Model matematyczny dopasuje implant do kości

Tkanka kostna potrafi wielokrotnie w ciągu ludzkiego życia zmieniać swoją strukturę, adaptując się do różnych obciążeń, jakim poddawane jest nasze ciało. Wszczepienie implantu może zaburzyć ten naturalny proces. Uczeni z AGH rozwijają model numeryczny, który pozwala symulować zachowanie się tkanki kostnej pod wpływem obciążeń. W przyszłości może on pomóc np. w projektowaniu endoprotez stawu biodrowego dopasowanych do indywidualnych potrzeb pacjenta - informuje uczelnia.

- Tkankę kostną tworzą istoty zbita i gąbczasta. Pierwsza buduje przede wszystkim zewnętrzną warstwę i trzon kości długich, druga zlokalizowana jest głównie u ich nasady i charakteryzuje się strukturą beleczkową. Julius Wolff, niemiecki chirurg urodzony w Märkisch Friedland (obecnie pol. Mirosławiec), w opublikowanej w 1892 r. monografii „Das Gesetz der Transformation der Knochen” spopularyzował koncepcję, że ułożenie beleczek (łac. trabelculae) odpowiada kierunkowi głównych naprężeń, jakim poddawana jest kość. Ponadto zauważył, że „wszystkie zmiany formy i funkcji kości pociągają za sobą określone zmiany jej wewnętrznej struktury i dopasowanie zewnętrznego kształtu zgodnie z prawami matematycznymi”. Stwierdzenie to zyskało miano „Prawa Wolffa”, a jego twórcę uznaje się za jednego z twórców ortopedii jako odrębnej dziedziny medycyny - informuje AGH.

W informacji prasowej czytamy, że prof. Wroński w ramach kierowanego przez siebie projektu, obok innych działających na świecie zespołów, rozwija numeryczny model przebudowy tkanki kostnej pod wpływem działających obciążeń. Uczony skupia się w swojej pracy na kości udowej, która jest najdłuższą kością w naszym organizmie i umożliwia mu utrzymywanie i poruszanie się w pionowej pozycji. Jej głowa uczestniczy w tworzeniu stawu biodrowego, gdzie wytrzymuje obciążenia generowane przez masę ciała przenoszone z miednicy. Na zewnątrz tworzy ją istota zbita, wewnątrz zaś istota gąbczasta o strukturze beleczkowej.

- Model rozwijany przez prof. Wrońskiego, aby jak najdokładniej odwzorować obciążenia, jakim poddawana jest kość udowa, uwzględnia nie tylko pozostałe kości tworzące kończynę dolną, ale również najważniejsze mięśnie. Tak przygotowany model całej kończyny wraz z układem mięśniowym umożliwia symulacje obciążeń dynamicznych związanych z różnorodnym ułożeniem kończyny, np. podczas cyklu chodu. Co więcej – jak deklaruje uczony – model opracowany na AGH posiada co najmniej dwie przewagi nad konkurencyjnymi koncepcjami - informuje AGH.

Po pierwsze, w pełni oddaje anizotropowe właściwości tkanki kostnej.