Medicínské a biomechanické využití deformačního snímaní
To, co ještě před dvaceti třiceti lety nebylo v medicínské oblasti myslitelné, se dnes stává realitou – a to díky rozsáhlým výzkumům a testování, do kterého zasahuje i testování deformační.
Optická metrologie je již napevno spojena se stomatologií, kde je její použití zcela nenahraditelné. Je využívána ke skenování stávajícího chrupu, na základě kterého je pak vyroben chrup náhradní – tak, aby co nejlépe odpovídal předloze a došlo tak k co nejmenšímu zásahu do těla pacienta. Věděli jste však, že díky optickému systému ARAMIS pro deformační snímání můžete zjistit i to, jaký má náhrada vliv na čelist? Snímáním totiž vědci detailně prozkoumali děje, které na zuby působí, a to zejména žvýkání. Zuby musí odolávat různým druhům napětí a působení sil vyvolaných právě tímto procesem, což se do vývoje zubních náhrad také promítá.
To, co ještě před dvaceti třiceti lety nebylo v medicínské oblasti myslitelné, se dnes stává realitou – a to díky rozsáhlým výzkumům a testování, do kterého zasahuje i testování deformační.
Dalším dobrým příkladem využití jsou náhrady používané u fraktur dolní čelisti. Ty se skládají z ocelových plátů, případně i organického materiálu příslušného pacienta. Pláty jsou vytvářeny v různých konstrukčních provedeních a velikostech, takže může být složité odhadnout, co je správným řešením. K vhodné volbě napomáhají numerické simulace, které se mohou použít v návaznosti na předchozí deformační testování. Obecně by však numerické simulace byly pro tak nehomogenní materiál, jakým je kostní tkáň, téměř nepoužitelné, a to kvůli neschopnosti zadat přesné materiálové charakteristiky do výpočtů. Díky speciálně uzpůsobeným testům na reálných vzorcích a modelech však mohou být vytyčeny okrajové podmínky, které dokáží materiálové vlastnosti přiblížit. Tyto testy jsou snímány vysokorychlostními kamerami systému ARAMIS. Testy zpravidla probíhají cyklickým zatěžováním. Vzorky nesou referenční body nebo stochastický pattern, na jejichž základě lze pak softwarově vyhodnotit napěťové stavy, pohyby a rotace atd.
Stejné vyhodnocování se používá i v případě návrhů protéz končetin. Zde je stěžejní jak pohyb samotné protézy v jednotlivých osách, tak i pohyb celého těla pacienta. Lze tak vyvodit nejen životnost takové protézy, ale i vliv na další tělesné partie nositele a vyvarovat se tak nevratným fyzickým následkům vniklých na základě nevhodné volby protézy či její samotné konstrukce.
Další oblastí, která se dnes bez měření deformací neobejde, je výroba a vývoj kloubních náhrad a fixačních implantátů, např. pro ramenní kloub. V našem případě ramenního kloubu bylo řešeno připevnění tohoto implantátu k lopatce, a to zejména kolika šrouby implantát fixovat, zda je nutné použít podložku, případně kolik. Jednotlivé varianty byly realizovány v podobě modelů, které byly dále cyklicky zatěžovány.
Na obrázku je možné sledovat barevnou mapu hlavního přetvoření, které působí v průběhu procesu, resp. těsně před momentem, kdy došlo k destrukci vložky. Díky snímání vysokofrekvenčními kamerami bylo možné zachytit nejen vývoj tohoto přetvoření a jeho pohyb, ale i mikro a makro pohyby vloženého elementu. V softwaru GOM Correlate Pro pak byly velmi jednoduše zpracovány grafy, které celý proces mapují.
Podobný postup byl realizován i při sledování mikro pohybů v systému „Tibia Nail“, laicky řečeno při studii sešroubování velkých kostí, zejména pak kosti holenní. Aparát se používá k usnadnění hojení těžkých fraktur, a to z důvodu umožnění lehkého pohybu v rámci tohoto zpevnění. Pohyby a jejich důsledky jsou opět mapovány. Dále je usnadněna volba typu fixačního prostředku. Pro vývoj jsou pak důležité poznatky, zda dochází k zborcení náhrady, v jakém směru tato deformace probíhá a jak velký je vliv na okolní partie.
Aby nebyla řeč pouze o neživých implantátech, tak je důležité zdůraznit, že vědci věnovali spoustu času analýze přirozených pohybů rozličných části lidského těla, na jejichž základě je pak vůbec možné tyto život usnadňující „pomůcky“ navrhovat. Jako příklad lze zmínit výzkum pohybů a stability páteře se zaměřením na vzájemné působení obratlů mezi sebou, které mohlo být vyhodnoceno pomocí 3D vektorů pohybu, či barevnými mapami sledujícími průběžnou změnu vzdálenosti jednotlivých obratlů v reálném čase. Pro lepší vizualizaci byl zhotoven CT sken, vizualizaci je možné vidět na obrázku.
