj vplyv na ďalšie telesné partie nositeľa a vyvarovať sa tak nevratným fyzickým následkom vniknutých na základe nevhodnej voľby protézy či jej samotnej konštrukcie.
Ďalšou oblasťou, ktorá sa dnes bez merania deformácií nezaobíde, je výroba a vývoj kĺbových náhrad a fixačných implantátov, napr. pre ramenný kĺb. V našom prípade ramenného kĺbu bolo riešené pripevnenie tohto implantátu k lopatke, a to najmä koľkými skrutkami implantát fixovať, či je nutné použiť podložku, prípadne koľko. Jednotlivé varianty boli realizované v podobe modelov, ktoré boli ďalej cyklicky zaťažované.
Na obrázku je možné sledovať farebnú mapu hlavného pretvorenia, ktoré pôsobia v priebehu procesu, resp. tesne pred momentom, kedy došlo k deštrukcii vložky. Vďaka snímaniu vysokofrekvenčnými kamerami bolo možné zachytiť nielen vývoj tohto pretvorenia a jeho pohyb, ale aj mikro a makro pohyby vloženého elementu. V softvéri GOM Correlate Pro potom boli veľmi jednoducho spracované grafy, ktoré celý proces mapujú.
Podobný postup bol realizovaný aj pri sledovaní mikro pohybov v systéme „Tibia Nail“, laicky povedané pri štúdii zoskrutkovania veľkých kostí, najmä kosti holennej. Aparát sa používa na uľahčenie hojenia ťažkých fraktúr, a to z dôvodu umožnenia ľahkého pohybu v rámci tohto spevnenia. Pohyby a ich dôsledky sú opäť mapované. Ďalej je uľahčená voľba typu fixačného prostriedku. Pre vývoj sú potom dôležité poznatky, či dochádza k zrúteniu náhrady, v akom smere táto deformácia prebieha a aký veľký je vplyv na okolité partie.
Aby nebola reč iba o neživých implantátoch, tak je dôležité zdôrazniť, že vedci venovali veľa času analýze prirodzených pohybov rozličných časti ľudského tela, na základe ktorých je potom vôbec možné tieto život uľahčujúce „pomôcky“ navrhovať. Ako príklad možno spomenúť výskum pohybov a stability chrbtice so zameraním na vzájomné pôsobenie stavcov medzi sebou, ktoré mohlo byť vyhodnotené pomocou 3D vektorov pohybu, či farebnými mapami sledujúcimi priebežnú zmenu vzdialenosti jednotlivých stavcov v reálnom čase. Pre lepšiu vizualizáciu bol zhotovený CT sken, vizualizáciu je možné vidieť na obrázku.
