Amputált végtag és protézistok kapcsolatának vizsgálata végeselem módszer alkalmazásával

Karácsony Tamás BSc VII. évf.

e-mail: karacsonytamas.mail@gmail.com

Konzulens: Dr. Kiss Rita, Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék

e-mail: rita.kiss@mogi.bme.hu

Az emberi testhez több féle okból csatolhatunk nem invazív, mechanikus, eszközöket. Egyik oka lehet végtagvesztés, amelynek egyik döntő kérdéses területe az amputált végtag és protézistok kapcsolata. Ezen a területen az externális kapcsolat minősége, biokompatibilitása és biofunkcionalitása a megfelelő erőeloszlású teherátadástól, a minél stabilabb kapcsolattól, a kényelemtől függ. A dolgozat fő célja a biofunkcionalitás bővebb megismerése, hogyan lehet egy protézist megfelelően kapcsolni az emberi szervezethez, milyen követelményeknek kell megfelelnie a megfelelő kapcsolat kialakítása érdekében, valamint hogyan kell kialakítani és lefolytatni egy orvostechnikai fejlesztési projektet. A modell elkészítését reverse engineering, a végeselemes szimulációt Ansys workbench segítségével végeztem el.

A probléma komplexitása miatt célszerű csak egy páciens vizsgálatára szorítkozni, mivel az emberi anatómia elég változatos. A protézistok modelljét 3D optikai scanneléssel, majd felületmodellezéssel hoztam létre. A végtag modelljének elkészítéséhez MRI scannelést és hasonló módon felület és test modellezést használtam.

A pácienssel való konzultáció után, valamint a probléma szemrevételezése után, megállapítható, hogy a jelenleg viselt protézis csatlakozásnál a terhelés eloszlása nem optimális. Ennek oka, hogy a jelenlegi kialakítás esetén a fő terhelést a tuber ischiadicum (csípőcsont alsórésze, ülőgumó) veszi fel, ez hosszabb távon kényelmetlen, és a rögzítés minőségét is rontja. Az ilyen teherátadás másik problémája, hogy a terhelés nem az eredeti terhelésnek megfelelő, a protézistok nem elégíti ki a biofunkcionalitás követelményeit. Az ilyen kiképzés következtében a mozgás/járás biomechanikai jellemzői lényegesen megváltoznak, a járás képe lényegesen eltér a fiziológiástól. A nem megfelelő terhelés hatására a páciens hát, nyak és egyéb fájdalmakat tapasztalt.

A dolgozat részét képező szimulációban az anyagmodelleket egyszerűsítettük a protézistok több komponensű kompozit, a lágyszövetek és a csontok nem lineáris viselkedésűek. Modellünkben a kompozit és csontok esetén csekély alakváltozásuk miatt lineáris modellt, míg a lágyszövetek esetén nem lineáris anyagmodellt alkalmaztunk. Ezen egyszerűsítések következtében reális számítási kapacitással vizsgálható a modell.

A kutatás eredményeit elsősorban a protézistokok gyártásánál lehet felhasználni, hogy a végtagpótlások magasabb színvonalú biofunkcionalitással rendelkezzenek, jobb életminőséget eredményezzenek. Az emberi testtel külső kapcsolatban lévő egyéb eszközök fejlesztésénél is használhatók megállapításaink, szimulációink.

szerző

Karácsony Tamás
Mechatronikai mérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)

konzulens

Dr. Kiss Rita
egyetemi tanár, Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék

helyezés

III. helyezett