Monika Marciniak STRESZCZENIE „Mikroformowanie plastyczne

Monika Marciniak STRESZCZENIE „Mikroformowanie plastyczne

Monika Marciniak
STRESZCZENIE
„Mikroformowanie plastyczne protezy do rekonstrukcji otolaryngologicznej”
Wywiad medyczny, a także gruntowna analiza danych literaturowych pozwoliła na
ustalenie zapotrzebowania rynkowego na protezy ucha środkowego do rekonstrukcji łańcucha
kosteczek słuchowych. Dopasowanie protez słuchowych do warunków istniejących u danego
pacjenta jest procesem warunkującym skuteczność ossikuloplastyki. Głównym celem pracy było
opracowanie nowoczesnej koncepcji i prototypu (lub demonstratora) protezy ucha środkowego,
która powinna być przyjazna dla warunków biologicznych i fizjologicznych, a jednocześnie
zapewniać przenoszenie sygnału akustycznego o parametrach zbliżonych do tych w układzie
anatomicznym. Równorzędnym celem było opracowanie technologii, która umożliwi
wytwarzanie elementów składowych protezy ucha środkowego.
Opracowane zostały różne nowoczesne rozwiązania konstrukcje protez typu PORP
i TORP (na które wydano decyzje o udzieleniu dwóch patentów), które umożliwią szybsze
dopasowanie takiej protezy do warunków istniejących u danego pacjenta śródoperacyjnie.
Spośród nich wybrano protezy do całkowitej rekonstrukcji kosteczek słuchowych, które poddano
analizie statycznej, modalnej i harmonicznej przy użyciu symulacji MES. Analizy statyczne
pozwoliły na określenie najbardziej sztywnej konstrukcji oraz określenie zachowania się błony
bębenkowej oddziałującej na różne kształty geometryczne protez. Przeprowadzenie analizy
modalnej umożliwiło określenie ilości częstotliwości rezonansowych w badanym zakresie od
100 Hz do 10 kHz. Analiza odpowiedzi harmonicznej z kolei pozwoliła na określenie, które
częstotliwości mają największy negatywny wpływ na konstrukcje protez oraz na ocenę, która
z konstrukcji charakteryzuje się najlepszym przenoszeniem sygnału z błony bębenkowej na
okienko owalne. Na podstawie analiz symulacji MES zoptymalizowano postać geometryczną
najbardziej obiecującej protezy.
W zakres pracy wchodziło opracowanie technologii wykonania elementów składowych
protezy ucha środkowego. Najodpowiedniejszą technologią do ich wytworzenia (z uwagi na
parametry geometryczne projektowanej protezy) okazała się być technologia mikroformowania
metodami kształtowania plastycznego, a mianowicie: mikrowykrawaniem, mikrowytłaczaniem,
mikrogięciem i mikrowyciskaniem. Obiecująca jest również metoda mikroformowania
polegająca na trawieniu chemicznym materiału tytanowego. Istotnym osiągnięciem utylitarnym
przedstawionej pracy jest również nowoczesne urządzenie do realizacji wymienionych wcześniej
procesów mikroformowania. Opracowane i wykonane urządzenie jest przystosowane do pracy
z dwoma różnymi napędami: konwencjonalnym liniowym i elektromagnetycznym.
Do realizacji procesów mikroformowania plastycznego, mających na celu wytworzenie
elementów składowych protezy ucha środkowego, opracowano narzędzia, które następnie
wykonano technikami tradycyjnymi i technikami fotolitografii. Materiałami na narzędzia były:
węgliki spiekane, stal narzędziowa i podłoża krzemowe.
Przed przystąpieniem do eksperymentalnych testów na urządzeniu do mikroformowania,
przebadano materiały badawcze, które stanowiły: komercyjnie czysty tytan (Ti Grade2 i Ti
Grade4) i stop tytanu Ti6Al4V (Ti Grade5). Sprawdzono skład każdego materiału i jednorodność
rozkładu pierwiastków na jego powierzchni posługując się analizą SEM-EDX. Wyznaczono
eksperymentalnie charakterystyki mechaniczne i przeprowadzono analizę mikrostrukturalną
materiałów tytanowych. Badania przeprowadzono w celu sprawdzenia partii materiałowej
pochodzącej z Chin. Pochodzące z nich dane zastosowane zostaną również do późniejszych
badań nad efektem skali. Określenie parametrów mechanicznych dla różnych materiałów
tytanowych pozwoliło na zaplanowanie i kontrolę procesów mikroformowania, aby uniknąć
błędów, a w skrajnym przypadku zniszczenia urządzenia.
Po ustaleniu parametrów dla każdego procesu mikroformowania wykonano próby,
których rezultatem było otrzymanie poszczególnych elementów nowoczesnych protez do
rekonstrukcji kosteczek słuchowych. Zostały one następnie połączone przy użyciu
mikrozgrzewania iskrowego na specjalnie stworzonym do tego celu stanowisku badawczym.
Kolejnym osiągnięciem pracy jest opracowane i wykonane stanowisko do badań
akustomechanicznych, dzięki któremu możliwa była ocena skuteczności działania protezy ucha
środkowego w warunkach przypominających warunki anatomiczne. Przeprowadzone testy
akustyczno-mechaniczne wykazały skuteczne i stabilne działanie wszystkich opracowanych
wcześniej protez, które wzmacniają sygnał akustyczny podobnie jak proteza komercyjna firmy
Kurz.