Studi unik menggabungkan dinamika fluida dan lebih banyak lagi untuk mengevaluasi, meningkatkan implan masa depan – ScienceDaily

Studi unik menggabungkan dinamika fluida dan lebih banyak lagi untuk mengevaluasi, meningkatkan implan masa depan – ScienceDaily


Insinyur Universitas Rice berharap dapat membuat hidup lebih baik bagi mereka yang memiliki sendi pengganti dengan mencontohkan bagaimana pinggul buatan cenderung menggosoknya dengan cara yang salah.

Studi komputasi oleh Brown School of Engineering lab of mechanical engineer Fred Higgs mensimulasikan dan melacak bagaimana pinggul berevolusi, secara unik menggabungkan dinamika fluida dan kekasaran permukaan sendi serta faktor-faktor yang biasanya digunakan dokter untuk memprediksi seberapa baik implan akan bertahan di atas harapan mereka. Seumur hidup 15 tahun.

Tujuan langsung tim ini adalah memajukan desain prostesis yang lebih kuat.

Pada akhirnya, mereka mengatakan model tersebut dapat membantu dokter mempersonalisasi sendi pinggul untuk pasien tergantung pada jenis kelamin, berat badan, usia dan variasi gaya berjalan.

Higgs dan rekan penulis utama Nia Christian, seorang mahasiswa pascasarjana Rice, dan Gagan Srivastava, seorang dosen teknik mesin di Rice dan sekarang menjadi ilmuwan riset di Dow Chemical, melaporkan hasil mereka di Biotribologi.

Para peneliti melihat kebutuhan untuk melihat melampaui batasan studi mekanis sebelumnya dan praktik klinis standar yang menggunakan jalan kaki sederhana sebagai dasar untuk mengevaluasi pinggul buatan tanpa memasukkan aktivitas berdampak tinggi.

“Ketika kami berbicara dengan ahli bedah, mereka memberi tahu kami banyak keputusan mereka didasarkan pada kekayaan pengalaman mereka,” kata Christian. “Tetapi beberapa orang telah menyatakan keinginannya untuk alat diagnostik yang lebih baik untuk memprediksi berapa lama implan akan bertahan.

“Lima belas tahun kedengarannya lama, tetapi jika Anda perlu memasang pinggul buatan pada seseorang yang masih muda dan aktif, Anda ingin itu bertahan lebih lama sehingga mereka tidak menjalani banyak operasi,” katanya.

Higgs ‘Particle Flow and Tribology Lab diundang oleh ahli mekanik dan bioteknologi Rice, BJ Fregly, untuk berkolaborasi dalam karyanya untuk memodelkan gerakan manusia guna meningkatkan kehidupan pasien dengan gangguan neurologis dan ortopedi.

“Dia ingin tahu apakah kita bisa memprediksi berapa lama kandidat sendi pinggul terbaik mereka akan bertahan,” kata Higgs, Profesor Teknik Mesin dari John dan Ann Doerr dari Rice dan profesor gabungan bidang Bioteknologi, yang penggantian lutut ayahnya sendiri sebagian menginspirasi penelitian tersebut. “Jadi model kami menggunakan gerakan berjalan pasien sungguhan.”

Simulator fisik perlu menjalankan jutaan siklus untuk memprediksi keausan dan titik kegagalan, dan dapat membutuhkan waktu berbulan-bulan untuk mendapatkan hasil. Model Higgs berusaha untuk mempercepat dan menyederhanakan proses dengan menganalisis data penangkapan gerakan nyata seperti yang dihasilkan oleh lab Fregly bersama dengan data dari implan pinggul “berinstrumen” yang dipelajari oleh Georg Bergmann di Free University of Berlin.

Studi baru ini menggabungkan empat mode fisika yang berbeda – mekanik kontak, dinamika fluida, keausan dan dinamika partikel – yang berperan dalam gerakan pinggul. Tidak ada penelitian sebelumnya yang mempertimbangkan keempatnya secara bersamaan, menurut para peneliti.

Satu masalah yang tidak dipertimbangkan orang lain adalah perubahan riasan pelumas di antara tulang. Sendi alami mengandung cairan sinovial, cairan ekstraseluler dengan konsistensi mirip dengan putih telur dan disekresikan oleh membran sinovial, jaringan ikat yang melapisi sendi. Ketika pinggul diganti, membran dipertahankan dan terus mengeluarkan cairan.

“Pada persendian alami yang sehat, cairan menghasilkan tekanan yang cukup sehingga Anda tidak bersentuhan, jadi kita semua berjalan tanpa rasa sakit,” kata Higgs. “Tapi sendi panggul artifisial umumnya mengalami kontak parsial, yang semakin lama semakin aus dan memburuknya sendi Anda yang ditanamkan. Kami menyebutnya pelumasan campuran gosok.”

Penggosokan tersebut dapat menyebabkan peningkatan produksi puing-puing keausan, terutama dari bahan plastik – polietilen dengan berat molekul sangat tinggi – yang biasa digunakan sebagai soket (mangkuk asetabular) pada sambungan buatan. Partikel-partikel ini, yang diperkirakan berukuran hingga 5 mikron, bercampur dengan cairan sinovial terkadang dapat lepas dari sendi.

“Akhirnya, mereka bisa melonggarkan implan atau menyebabkan jaringan di sekitarnya rusak,” kata Christian. “Dan mereka sering terbawa ke bagian tubuh yang lain, di mana mereka dapat menyebabkan osteolisis. Ada banyak perdebatan tentang di mana mereka berakhir tetapi Anda ingin menghindari mereka mengiritasi bagian tubuh Anda yang lain.”

Dia mencatat penggunaan soket logam daripada plastik adalah topik yang menarik. “Ada dorongan kuat ke arah metal-on-metal hips karena metal tahan lama,” kata Christian. “Tetapi beberapa di antaranya menyebabkan serutan logam putus. Karena menumpuk seiring waktu, tampaknya jauh lebih merusak daripada partikel polietilen.”

Inspirasi lebih lanjut untuk studi baru datang dari dua karya sebelumnya oleh Higgs dan rekannya yang tidak ada hubungannya dengan bioteknologi. Yang pertama melihat pemolesan mekanis kimiawi wafer semikonduktor yang digunakan dalam manufaktur sirkuit terintegrasi. Yang kedua mendorong pemodelan prediktif mereka dari skala mikro ke antarmuka skala wafer penuh.

Para peneliti mencatat iterasi model di masa depan akan memasukkan lebih banyak bahan baru yang digunakan dalam penggantian sendi.

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Lagu Togel

Author Image
adminProzen