Rama do korekcji tułowia wspomagająca projektowanie gorsetów ortopedycznych. Politechnika Białostocka ma patent

Rama do korekcji tułowia wspomagająca projektowanie gorsetów ortopedycznych opatentowana przez Politechnikę Białostocką znacznie przyspiesza wykonanie gorsetu dla młodych ludzi zmagających się ze skoliozą idiopatyczną. Autorem wynalazku jest dr hab. inż. Piotr Mrozek, prof. PB, kierownik Zakładu Biomechatroniki.

Młodzi pacjenci zmagający się ze skoliozą idiopatyczną zyskują dostęp do leczenia znacznie wygodniejszego i wywołującego bez porównania mniej stresu na pierwszym etapie procedury medycznej. Dzięki innowacyjnemu wynalazkowi dr. hab. inż. Piotra Mrozka, prof. PB z Politechniki Białostockiej, proces zdejmowania miary tułowia pod gorset ortopedyczny trwa zaledwie od dwóch do trzech minut i odbywa się całkowicie bezdotykowo przy użyciu cyfrowego skanera 3D. Co najważniejsze, chroniona patentem rama pozwala na precyzyjną korekcję i optymalne ustawienie tułowia nastolatka jeszcze przed pobraniem miary. Pozwala to opracować bardziej precyzyjny projekt ortezy i ograniczyć dotychczasowe projektowanie kształtu gorsetu „na wyczucie”.

Skolioza idiopatyczna i wyzwania okresu dojrzewania

Skolioza idiopatyczna to skomplikowane, trójwymiarowe zniekształcenie kręgosłupa w płaszczyznach czołowej, strzałkowej i poprzecznej, połączone z rotacją kręgów, którego dokładna przyczyna powstawania wciąż nie jest znana. Schorzenie to dotyka około dwóch do trzech procent dzieci w wieku od 10 do 15 lat, z czego co dziesiąty młody pacjent wymaga zachowawczego leczenia gorsetem ortopedycznym. Choroba rozwija się najintensywniej w okresie tak zwanego skoku wzrostowego, kiedy kręgosłup dojrzewającego człowieka potrafi wydłużyć się o kilka do kilkunastu centymetrów. W tym kluczowym czasie nastolatki leczone zachowawczo muszą nosić gorset przez większość doby przez około 2–3 lata, a z powodu szybkiego rośnięcia ciała konieczna bywa wymiana ortezy nawet dwukrotnie w ciągu dwunastu miesięcy.

Dotychczasowe metody stosowane przy tworzeniu gorsetów obarczone są jednak sporym ryzykiem niedokładności.

– W klasycznym podejściu miarę pobiera się w pozycji nieskorygowanej pacjenta, gdy stoi on w swobodnej postawie, a wszelkie poprawki wprowadza się w dalszej kolejności, w dużej mierze „na wyczucie” – wyjaśnia twórca wynalazku, dr hab. inż. Piotr Mrozek, prof. PB, kierownik Zakładu Biomechatroniki na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. – Stosowane dotąd sporadycznie urządzenia do korekcji tułowia, znane ze stanu techniki, wywierały nacisk głównie w płaszczyźnie czołowej oraz w kierunku poziomym, przez co nie zapewniały możliwości uzyskania takiego przestrzennego układu korekcji, jaki jest wymagany przy projektowaniu ortez zgodnie z zasadami metody Rigo-Chêneau. W metodzie tej konieczne jest niezwykle precyzyjne wyznaczenie miejsca i kąta przyłożenia sił korekcyjnych. Od tego zależy skuteczność terapeutyczna zaprojektowanej ortezy.

Opatentowane rozwiązanie Politechniki Białostockiej wprowadza w tej dziedzinie zupełnie nową jakość.

– Nasz wynalazek całkowicie zmienia ten proces – wyjaśnia prof. Mrozek. – Wykorzystujemy ramę korekcyjną do tego, aby odpowiednie korekcje tułowia wprowadzić na samym początku, a po zeskanowaniu mieć zupełnie inny, bardziej odpowiedni punkt wyjścia do zaprojektowania ostatecznej geometrii powłoki gorsetu.

Inżynieryjny kunszt i precyzyjna konstrukcja ramy

Konstrukcja wynalazku to przestrzenna rama wsporcza zbudowana z bardzo sztywnych, grubościennych rur stalowych połączonych specjalnymi złączkami. Rama tworzy stabilne rusztowanie dla pozostałych elementów zestawu. Zintegrowaną częścią ramy jest taboret medyczny o regulowanej wysokości oraz wyciąg Glissona, który może wspomóc przyjęcie prawidłowej postawy ciała w trakcie pomiaru. Stabilizację tułowia dodatkowo zwiększa fakt, że dziecko podczas procedury trzyma się oburącz pionowych rur ramy.

