„Technologie biomedyczne – mechatronika i materiały” Jan Walkowicz

Instytut Mechatroniki,Nanotechnologii i Technik Próżniowych

Politechnika Koszalińska

„Technologie biomedyczne – mechatronika i materiały”

Jan Walkowicz

Instytut Mechatroniki, Nanotechnologiii Techniki Próżniowej


Wykład inauguracyjny, 1 października 2009 r.

Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii i Techniki Próżniowej


Zakres wykładu

2. Technologie biomedyczne - mechatronika - urządzenia rehabilitacyjne,- bioprotezy,- roboty medyczne.

3. Technologie biomedyczne - materiały- biomateriały, biozgodność, bioaktywność,- materiały na wszczepy i implanty,- obróbka powierzchniowa wszczepów i implantów.

1. Wprowadzenie- inżynieria biomedyczna – technologie biomedyczne,- kierunki rozwoju technologii biomedycznych.

4. Technologie biomedyczne w Politechnice Koszalińskiej- zakres prowadzonych prac badawczych,- zakres kształcenia – doświadczenia, plany.



Inżynieria biomedyczna – technologie biomedyczne

mechatronika

materiały

Steven Hawking

Oscar Pictorius

Jesse Sullivan

Jan Mela

INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA




INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA – interdyscyplinarna dziedzina wiedzy łącząca nauki fizyczne, chemiczne, matematyczne oraz informatyczne z podejściem inżynierskim w badaniach zjawisk z zakresu biologii i medycyny w celu zapobiegania, diagnozo-wania i leczenia chorób oraz rehabilitacji pacjentów.(Narodowy Instytut Zdrowia, USA, robocza definicja inżynierii biomedycznej, 24 lipca, 1997)


Technologiebiomedyczne

Biofizyka

Biotechnologie

Biochemia(Dawn MacIsaac, Biomedical Engineering

at The University of New Brunswick)




Instrumentarium

biomedyczne

Sprzęt rehabilitacyj

ny

Obrazowanie

medyczne

Elektronika i

informatyka medyczna

Biomechanika

Biotechnologie

Inżynieria kliniczna

Biomateriały

Ergonomika





Modelowanie systemów biologicznych;Rozpoznawanie obrazów biologicznych;Diagnostyka kliniczna (sygnały bioelektryczne, biomagnetyczne, biochemiczne, akustyczne, optyczne);Robotyka, biomechanika ruchu, przepływu i ciśnień;Implanty, sztuczne narządy, selektywne membrany;Telemedycyna, diagnostyka w domu pacjenta (monitorowanie i leczenie na odległość);Operacje na odległość (zdalnie sterowane roboty, metody małoinwazyjne, mikrokamery).

Kierunki rozwoju technologii biomedycznych

(Ryszard Tadeusiewicz, Wykład inauguracyny, IB-AGH, 04-10-2006)




Modelowanie systemów biologicznych;Rozpoznawanie obrazów biologicznych;Diagnostyka kliniczna (sygnały bioelektryczne, biomagnetyczne, biochemiczne, akustyczne, optyczne);Robotyka, biomechanika ruchu, przepływu i ciśnień;Implanty, sztuczne narządy, selektywne membrany;Telemedycyna, diagnostyka w domu pacjenta (monitorowanie i leczenie na odległość);Operacje na odległość (zdalnie sterowane roboty, metody małoinwazyjne, mikrokamery).

Kierunki rozwoju technologii biomedycznych


(Marcus Pandy, Biomedical Engineering,The University of Melbourne)

http://www.aaanet.org/press/an/0304ke-news.htm



Technologie biomedyczne - mechatronika

TELEMEDYCYNA

Mechatronika Materiały




zdalna kontrola rehabilitacji ruchowej (precyzyjny pomiar zakresu i szybkości ruchów, zadawanie wymaganych obciążeń za pomocą automa-tycznie regulowanych siłowników).

