Simulátor, který dokáže věrně napodobit pohyby kolenního kloubu a vzájemně je střídat tak, jak to činí skutečný kloub, vyvinuli vědci z Laboratoře experimentální biotribologie při ČVUT. Iniciátorem vývoje tohoto simulátoru byl Ing. Lukáš Franta, v jehož práci v současné době pokračuje Ing. Jakub Kronek a jeho tým, který kromě standardních otěrových experimentů řeší i upgrade simulátoru o další komponenty. Konstruktérům z ČVUT se podařilo vytvořit reálnou simulaci proměnlivého zatížení kolenní náhrady, a to v celém rozsahu posuvného a rotačního pohybu a při odpovídajících rychlostech. Díky grantu, který na tento projekt ČVUT obdrželo, tak tým jeho vědců vyvinul ojedinělý testovací stroj, sestavený v souladu s konstrukčním a koncepčním uspořádáním používaných kloubních náhrad. Simulace všech pohybových režimů Přístroj provádí in vitro simulace opotřebení kloubních náhrad za podmínek, které se přibližují podmínkám in vivo mnohem více než všechna ostatní testovací zařízení, jež jsou v současnosti dostupná na trhu. Simulátor realisticky navozuje všechny režimy chůze, mění frekvence kroků, simuluje rychlý běh, ale i sed a vztyk. Zohledňuje přitom jak mechanické vlastnosti materiálů, z nichž jsou endoprotézy vyrobeny, tak vlastnosti a funkce lidského organismu, jemuž má být kloub implantován. K vyzkoušení kloubní náhrady je třeba provést řádově kolem 5 milionů cyklů, což odpovídá asi dvěma měsícům normální chůze. Jen tak lze adekvátně posoudit rizika, která vznikají během používání u implantovaných kloubních náhrad. Koleno je složitý stroj Koleno je nejsložitější „stroj" pohybového aparátu. Vzhledem k anatomické stavbě a biomechanice pohybu však mnohdy selhává. Umělá kloubní náhrada pak pro mnoho lidí často znamená jedinou cestu zpět do normálního života bez bolesti a výrazného pohybového omezení. Dějiny vědecko-technického snažení o usnadnění této cesty jsou dnes již poměrně dlouhé. První typy implantátů se orientovaly spíše na materiály než na konstrukci, nerespektovaly anatomický tvar ani fyziologický pohyb v kolenním kloubu. Teprve koncem 70. let minulého století byly vyvinuty náhrady s rotačními meniskovým prvky. Převratný rozvoj nastal v 80. letech, kdy se začalo pracovat na stavebnicovém systému, tedy kloubních náhradách, které se skládají z několika materiálově odlišných, ale vzájemně kompatibilních komponent. V současnosti vývojové týmy intenzivně pracují na tom, aby kloubní náhrada do těla pacienta „zapadla“ co nejlépe. A přestože operatérům pomáhá řada zařízení dosáhnout vysokého stupně přesnosti resekce kosti, uložení komponent a osového postavení končetiny, otázku životnosti kloubních náhrad neřeší. O to se snaží především konstruktéři testovacích zařízení, jimiž endoprotézy od vývojového stadia až po finální podobu procházejí. Nový simulátor tak zajišťuje dosud největší eliminaci selhání kloubních náhrad po implantacích. Pro náročnější aplikace A jak takový simulátor funguje? Jeho posun vpřed a vzad (anterior/posterior) se děje za pomoci lineárních elektromotorů. Ohýbání kolene (flexe/extenze) a rotaci kolem svislé osy (interior/exterior) zajišťují dva torzně-rotační elektromotory. Firma Hiwin těchto pohonů pro hladký chod simulátoru dodala celkem 12. Řízení celého soustrojí pak obstarává systém Simotion d435 od firmy Siemens. S jeho programováním a dalšími „elektrikářskými“ záležitostmi týmu z ČVUT významně pomáhá firma ETS-C, specializující se na regulované pohony a automatizace. K vývoji osového přítlaku simulátoru výrazně přispěla firma Hycom z Rakovníka. V současné době technické otázky spojené s hydraulikou tým ČVUT konzultuje s pražskou firmou Glentor. „Na návrhu mechanických součástí simulátoru jsme spolupracovali s firmou Duo z Opočna. Rozvaděčovou skříň nám navrhla a poskládala firma Mikronex,“ doplnil Ing. Jakub Kronek. Pochmurná statistika Statistické údaje, které zveřejnilo sousední Německo, uvádějí, že v letech 1996 až 2004 tam výdaje spjaté s protetickými operacemi vzrostly ze 450 milionů eur na 1,1 miliardy eur a němečtí ortopedi ročně provedou zhruba 170 000 implantací endoprotéz. Ze statistik rovněž vyplývá, že doba, po kterou tyto implantáty vydrží být plně funkční, není dostačující a že ročně se uskuteční okolo 9600 opravných operací. Tým českých odborníků z ČVUT se tedy ve světle těchto čísel o budoucnost svého simulátoru rozhodně nemusí obávat. Petr Jechort