Sercem urządzenia są regulowane wsporniki korekcyjne montowane na ramie w liczbie ściśle odpowiadającej planowanym pelotom gorsetu. Każdy wspornik składa się ze stalowej podpory oraz ramienia teleskopowego, zamocowanych za pomocą dwóch przegubów umożliwiających szeroki zakres regulacji liniowej i kątowej. Każde ramię teleskopowe jest wyposażone w trzpień zakończony pelotą. Odpowiednie obracanie pokrętła ramienia teleskopowego pozwala wysuwać trzpień z pelotą z milimetrową dokładnością i płynnie regulować siłę oraz kierunek nacisku peloty na tułów pacjenta.

Komfort pacjenta i bezdotykowa cyfryzacja 3D

Cała procedura dopasowania odbywa się pod bezpośrednim nadzorem ortotyka i z aktywnym udziałem pacjenta. Ortotyk ustala położenie ramion teleskopowych tak, aby ich osie pokrywały się z planowanymi wektorami sił korygujących, po czym zablokowuje pozycję wsporników zaciskami śrubowymi. Następnie, kręcąc pokrętłami, delikatnie wysuwa peloty, kontrolując poziom nacisku w ścisłym porozumieniu z dzieckiem i dostosowując działające siły do jego subiektywnego odczucia komfortu.

Gdy tułów pacjenta osiągnie pożądaną, skorygowaną postawę ortotyk przystępuje do zbierania danych przestrzennych za pomocą ręcznego skanera optycznego.

– Pomiar ręcznym skanerem optycznym trwa zaledwie od dwóch do trzech minut – opowiada prof. Mrozek. – Przebiega bardzo szybko, komfortowo i zupełnie bezstresowo dla młodego pacjenta, a specjalistyczne oprogramowanie na bieżąco kompensuje wpływ jego delikatnych ruchów oddechowych na wynik pomiaru. Przemyślana konstrukcja wsporników sprawia, że nie przesłaniają one znacząco pola widzenia skanera.

Uzyskany tą drogą trójwymiarowy cyfrowy zapis tułowia stanowi bardzo dobry punkt wyjścia do opracowania docelowej geometrii wewnętrznej powierzchni gorsetu. W środowisku komputerowym są wprowadzane ostateczne poprawki i jest generowana ścieżka narzędzia dla frezarki CNC. Urządzenie to z wielką dokładnością obrabia pozytyw w twardej piance syntetycznej, który następnie służy w pracowni ortopedycznej do uformowania na nim sztywnej powłoki ortezy z płyty polietylenowej metodą podciśnieniowego kształtowania termoplastycznego.

Współpraca naukowa, wyniki badań i ochrona patentowa

Opracowanie zmodyfikowanej procedury projektowania gorsetów ortopedycznych jest efektem trójstronnego partnerstwa nauki, medycyny i branży zaopatrzenia ortopedycznego. W projekt zaangażowali się inżynierowie biomedyczni z Politechniki Białostockiej, lekarze specjaliści z Kliniki Ortopedii i Traumatologii Dziecięcej Uniwersyteckiego Dziecięcego Szpitala Klinicznego im. L. Zamenhofa w Białymstoku oraz doświadczeni praktycy z wiodącej w regionie Pracowni Zaopatrzenia Ortopedycznego „Skoliort”. Uwieńczeniem tej współpracy stał się eksperyment medyczny prowadzony na grupie kilkudziesięciu młodocianych pacjentów.

Wyniki badań klinicznych są bardzo obiecujące, co potwierdza kontrolna ocena stopnia korekcji kręgosłupa mierzonego tak zwanym kątem Cobba na zdjęciach rentgenowskich.

– Mamy już kilkudziesięciu pacjentów w ramach eksperymentu medycznego i jesteśmy bardzo zadowoleni z rezultatów. Gorsety są naprawdę dobrze dopasowane i potwierdzają, że zmiana metodyki była właściwym kierunkiem – podsumowuje prof. Piotr Mrozek.

Osiągnięcie białostockich badaczy zostało objęte ochroną patentową. Wynalazek pod oficjalną nazwą „Rama do korekcji tułowia wspomagająca projektowanie gorsetów ortopedycznych” uzyskał patent o numerze PL 250242 B1, przyznany Politechnice Białostockiej na podstawie zgłoszenia dr. hab. inż. Piotra Mrozka, prof. PB.

Warto też przypomnieć, że wspomniana rama uzyskała w 2025 roku status wyrobu medycznego klasy I.

Autor: Jerzy Doroszkiewicz