Zdravotnícke technológie

V téme, ktorú sme nazvali zdravotnícke technológie, nájdete témy zamerané na výskum v oblasti technológií a inovatívnych metód, ktoré v konečnom dôsledku pomáhajú pri uzdravovaní pacienta, a tak zlepšujú jeho kvalitu života.

Gabriel Stolárik

Katedra automobilových a výrobných technológií, Fakulta výrobných technológií so sídlom v Prešove, TUKE

Úprava povrchov pulzujúcim vodným prúdom 

Výskumné ciele práce

Výskum novej metódy modifikácie povrchov biomateriálov pre biomedicínske účely pomocou technológie ultrazvukom budeného pulzujúceho vodného prúdu, využívajúci tzv. „Hammer Effect“. Cieľom je využiť ultrazvukový generátor kvapiek ako enviromentálne a ekologicky prijateľný spôsob spracovania biokompatibilných materiálov za účelom zvýšenia ich biologickej výkonnosti. Výskum je konkrétne zameraný na vplyv parametrov technológie ako je prietok a frekvencia nárazov zhlukov vody na jednotkovú plochu povrchu zliatiny titánu a nehrdzavejúcej ocele, ktoré sú považované za biokompatibilné materiály a aktívne využívané pre výskum ortopedických implantátov. Takýmto spôsobom je možné vytvoriť hydrofilnú pórovitú textúru povrchu protetických pomôcok, maximalizovať mieru a rozsah stabilnej fixácie prostredníctvom zdravého rastu buniek pre zvýšenie životnosti primárnej fixácie bez ohľadu na fyzickú záťaž pacienta. 

Akým spôsobom prispievate ku kvalite života? 

Tvorba hydrofilnej a homogénnej zdrsnenej štruktúry môže zlepšiť primárnu fixácie implantátu u pacienta a zvýšenie biologickej aktivity vrastania buniek do povrchu implantátu. Týmto spôsobom a neustálym vylepšovaním povrchov bedrových implantátov je možné zvýšiť dobu prežívania implantátu pri aktívnom používaní ako je chôdza, beh, chôdza do kopca. Zvýšenie fixácie ďalej vysoko ovplyvňuje dobu aktívneho prežívania implantátu v organizme, kde súčasný trend je približne 15 rokov a následne je potrebná ďalšia revízna operácia. Preto výskum v tejto oblasti je neustále žiadaný hlavne pre zvýšenie fixácie a doby prežívania a obmedzenie revíznych operácii, čo spôsobuje skvalitnenie pohodlia života pacienta s aplikovaným implantátom. 

Zverejnené publikácie

Stolárik G, Nag A, Petrů J, Svobodová J, Hloch S. (2021) Ultrasonic Pulsating Water Jet Peening: Influence of Pressure and Pattern Strategy. Materials. 2021; 14(20):6019. https://doi.org/10.3390/ma14206019 

Nag, A., Stolárik, G., Svehla, B., Hloch, S. (2021). Effect of Water Flow Rate on Operating Frequency and Power During Acoustic Chamber Tuning. In: Hloch, S., Klichová, D., Pude, F., Krolczyk, G.M., Chattopadhyaya, S. (eds) Advances in Manufacturing Engineering and Materials II. ICMEM 2021. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-71956-2_13 

Stolárik, G., Nag, A., Petrů, J., Svobodová, J., & Hloch, S. (2021). Ultrasonic Pulsating Water Jet Peening: Influence of Pressure and Pattern Strategy. Materials (Basel, Switzerland), 14(20), 6019. https://doi.org/10.3390/ma14206019 

Wanda Mamrilla

Katedra Biomedicínskeho inžinierstva a merania, Strojnícka fakulta, TUKE

Vývoj a charakterizácia biodegradovateľných materiálov pre ortopedické implantáty 

