projekt urządzenia do pomiarów przemieszczeń kości piszczelowej

Marcin MASŁOWSKI, Eugeniusz SAJEWICZ, Katedra Inżynierii Materiałowej
i Biomedycznej, Politechnika Białostocka, Białystok
PROJEKT URZĄDZENIA DO POMIARÓW PRZEMIESZCZEŃ KOŚCI
PISZCZELOWEJ WZGLĘDEM KOŚCI UDOWEJ
THE DESIGN OF THE DEVICE FOR MEASUREMENTS
DISPLACMENTS BETWEEN THE FEMUR AND THE TIBIA
Słowa kluczowe: Atrometr, staw kolanowy, niestabilność stawu, więzadła krzyżowe
1. WSTĘP
Rekonstrukcje więzadeł ACL są szeroko stosowanymi zabiegami, w celu poprawy
stabilności i funkcjonowania układu ruchu człowieka po urazach. Coraz nowsze techniki,
stosowane podczas zabiegów, gwarantują niemalże całkowity powrót do aktywności
sportowej. Do oceny wyników leczenia i prawidłowości rehabilitacji wykonuje się rezonans
magnetyczny, oraz testy jakościowe i ilościowe, określające niestabilność stawu kolanowego.
Na podstawie analizy materiałów zebranych na potrzeby pracy, rozwiązań konstrukcyjnych
w obecnych artrometrach oraz problemów w nich występujących stworzono projekt nowego
urządzenia do pomiaru przemieszczenia kości piszczelowej względem udowej.
Zaprezentowane rozwiązanie pozwala w sposób prosty i kompleksowy badać przednio - tylną
niestabilność stawu kolanowego, pod różnymi kątami, dla różnych długości kończyny.
Zapewnia też odpowiednią stabilizację oraz komfort podczas badania. Układ sterowania
i sczytywania danych, wbudowany w urządzenie, umożliwia pracę bez podłączonego
komputera.
2. PROJEKT URZĄDZENIA DO BADANIA
PISZCZELOWEJ WZGLĘDEM UDOWEJ
PRZEMIESZCZENIA
KOŚCI
2.1. Elementy biomechaniki stawu kolanowego
Głównymi biernymi stabilizatorami stawu kolanowego w płaszczyźnie strzałkowej,
czołowej i poprzecznej są więzadła krzyżowe. Wraz z prawidłowym ukształtowaniem
powierzchni stawowych oraz pracą mięśni zapewniają mu odpowiednią stabilność
i prawidłową kinematykę. Podczas ruchu biernego wspomagają one zamianę toczenia na ruch
ślizgowy, a przy ruchu czynnym hamują poślizg wywołany działaniem mięśni. Poza tym
więzadła krzyżowe redukują siły ścinające, podczas ruchów translacyjnych stawu
wywołanych siłami zewnętrznymi [1].
2.2. Niestabilność stawu kolanowego
Niestabilność stawu kolanowego bada się po wystąpieniu urazu, aby ocenić czy
konieczne jest leczenie operacyjne, a także po rekonstrukcji więzadła, w celu ocenienia
skuteczności zabiegu. Podczas badania więzadła krzyżowego przedniego przy obciążeniu równym
134
N
określa
się
trzy
stopnie
niestabilności
stawu
kolanowego
[2].
XI Konferencja Naukowa Majówka Młodych Biomechaników im. prof. Dagmary Tejszerskiej
s. 74
2.3. Przedstawienie projektu
W oparciu o analizę rozwiązań i oczekiwań lekarzy powstały założenia projektowe
i użytkowe, których spełnienie zapewni odpowiednią funkcjonalność konstrukcji.
Do najważniejszych należą:
 zapewnienie odpowiedniej stabilizacji podczas badania,
 możliwość regulacji kąta kończyny podczas badania,
 regulacja komponentów urządzenia do różnych długości nogi pacjenta,
 zastosowanie zautomatyzowanego systemu wykonywania badania,
 możliwość łatwego przenoszenia urządzenia,
 wyświetlanie wyników w postaci cyfrowej,
4
3
1
2
Rys. 1. Model bryłowy własnego rozwiązania konstrukcyjnego; 1- część goleniowa ramy, 2- rama
z podnośnikiem, 3- platforma siłownika z czujnikiem tensometrycznym, 4- czujnik pontecjometryczny
Aby zapewnić możliwość badania przy różnych kątach zgięcia kończyny, konstrukcja musiała
zostać podzielona na dwie części. Przód urządzenia połączony jest z główną obudową
prowadnicami. Najważniejszą modyfikacją, która musiała być uwzględniona podczas
realizacji ostatecznej wersji projektu, było skonstruowanie ramy zapewniającej odpowiednią
stabilność oraz dającej możliwość dostosowania jej wysokości w odniesieniu do różnej
długości kończyny. W celu zapewnienia odpowiedniej pracy urządzenia, konieczne było
zaprojektowanie układu elektronicznego opartego na mikroprocesorze sterującym. Wzajemne
relacje czujników pomiarowych i aktuatora pozwalają dokładnie sterować pracą urządzenia
oraz zapewniają bezpieczeństwo badanego pacjenta. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych
rozwiązań, otrzymano łatwe sterowanie urządzeniem oraz dostęp i edycję wyników
pomiarów.
3. LITERATURA
[1] Pasierbiński A., Jarząbek A. (2009): Biomechanika więzadeł krzyżowych, Carolina
Medical Center, Warszawa.
[2] Radziyevsky P, i inni (2012): Diagnostyka i fizjoterapia funkcjonalna w uszkodzeniach
kompleksu przednio-przyśrodkowego stawu kolanowego..
[3] Collette M. i inni 2011): Objective evaluation of anterior knee laxity; comparison of the
KT-1000 and GNRB arthrometers. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc.