ENDOPROTEZA WYDŁUŻALNA DLA PACJENTÓW DORASTAJĄCYCH

Choroby nowotworowe stanowią kolejną, po wypadkach, urazach i zatruciach, przyczynę zgonów i

kalectwa u dzieci. W Polsce rozpoznaje się w tej grupie wiekowej około 1100-1200 nowych przypadków

rocznie. Według danych Polskiej Grupy ds. Leczenia Guzów Litych w Polsce nowotwory złośliwe kości

stanowią ok. 7% wszystkich nowotworów złośliwych wieku dziecięcego i notuje się rokrocznie coraz

większą ich liczbę (ok. 100 zachorowań w tym 70 to mięsaki kościo pochodne). Postęp osiągnięty dzięki,

tzw. leczeniu skojarzonemu tj. połączeniu chemioterapii, radioterapii i leczenia chirurgicznego, wyznaczył

nowe role dla chirurgii onkologicznej i spowodował rozwój tzw. oszczędzających technik chirurgicznych.

Zaczęto wykonywać mniej okaleczające amputacje, a tam, gdzie to jest możliwe wycięcie guza z

częściową resekcją kości. Przyczyniło się to do rozwoju nowych technik odtwórczych, których celem jest

uzupełnienie dużych ubytków kości poprzez wykorzystanie endoprotez onkologicznych, przeszczepów

kostnych, oraz innych form rekonstrukcji. Endoprotezy inwazyjne przez długi okres stanowiły jedyne

dostępne skuteczne rozwiązanie. Podkreślić należy, że dużą zaletą tych konstrukcji jest prosta budowa, a

tym samym mała ich podatność na uszkodzenia. Główną wadą jest to, że wydłużenie mechanizmu musi

poprzedzić zabieg operacyjny. Główna zaletą nieinwazyjnych endoprotez wydłużalnych jest możliwość

wykonania zabiegu wydłużenia bez ingerencji chirurga. Stwarzają też one możliwość kontrolowania tego

procesu, oraz częstszą realizacje przyrostowego wydłużania. Pozwala to z kolei na możliwość skrócenia a

nawet wyeliminowanie czasu rehabilitacji po zabiegu. Rozwój techniki umożliwił stosowanie nie tylko

konstrukcji mechanicznych, ale również elektrycznych, elektromagnetycznych i innych.

W ramach badań własnych w Laboratorium Inżynierii Ortopedycznej opracowano trzy rozwiązania

konstrukcyjne endoprotez nieinwazyjnych wydłużających, tj.:

-endoprotezy sprężynowej,

-endoprotezy śrubowej,

-endoprotezy hybrydowej. Pierwszą z analizowanych konstrukcji jest sprężynowa rozprężna

endoproteza. Składa się ona z dwóch połączonych ze sobą cylindrów (tytanowego oraz bio-polimerowego)

oraz umieszczonej wewnątrz tulei tytanowej, na której jest osadzona rurka polietylenowa wraz ze

sprężyną. Elementem charakterystycznym tulei tytanowej jest kołnierz perforowany, który utrzymuje

stały kontakt z tuleją polietylenową. Gwintowe połączenie cylindrów pozwala na zamknięcie układu oraz

kompresje sprężyny, której zmagazynowana energia zależna jest od jej długości i średnicy. Idea

nieinwazyjnego wydłużenia endoprotezy polega, na krótkotrwałym nagrzaniu i stopieniu fragmentu

segmentu tulei polietylenowej (metodą indukcyjną) znajdującego się w bezpośrednim kontakcie z

kołnierzem perforowanym. Skutkiem tego jest rozprężenie sprężyny i wysunięcie się trzpienia

tytanowego. Trzpień ten osadzony jest w jamie szpikowej kości udowej. Drugą propozycją endoprotezy

nieinwazyjnej jest śrubowa endoproteza wydłużalna z elektrycznym modułem napędowym. Składa się

ona z trzech połączonych za pomocą gwintu tulei: tulei dalszej, w której umiejscowiony jest moduł

napędowy, tulei bliższej, w której znajduje się śruba napędowa wraz tuleją wydłużającą oraz tulei

