
Pre ortopedické operačné zákroky, štandardnými metódami delenia tvrdých biologických tkanív, ako sú kosti, sa stále využívajú napr. oscilačné píly. Avšak kosť veľmi citlivo reaguje na teplo. Dôsledkom prekročenia kritických hodnôt sú ireverzibilné poškodenia kostných tkanív. Konvenčné nástroje, ako píly a iné inštrumenty používajúce tuhý člen pri obrábaní kostí, generujú teplotu v niektorých prípadoch vyššiu ako 100°C. Nepriaznivým dôsledkom je vrstva zničených buniek na deliacej stene. Tieto teplotné traumy sú zodpovedné za nedostatočné vrastenie kostného tkaniva do protézy, čo predlžuje proces hojenia a rekonvalencenciu.
Veľkou výhodou hydroabrazívneho delenia oproti klasickým spôsobom delenia kostí je možnosť vytvárať presné atermické rezy kostných tkanív. Použiteľnosť hydroabrazívneho delenia ako nástroja pre ortopedické účely, ktorý môže vytvárať akúkoľvek želanú geometriu s vysokou presnosťou, je dokázaná v experimentálnej časti a v niekoľkých štúdiách zahraničných bádateľov. Hodnoty drsnosti sú regulovateľné pomocou riadenia faktorov hydroabrazívneho delenia a priemerná drsnosť Ra podľa našich predikčných výpočtov sa pohybujú pod hranicou 20 mm. Malé silové pôsobenie v technologickom uzle: stroj - nástroj - biologický materiál naznačuje použitie moderných manipulačných systémov a „ortopedických robotov“. V tejto ex- vivo experimentálnej štúdii sa potvrdilo, že hodnoty tlaku musia byť nad 100 MPa a je potrebné nové technické riešenie, ktoré by zabezpečovalo plynulé dávkovanie biokompatibilného abrazívu, aby bolo možné riziko prípadnej embólie eliminovať. Preto je nevyhnutné pri príprave kostných tkanív pracovať s vyššími tlakmi, čím sa zvyšuje množstvo transformovanej energie.
Navrhované riešenie
Problematika totálnych endoprotéz a ich opotrebenia - poškodenia je veľmi rozsiahla. Preto sa zameriavame hlavne na problematiku totálnych endoprotéz bedrového kĺbu, hoci niektoré aspekty týkajúce sa opotrebenia sú v podstate podobné s ostatnými kĺbovými náhradami.
Vzhľadom na selektivitu úberu je možné využiť vodný prúd aj s nízkymi tlakmi na narušenie rozhrania (Obr. 1) tvoreného kostným cementom, ktorého fyzikálno-mechanické vlastnosti sú diametrálne odlišné od kostného tkaniva či titánovej endoprotézy.
Dezintegrácia povrchu kostných tkanív a iných biomateriálov vysokorýchlostným kvapalinovým prúdom je problematika zasahujúca do viacerých odborov klinickej praxe. Klasické využitie kontinuálneho kvapalinového toku sa týka dezintegrácie povrchu, delenia rôznych druhov materiálov a odstraňovania povrchových vrstiev pri čistení povrchov. Účinnosť (alebo efektívnosť) pôsobenia kontinuálneho kvapalinového toku môžeme významne zvýšiť jeho moduláciou.
Generovanie vysokofrekvenčných tlakových pulzácií v systémoch pre generovanie vysokorýchlostných vodných prúdov predstavuje jednu z možností zvýšenia efektivity technológie v medicínskych aplikáciách na odstraňovanie povrchových vrstiev, čistenie a objemové dezintegrácie materiálov, napríklad kostného cementu pri reimplantáciách totálnych náhrad. Dôvodom je skutočnosť, že vďaka týmto tlakovým pulzáciám vystupuje vodný prúd z trysky síce ako kontinuálny prúd vody, ale má v dôsledku pulzácie premennú axiálnu zložku rýchlosti. V určitej vzdialenosti od trysky potom dochádza k rozpadu tohto pôvodne kontinuálneho vodného prúdu na jednotlivé zhluky vody a prúd sa začne správať ako pulzujúci. Dezintegračná schopnosť takéhoto pulzujúceho prúdu sa výrazne zvýši, a to z dôvodu skutočnosti, že impaktný (rázový) tlak generovaný dopadom zhluku vody na rozpojovanie materiálu je výrazne vyšší, ako je tlak stagnačný, generovaný dopadom kontinuálneho prúdu rovnakých parametrov.
Vzhľadom na jeho široké využitie, sa javí možnosť využitia tejto technológie najmä pri reimplantáciách. Priemer vodného prúdu do 0,5 mm je veľkou výhodou pri prácach vo veľmi obmedzených priestoroch na rozhraní protézy a kostného tkaniva. Proces delenia je v podstate studený, čím sa odstraňuje tepelný efekt, sily a reakcie sú pomerne nízke. Presná manipulácia s aplikátorom je možná ručným, ako aj robotickým spôsobom. Uvedené fakty ukazujú, že je možné odstrániť protézu touto technikou delenia rýchlejším a šetrnejším spôsobom. Problémovou oblasťou však ostáva vývoj sterilných púmp a pri osteotómiách kostného tkaniva kontinuálnym vodným prúdom kontrola hĺbky rezu.
Nasledujúci obrázok 2, znázorňuje návrh pracoviska s aplikáciou automatizovaného on-line riadenia operačnej resekcie bedrového kĺbu s využitím technológie hydroabrazívneho prúdu, riešenej v rámci tematického zamerania diplomovej práce v súčasnosti už Ing. Martiny Blichovej.
Návrh spôsobu automatizovanej kontroly a riadenia výkonu a kvality zákroku znázorňuje nasledujúci obrázok 3.

Na základe analýzy a interpretácie získaných dát z povrchu vzoriek je odvodený analytický tvar topografickej funkcie Ra = f (vp, vdef, E, σrz, h) pre daný materiál. V nasledujúcom grafe na obr. 4 je uvedený príklad vypočítanej predikcie distribúcie drsnosti a napätosti kosti potrebnej pre on-line riadenie v chirurgickej ortopédii.

Záver
Nové technológie sú neustále zavádzané aj do ortopedickej praxe s prísľubom lepšej zdravotnej starostlivosti o pacientov, ale často s obmedzenými informáciami. Nemocnice, zdravotné systémy a chirurgovia preto čelia potrebe vyhodnotiť relatívne výhody nových technológií a zvážiť možný prínos pre pacientov, či už z hľadiska zníženia finančných nákladov, ako aj potenciálne nežiaducich klinických dôsledkov spojených s ich používaním. Základom tejto vedecko-výskumnej práce je upriamiť pozornosť na možnosti aplikácie technológie hydroabrazívneho delenia. Sú v nej uvedené výsledky bádania a možnosti aplikácie technológie hydroabrazívneho delenia s cieľom zodpovedného a rentabilného zavedenia tejto technológie do ortopedickej praxe.
Ďalší spoluautori: Dagmar Magurová a Jozef Živčák, Prešovská univerzita, Fakulta zdravotníckych odborov, Jan Valíček, Institut geoniky akademie věd České republiky, Ostrava, Ján Kľoc, Fakultná nemocnica s poliklinikou J. A. Reimana v Prešove, Dražan Kozak, J. J. Strossmayer university of Osijek Mechanical engineering faculty in Slavonski Brod.