Výskumné ciele práce 

Cieľom výskumu je príprava a charakterizácia zinkových zliatin  pozostávajúcich výlučne z prvkov, voči ktorým ma telo prirodzenú biokompatibilitu. Materiály sú navrhnuté priamo na náhradu ľudského tkaniva sa označujú ako biomateriály a ich využitie je smerované do oblasti medicínskych vied. S vývojom nových druhov materiálov pozostávajúcich výlučne z prvkov, ktoré sa v ľudskom tele vyskytujú (biodegradovateľných / bioresorbovateľných), odpadá problém reoperácie . Takýto materiál sa cielenou rýchlosťou v tele pacienta rozkladá, poskytuje mechanickú oporu len na obdobie hojenia, po ktorom sa kompletne vstrebe v tele pacienta. Materiály na báze Zn je možné použiť v rôznych biomedicínskych aplikáciách, ako sú zariadenia na uzatváranie rán (biologicky odbúrateľné sponky, chirurgické svorky, zátky, mikroklipsy), ortopedické fixačné zariadenia (fixačné dlahy, skrutky a porézne skafoldy), kardiovaskulárne stenty a kostné implantáty. Výskum sa venuje rôznym chemickým  kompozíciám, rôznym výrobným technikám a termomechanickým spôsobom spracovania zinkových zliatin. Ďalej sa výskum venuje aj analýze mikroštruktúry, mechanických vlastností, in vitro  degradácii a biokompatibilite  zinkových zliatin. Výskum sa snaží zamerať aj na aditívnu výrobu implantátov z týchto zliatin, za účelom výroby individuálnych ortopedických implantátov. 

Akým spôsobom prispievate ku kvalite života? 

Hlavnou výhodou tohto výskumu je, že skúmané kovové zliatiny sú biodegradovateľné a teda poskytujú podporu tkanivu na potrebný čas, po ktorom sa úplne rozpustia v tele pacienta, pričom produkty ich degradácie sú netoxické a plne resorbovateľné. Reoperácia pacienta, tak nie je nutná. To prispieva k lepšiemu psychickému aj fyzickému stavu pacienta a zároveň sa znižujú náklady na jeho starostlivosť. 

Zverejnené publikácie

Molcanova, Z.,  Ballokova, B., Mizenkova, W., Dzupon, M., Zalka, D., SAKSL K. (2022) The yttrium substitution impact on mechanical properties of biodegradable Mg66Zn30Ca4 alloy. Volume 60., pp. 397 – 402. http://www.kovmat.sav.sk/article.php?rr=60&cc=6&ss=397 

Miženková, W., Saksl K. (2022). Vývoj biodegradovateľných zinkových zliatin pre biomedicínske aplikácie. In: Metalurgia Junior 2022 : Zborník príspevkov. – Košice (Slovensko): Technická univerzita v Košiciach s. 106-112.  

Miženková, W., et al. (2022) Development and characterization of zinc alloys for orthopedic implants  In: Novus Scientia 2022. – Košice (Slovensko): Technická univerzita v Košiciach s. 145-151 [online]. 

Tomáš Breškovič

Katedra biomedicínskeho inžinierstva a merania, Strojnícka fakulta, TUKE

Návrh konštrukčného riešenia bioreaktora pre kultiváciu tkanív po aditívnej výrobe 

Výskumné ciele práce 

Návrh materiálového, funkčného a dizajnového riešenia bioreaktora, ktorý bude slúžiť ako kultivačný systém na transformáciu celulárneho alebo necelulárneho konštruktu (skafoldu) na plnohodnotný tkanivový produkt. 

Akým spôsobom prispievate ku kvalite života? 

Ak bude vyvíjaný systém kultivácie tkanív funkční,  tak v budúcnosti by sme mohli dokázať vytvárať personalizované, živé tkanivové náhrady, ktoré budú dokonalé kompatibilné s ľudským telom. To umožni liečiť mnohé choroby, ktoré sa dnes liečiť nedajú alebo sa na ich liečbu používajú klasické, kovové alebo keramické implantáty. 

Branko Štefanovič

Katedra biomedicínskeho inžinierstva, Strojnícka fakulta, TUKE

Inovatívne prístupy v ortézoterapii trupu

Výskumné ciele práce  

Z dôvodu zvyšujúceho sa počtu detských a mladistvých skoliotických pacientov je nutné zavádzať do praxe inovatívne metódy a moderné technológie, ktoré by mali priaznivý vplyv na efektivitu a výkon produkcie individuálnych trupových ortéz. Jednými z inovatívnych metód sú využívanie 3D skenerov ako náhrada sadrovania pre získavanie pozitívov, práca v CAD softvéroch na návrh a simuláciu pôsobenia trupových ortéz a ich produkcia pomocou aditívnej výroby. Cieľom tejto práce je obhájiť využitie inovatívnych postupov a moderných technológií v protetickej a ortotickej praxi. 

Akým spôsobom prispievate ku kvalite života? 

