Innowacyjna proteza kończyny dla zwierząt uzyskała patent RP
Innowacyjna proteza kończyny dla zwierząt uzyskała patent nr 239076 na wynalazek. Twórcami wynalazku są pracownicy Instytut Inżynierii Biomedycznej Wydziału Mechanicznego Politechniki Białostockiej: dr inż. Piotr Prochor oraz dr inż. Piotr Borkowski wraz z Kamilą Dominiką Borowską, Barbarą Fiedoruk oraz Moniką Izabelą Grykin.
Wynalazek pracowników i studentek uzyskał patent dla protezy kończyny dla zwierząt 3 listopada 2021 roku. Sam patent trwa od dnia 11 lipca 2019 roku.
Z artykułu dowiesz się:
- jak doszło do stworzenia innowacyjnej protezy kończyny dla zwierząt
- na co zwracali uwagę projektanci wynalazku
- jakimi narzędziami posłużyli się przy technicznym opracowaniu dokumentacji
- jakie przewagi wynalazku spowodowały ochronę Urzędu Patentowego RP
- co dzięki zastosowaniu innowacyjnej protezy zyskają chore i cierpiące zwierzęta
– Pomysł opracowania protezy kończyny dla zwierząt wziął się z dwóch źródeł – wyjaśnia dr inż. Piotr Prochor z Instytutu Inżynierii Biomedycznej Wydziału Mechanicznego, współtwórca wynalazku. – Pierwsze źródło to artykuły przedstawiające badania kliniczne problemów związanych z amputacjami u zwierząt, drugie – informacje od lekarzy weterynarii. Zwierzęta, w szczególności aktywne, jak psy czy koty podlegają często dużym uszkodzeniem mechanicznym w wyniku wypadków komunikacyjnych, czy też innych jakichś uderzeń, które mogą powodować konieczność przeprowadzenia operacji amputacji. Ta konieczność może również wynikać z powodu zmian nowotworowych, które często występują w obszarze układu kostnego zwierzęcia.
– Problem amputacji łapy u psa jest tak naprawdę problemu które zdarza się znacznie częściej niż nam się może wydawać – twierdzi mgr inż. Monika Grykin, współtwórczyni wynalazku. – Psy bardzo często narażone są na wypadki, choćby w związku z funkcjonowaniem komunikacji miejskiej, nie zawsze to musi być jakaś choroba.
– Proteza, którą stworzyliśmy jest przeznaczona w szczególności dla naszych domowych pupili czyli dla psów i kotów – dodaje mgr inż. Kamila Borowska, także współautorka patentu.
Domowe zwierzęta choć mniejsze od hodowlanych, są dużo bardziej ruchliwe. A młodzi wynalazcy mieli je właśnie na uwadze.
– Proteza dla psa jest nieco większym wyzwaniem niż dla zwierzęcia o większych gabarytach właśnie ze względu na ich rozmiary i dostosowanie odpowiednich komponentów czy złożoności całej konstrukcji – wyjaśnia mgr inż. Monika Grykin.– Głównie chodzi o dostosowanie masy i gabarytów takiego urządzenia do konkretnego zwierzęcia i o to, że mamy do czynienia z takim zwierzęciem, u którego ruchliwość jest czymś naturalnym. Ciężko jest zakazać mu ruszać się zaraz po operacji.
Młodzi inżynierowie biomedyczni doskonale znają procesy, jakie zachodzą w ciele zarówno człowieka, jak i zwierzęcia w procesie rekonwalescencji po amputacji.
– Dużym wyzwaniem dla nas było w szczególności stworzenie rozwiązania, w którym proteza ta mogłaby być połączona w sposób bezpośredni z kością za pomocą implantu, ale jednocześnie od razu po operacji nie przenosiła ona w pełni obciążeń, a dopiero po określonym czasie rekonwalescencji – wyjaśnia mgr inż. Kamila Borowska. – Udało nam się tego dokonać poprzez zaprojektowanie specjalnej obudowy, która jest zakładana tymczasowo, a po okresie rekonwalescencji jest zdejmowana.
Sama proteza to mechanizm, nad którym można mieć kontrolę, ułatwiając zwierzęciu prawidłową rekonwalescencję.