REHABILITACJA




Schemat bioprotezy sterowanej sygnałami

EMG(Ryszard Tadeusiewicz

„Inżynieria biomedyczna”. Wyd. AGH, Kraków 2008.)


- Miopotencjały (EMG)

- Impulsy nerwowe- Fale mózgowe (EEG)

PROTETYKA

(http://www.niepelnosprawni.pl/ledge/x/11716?print_doc_id=11041)

(http://www.aimbe.org/assets/738_aimbepresentationforinnov.ppt)



Proteza dłoni umożliwiająca zginanie, zaciskanie i obracanie(Dr Kathryn DeLaurentis, Univ. South Florida)


Bioniczna proteza ręki „i-LIMB” (firma Touch Bionics, Szkocja )

(http://www.niepelnosprawni.pl/ledge/x/38425?doc)



przeszczepione zakończenianerwów

ruchomy staw barkowy

połączenie umożliwiająceobrót przedramienia64-bitowy procesor

dłoń z ruchomym nadgarstkiem

Technologie biomedyczne - mechatronikaDr Todd Kuiken(Rehabilitation Institute of Chicago)

(http://www.popularmechanics.com/science/health_medicine/4218218.html)(http://www.danshope.com/news/showarticle.php?article_id=16)




Dr Miguel Nicolelis(Duke University)

Idoya




(http://sandrablakeslee.com/articles/monkey_jan08.php)



BSI-TOYOTA Collaboration Center,

Japonia


CYBERDYNE, Inc., Japonia

Argo Medical Technologies,

Izrael




Prof. Kevin Warwick(University of Reading)

(http://www.digitalconversations.org.nz/vc/cyborg/)




operacje miniinwazyjneoperacje na odległość

ROBOTY MEDYCZNE

(http://www.intuitivesurgical.com/index.aspx)




manipulator (telemanipulator) kopiujący,co najmniej dwa ramiona narzędziowe i jedno trzymające kamerę,układ zadawania ruchu z układem sterującym (punkt stały – miejsce przecięcia powłok pacjenta).(http://www.roboticrevolutions.com/wp-content/uploads/2007/06/robosurgery.jpg)




(http://www.intuitivesurgical.com/index.aspx) (http://www.flickr.com/photos/dawel/3421352215/)



Technologie biomedyczne - materiały

BIOMATERIAŁYBiomateriał to każda substancja, inna niż lek, albo

kombinacja substancji syntetycznych lub naturalnych, która może być użyta w dowolnym okresie, a której zadaniem jest uzupełnienie lub zastąpienie tkanek narządu albo jego części lub spełnienie ich funkcji.

Prof. Ryszard Tadeusiewicz „ Inżynieria biomedyczna. Księga współczesnej wiedzy tajemnej w wersji przystępnej i przyjemnej”. Wyd. AGH, Kraków 2008.

Implanty (wszczepy) to wszelkie przyrządy medyczne wykonane z jednego lub więcej biomateriałów, które mogą być umieszczone wewnątrz organizmu, jak również umieszczone częściowo lub całkowicie pod powierzchnią nabłonka, i które mogą pozostać przez dłuższy okres w organizmie.

Prof. Jan Marciniak „Biomateriały”, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002.




BIOMATERIAŁY(Ryszard Tadeusiewicz „Inżynieria biomedyczna”. Wyd. AGH, Kraków 2008.)




BIOZGODNOŚĆ(Ryszard Tadeusiewicz „Inżynieria biomedyczna”. Wyd. AGH, Kraków 2008.)




BIOAKTYWNOŚĆ

(http://www.bio.miami.edu/ktosney/images/ResHomSEMgc.jpg)

(Ryszard Tadeusiewicz „Inżynieria biomedyczna”.

Wyd. AGH, Kraków 2008.)




Powłoka HA

2μm

Stal medyczna

Stop tytanu

Powłoka DLC

3nm

Obszar amorficzny

Obszar nanokrystaliczny

(http://www.mikromed.pl/

profil_firmy.htm)

(http://evertsmith.com/)

(J. Grabarczyk et al., JAMME, 20 (2007) 107)

(http://www.dioimplant.net/)

(W.J. Ma et al. , Biomaterials 28 (2007) 1620–1628)

(A.A. Campbell, Materials Today, November 2003, p. 25)



Powłoka DLC

3nm

Obszar amorficzny

Obszar nanokrystaliczny

(W.J. Ma et al. , Biomaterials 28 (2007) 1620–1628)


Próżniowo-plazmowetechnologie PVD i CVD

PACVD – wyładowaniejarzeniowe częstości radiowej

PAPVD – rozpylaniemagnetronowe

PAPVD – odparowanie łukiem próżniowym

(http://www.sulzer.com/en/Portaldata/7/Resources/03_NewsMedia/ImageDatabase/SIT_0014.jpg)




Implanty tymczasowe - biozgodność

(ITeE/PŁ/PŚl /Mikromed, Projekt Celowy Nr 7 T08c 043 99c/4487)(http://www.ehow.com/how_2051132_recover-broken-ankle-plates-

screws.html)




Endoprotezy - osteointegracja

Miednica

Sztuczny staw

biodrowy

Kość udowa

(http://arthritis.bonesandjointssimplified.com/images/HealthContent/english/LP2_10.jpg)



Panewka zewnętrzna

Wkładka polietylenowa

Szyjka

Główka protezy stawu biodrowego

Trzpień


Powłoki stymulująceosteointegrację

HA: Ca5(PO4)3(OH)

(http://www.zimmer.co.nz/z/ctl/op/global/action/1/id/1461/template/PC/navid/1158)



(http://www.osseotech.com/?tid=5)

Komora próżniowaTarget HA

Źródło wysokoenergetycznej wiązki jonów

Strumień rozpylonego HA

Wiązka jonów

Implant


Wzrost powłokiPodpowłokaorganiczna

Roztwór Ca2+

(PO4)3-

Podłoże

http://www.zimmer.co.uk/z/ctl/op/global/action/1/id/9226/template/MP(http://globals.federallabs.org/images/1206-07.jpg)




(http://www.pbs.org/wnet/innovation/flash/ep2_flash.html)




Powłoka (Ti,Zr)O2

Powłoka (Ti,Nb)O1-xNx

Powłoka Ta2O5

Implanty stomatologiczne - osteointegracja

o.m.t GmbH Oberflächen- und Materialtechnologie, Lübeck

(http://www.drlinhart.com/cosmetic-pro.html)



Mechatronika – zakres prac badawczych

Programowalne systemy mechatroniczne do rehabilitacji ruchowej osób ze schorzeniami neurologicznymi lub ortopedycznymiKonstrukcja, systemy sterowania, oprogramowanie.

Technologie biomedyczne w Politechnice Koszalińskiej



Materiały – zakres prac badawczych

Wytwarzanie warstw powierzchniowych podwyższających właściwości użytkowe instrumentarium medycznego

Próżniowo-plazmowe technologie obróbkipowierzchniowej instrumentarium medycznego




studia magisterskie w specjalności „ Aparatura medyczna” na kierunku elektronika i telekomunikacja w Katedrze Systemów Cyfrowego Przetwarzania Sygnałów Wydziału Elektroniki i Informatyki (w latach 1994 - 2007r.),


specjalność „Aparatura Medyczna i Urządzenia Rehabilitacyjne” na kierunku mechatronika w Instytucie Mechatroniki, Nanotechnologii i Techniki Próżniowej (od 2008r.),studia międzykierunkowe o specjalności „Technologie biomedyczne – mechatronika i materiały” w Instytucie Mechatroniki, Nanotechnologii i Techniki Próżniowej (od 2009r.),kierunek studiów „Inżynieria biomedyczna” w Instytucie Mechatroniki, Nanotechnologii i Techniki Próżniowej (od 2010r.).

Zakres kształcenia – doświadczenia, plany



Dziękuję za uwagę!

Documents

„Technologie biomedyczne – mechatronika i materiały” Jan Walkowicz