łączącej. Modułem napędowym endoprotezy jest silnik, bądź alternatywnie rozwiązaniem dla układu

napędowego jest zestaw cewek elektromagnetycznych. Uruchomienie silnika i rozpoczęcie procesu

wydłużania odbywa się w pierwszym przypadku przy pomocy specjalnie przystosowanego układu

sterowania. Rozpoczęcie wydłużania w endoprotezie z elektromagnesem odbywa się dzięki polu

elektromagnetycznemu, które jest wytworzone przez cewkę opasującą kończynę. Następnie napęd

przekazywany jest przez reduktor na śrubę napędową, która z kolei powoduje wysunięcie się tulei

wydłużającej. Główną zaletą tej endoprotezy jest możliwość kontrolowania procesu wydłużania oraz

częstego powtarzania zabiegu wydłużania. Zastosowanie mechanizmu śrubowego w endoprotezie

pozwala na precyzyjne wysuwanie tulei o określoną wartość, oraz daje możliwość lepszego kontrolowania

przebiegu samego zabiegu. Modułem napędowym endoprotezy jest silnik elektryczny. Uruchomienie

silnika i rozpoczęcie procesu wydłużania odbywa się przy pomocy specjalnie przystosowanego układu

sterowania. Następnie napęd przekazywany jest przez reduktor na śrubę napędową, która z kolei

powoduje wysunięcie się tulei wydłużającej. Zadaniem modułu kolanowego jest przywrócenie funkcji

usuniętego w wyniku operacji stawu naturalnego. Zawiasowa konstrukcja w wystarczający sposób

odwzorowuje ruchy zginania i prostowania stawu kolanowego. Ze względu na wiek pacjenta (wg założeń

10 lat) opracowano bezcementową metodę mocowania implantu w jamie szpikowej kości. Fakt ten w

znaczny sposób wydłuży okres użytkowania endoprotezy. Aby dodatkowo wzmocnić biomechaniczne

połączenie metaliczny implant kość, trzpień endoprotezy pokryty będzie porowatą warstwą tytanową

oraz fosforanowo wapniową na podłożu czystego tytanu, ułatwiającą i stymulującą przerastanie go

przez tkankę kostną. Maksymalne wydłużenie kończyny podczas pojedynczego zabiegu wynosi nawet

20mm, jednak z tak dużym przyrostem wiąże się ryzyko uszkodzenie układu mięśniowo nerwowego

pacjenta. Dlatego też zakłada się częstsze powtarzanie zabiegu i stopniowe wydłużanie rzędu kilku

milimetrów. Modyfikacją poprzedniej konstrukcji jest endoproteza hybrydowa. Charakteryzuje się ona

tym, że śrubowy mechanizm wydłużający, napędzany jest za pomocą dwóch niezależnych układów

Zakład Konstrukcji Maszyn i Inżynierii Biomedycznej

http://imik.wip.pw.edu.pl/kmib

Kreator PDF

Utworzono 27 November, 2009, 07:55

napędowych tj.: głównego nieinwazyjnego (motor + reduktor), oraz inwazyjnego (przekładnia kątowa)

załączanego w przypadku awarii pierwszego. Napęd główny endoprotezy (nieinwazyjny) przekazywany

jest z wałka silnika przez sprzęgło na śrubę napędową. W przypadku awarii układu nieinwazyjnego napęd

wprawiający w ruch mechanizm przekazywany jest przy pomocy klucza, którego końcówka w postaci

zębatego koła stożkowego tworzy wraz z zębami na kołnierzu śruby przekładnie kątową. Zespołem

napędowym jest silnik elektryczny z przekładnią mechaniczną. Zasilanie silnika realizującego przyrosty

długości (wydłużenie) endoprotezy będzie się odbywać za pomocą tzw. energii wolnodostępnej, czyli na

zasadzie przekazywania mocy w elektrycznych obwodach sprzężonych z urządzenia zewnętrznego

(nadajnika) do obwodu wszczepionego (odbiornika). Układ realizujący wydłużenie endoprotezy pracuje

tylko podczas zmiany długości i powinien być załączany z zewnątrz na określony czas.

Zakład Konstrukcji Maszyn i Inżynierii Biomedycznej

http://imik.wip.pw.edu.pl/kmib

Kreator PDF

Utworzono 27 November, 2009, 07:55