– Nasza proteza głównie składa się z implantu dokostnego, który następnie przechodzi w system regulacji wysokości, jak też system dostosowania odpowiedniej masy protezy, system amortyzacji poprzez system zamocowania odpowiedniej sprężyny oraz zastosowania odpowiedniego systemu, którym można regulować sposób amortyzacji i łagodzenia tłumienia – objaśnia konstrukcję wynalazku Grykin. – W naszej protezie wyszczególniony jest cały system regulacji wysokości na zasadzie płynnej regulacji poprzez obrót dwóch komponentów. Jednym z głównych komponentów jest stopka, która wykonana jest z gumy. Pozwala na wykonywanie zwierzęciu tak naprawdę wszystkich ruchów, które jest w stanie wykonać. Umożliwia poprawne stawianie łapy, a dodatkowo jest antypoślizgowa i zapewnia amortyzację.
Wynalazek jest efektem wykorzystania przez młodych wynalazców programu studiów i narzędzi dostępnych na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej.
– Sam pomysł na temat wziął się z zajęć projektowania sprzętu medycznego – wspomina Borkowska. – Całym zespołem odpowiadaliśmy zarówno za pomysł, jak i obliczenia mechaniczne, a także wykonywanie dokumentacji technicznej. Cały proces projektowania wszystkich elementów tej protezy, złożenia, czy wykonywania dokumentacji technicznej bądź rysunków wykonawczych był wykonywany w programie SolidWorks. Pozwala on na modelowanie elementów w trójwymiarze i następnie można je ze sobą połączyć aby stworzyć złożenie. Umożliwia wizualizację takiego modelu, żeby zobaczyć jak mniej więcej będzie wyglądał. Można też wykonać rysunki wykonawcze, zwymiarować wszystkie elementy i rysunki te później przekazać między innymi do druku 3D.
W tym wynalazku efekt pracy inżynierskiej bezpośrednio łączy się z funkcjonowaniem żywego organizmu.
– Implant dokostny jakby służy do bezpośredniego zakotwiczenia implantów w kość zwierzęcia – wyjaśnia Grykin. – Dodatkowo posiada porowaty kołnierz, który umożliwia przyrost tkanki kostnej do implantu, przez co zachodzi odpowiednia osteointegracja. W naszej protezie zastosowana jest dodatkowa obudowa, która ma na celu poprawienie prawidłowej osteointegracji, zwłaszcza w pierwotnym przenoszeniu obciążeń zaraz po przeprowadzonej operacji. Obudowa ta pozwala na przenoszenie tych pierwotnych częściowych obciążeń i odciąża implant dokostny. Dzięki temu, tkanka kostna ma czas, żeby spokojnie i naturalnie przyrosła implant dokostny, podczas kiedy obudowa przenosi największe obciążenia. Wynalazek pozwala psu zaraz po operacji stanąć na łapę i prawidłowo funkcjonować. Po ukończonej osteointegracji, kiedy tkanka kostna w odpowiedni sposób przerośnie, dodatkowa obudowa jest po prostu zdejmowana i pozostaje proteza umieszczona wyłącznie na implancie dokostnym, który zostaje już w kości ze zwierzęciem i staje się jego przyjacielem.
W skład twórców projektu protezy wchodziły trzy studentki: Kamila Dominika Borowska, Monika Izabela Grykin i Barbara Fiedoruk oraz dwóch nauczycieli akademickich: dr inż. Piotr Prochor oraz dr inż. Piotr Borkowski.
– Pomysł protezy dla psa pojawił się na zajęciach u doktora Prochora, gdzie musiałyśmy stworzyć projekt jakiegoś urządzenia, jakiś konstrukcji biomedycznej i zdecydowałyśmy się względu może też na miłość, jaką darzymy zwierzęta i to , że one też zasługują na godne traktowanie i komfort życia – mówi mgr inż. Monika Grykin. – W rozwiązaniach, które obecnie są stosowane, protezy umożliwiają tylko funkcjonowanie zwierzęciu – aby coś w tej łapie było, żeby pies po prostu potrafił stanąć czy przejść jakiś odcinek. Nam zależało na tym, żeby ta proteza była bardziej uniwersalna, żeby była dostosowana do rozmiarów różnych psów, a nie tak jak jest do tej pory, kiedy jedna proteza jest projektowana dla konkretnego psa.
Chodzi głównie o gabaryty, obciążenia, czy też nawet o wysokość protezy.