Využitie inovatívnych technológií a postupov v oblasti protetiky a ortotiky na území Slovenskej republiky je pomerne nová myšlienka. Zatiaľ čo vo vyspelejších krajinách sa už tieto metódy používajú v praxi bežne, na Slovensku je to zanedbávané, alebo ignorované. Zavádzanie týchto nových metód do protetickej praxe sa podľa vypracovanej štatistiky javí byť nevyhnutné. Počet detských pacientov so skoliózov chrbtice sa na Slovensku neustále zvyšuje a momentálny stav produkcie ortotických pomôcok v blízkej budúcnosti nemusí stačiť na zvýšený dopyt. Z výskumu ktorý bol doposiaľ vykonaný sa 3D skenovanie, CAD softvéry a aditívna výroba preukázali byť nie len vhodné, ale majú taktiež mnoho výhod oproti tradične zaužívaným postupom a môžu výrazne vylepšiť chod a efektivitu ortopedických techník, alebo kliník. Pomocou 3D skenerov je možné získať virtuálny pozitív segmentu tela pacienta s vysokou presnosťou, rýchlosťou a celý proces je čistý, bezkontaktný a pohodlný pre technika aj skenovaný subjekt. Pomocou týchto dát je možné vytvárať 3D modely ortotických pomôcok a simulovať ich pôsobenie na telo pacienta. Elimináciou sadrovania v protetike sa redukuje množstvo odpadu spojeného s týmto procesom a taktiež sa výrazne zníži spotreba pitnej vody. Práca v CAD softvéroch je jednoduchá, intuitívna a prináša mnoho benefitov ako je napríklad ukladanie 3D dát pacienta, s ktorými je možné neustále pracovať. Vďaka tomu lekár, alebo techník môže pracovať s 3D pozitívom a upravovať ortotickú pomôcku bez prítomnosti pacienta, tým je opätovná návšteva pacienta u vyšetrujúceho nepotrebná, čo je žiadúce aj z pohľadu ochorenia COVID19. Výroba týchto pomôcok aditívnymi technológiami je rýchlejšia a presnejšia v porovnaní s tradičnými postupmi výroby a umožňuje jednoduchú výrobu komplikovaných vzorov a tvarov. 

Zverejnené publikácie

Breskovic, T., Stefanovic, B., Bednarcikova, L., Ferencik, N., Ondrejova, B., & Zivcak, J. (2023). Predictive analysis of the scoliotic curve using a subject’s 3D model. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part H, Journal of engineering in medicine, 237(8), 1001–1007. https://doi.org/10.1177/09544119231187295 

Ferenčik, N., Steingartner, W., Štefanovič, B., Kohan, M. Breskovic, T., Hudak, R. (2022). Polyamide 12 Pickling Equipment for 3D Printed Parts. 90-93. https://www.researchgate.net/publication/369815811_Polyamide_12_Pickling_Equipment_for_3D_Printed_Parts 

Ferenčík, N., Hudák, H., Rajtúková, V., Kohan, M., Breškovič, T., Živčák, J., (2021) Overview Article: Bioreactors Designed for 3D Bioprinted Tissue and Process Parameters. IEEE 19th World Symposium on Applied Machine Intelligence and Informatics. Herl’any, Slovakia. https://www.nurch.sk/uploads/userfiles/files/Overview_Article_Bioreactors_Designed_for_3D_Bioprinted_Tissue_and_Process_Parameters.pdf 

Denisa Porubčanová

Katedra bezpečnosti a kvality produkcie, Strojnícka fakulta, TUKE

Ergonomické hodnotenie fyzickej záťaže v strojárskom priemysle s využitím nositeľných bezdrôtových multisenzorových systémov 

Výskumné ciele práce

Cieľom tohto výskumu je meranie fyzickej záťaže pri práci pomocou multisenzorických systémov. Tieto dáta následne použijeme pre vyhodnotenie správnych pracovných polôh, pohybov a celkovej záťaže a na adekvátnu úpravu pracovného prostredia a procesu tak, aby sme dosiahli minimalizáciu negatívnych vplyvov pracovného prostredia a procesu na zdravie zamestnancov. To má celkový dopad aj na chod a ekonomiku podniku a štátu, keďže zlepšením pracovných podmienok predchádzame vzniku úrazov a tiež chorôb z povolania. 

Akým spôsobom prispievate ku kvalite života? 

Výsledkom projektu, a teda aj jeho vplyv na kvalitu života, sa preukáže najmä v praxi, kde by malo dôjsť k vhodným úpravám pracovného prostredia, aby sa chránilo zdravie zamestnancov a minimalizovalo sa riziko vzniku úrazov a chorôb z povolania. 

ZDRAVIE | ZDRAVOTNÍCKE TECHNOLÓGIE | TECHNOLÓGIE | SPOLOČNOSŤ | ŽIVOTNÉ PROSTREDIE