– Skupiliśmy się na płynnej regulacji wysokości, nawet z tego względu, że kiedy pies jest młody i straci łapę, to wraz z dorastaniem psa, który szybko rośnie, trzeba by było tę protezę bardzo często wymieniać – tłumaczy Grykin. – Nasze rozwiązanie, poprzez wspólną regulację wysokości, pozwala na dostosowanie protezy do parametrów zoometrycznych zwierzęcia. Wraz z dorastaniem psa proteza też może wzrastać adekwatnie do jego rozmiarów.
Ważne było, żeby stworzyć taką protezę, by była zachowana poprawna osteointegracja, co do tej pory było trudne.
– Jeżeli był wbudowywany sam implant dokostny, to tak naprawdę pies czuł ogromny ból – twierdzi Grykin. – Kiedy pies chce stanąć się na łapy, chce się ruszyć – nie może, to go boli a zarazem ruszając się powoduje, że zasklepianie kości jest po prostu nieprawidłowe. Często pies dostawał bardzo dużo środków usypiających, przeciwbólowych, by po prostu nie był w stanie wykonywać ruchów.
Żeby zachowana była prawidłowa osteointegracja, ruch powinien być w jakimś stopniu wykonywany, aby kość prawidłowo przerastała implant.
– Z tego względu zaproponowałyśmy dodatkową obudowę, która w pierwszej części rekonwalescencji przejmuje największe obciążenia pozwalając psu na poruszanie się zaraz po operacji – tłumaczy innowację Grykin.
– Razem z zespołem uznaliśmy, że chcielibyśmy spróbować złożyć zgłoszenie patentowe – wspomina mgr inż. Kamila Borowska. – Mieliśmy nadzieję, że uzyskamy patent ponieważ wiedzieliśmy, że nasza proteza znacznie różni się od innych obecnie stosowanych rozwiązań. Kiedy dowiedziałyśmy się, że udało nam się zdobyć patent, byliśmy bardzo zaskoczeni i oczywiście bardzo zadowoleni, bo jest to dla nas duże osiągnięcie.
Politechnika Białostocka ma Ośrodek Własności Intelektualnej, który współpracuje z Urzędem Patentowym Rzeczypospolitej Polskiej i Europejskim Urzędem Patentowym EPO
– Każdą konstrukcję, która wykazuje się pewnego rodzaju innowacją, warto próbować opatentować – podpowiada dr inż. Piotr Prochor. – Politechnika Białostocka daje taką możliwość pracownikom, absolwentom. Dla naszych studentów jest to wartościowe nie tylko jako przeżycie, ale też to dokument, który może pozwolić na uzyskanie później wymarzonej pracy!
Czy jest szansa na komercjalizację tak wyjątkowego patentu?
– Wszelkiego rodzaju badania funkcjonalności wskazują, że nasza proteza może stanowić urządzenie, które będzie bardziej funkcjonalne od obecnie stosowanych – prognozuje dr Prochor. – Obecnie stosowane protezy, są to protezy głównie sztywne, które zawierają pewnego rodzaju elementy elastyczne pozwalające na uzyskanie jak największej funkcjonalności. Jednakże ze względu na rozwiązania, które my zastosowaliśmy do własnej koncepcji, mogą one zapewnić większą funkcjonalność niż obecnie stosowane rozwiązania. Być może po wprowadzeniu pewnych poprawek przez lekarzy weterynarii i przez samych technologów od producenta, który ewentualnie zdołałby wdrożyć opracowany przez nas wynalazek, bylibyśmy w stanie wytworzyć pewnego rodzaju rozwiązania konstrukcyjne, które byłyby dość pionierskie na rynku polskim, a być może kiedyś i zagranicznym.
Jerzy Doroszkiewicz
- adiunkt w Instytucie Inżynierii Biomedycznej Wydziału Mechanicznego Politechniki Białostockiej
- autor szeregu publikacji o zasięgu międzynarodowym (sumaryczny Impact Factor = 19,261, wskaźnik Hirscha = 5)
- współtwórca 6 patentów na wynalazki z zakresu inżynierii biomedycznej
- kierownik sukcesywnie zakończonego grantu naukowego Narodowego Centrum Nauki
- główny wykonawca grantu w ramach programu „Rzeczy są dla ludzi” Narodowego Centrum Badań i Rozwoju
- członek Polskiego Towarzystwa Biomechaniki
- opiekun Studenckiego Koła Naukowego ORTHOS, działającego na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej
