Połączenie tych struktur zapewnia kości następujące  właściwości:

•   Plastyczność, która ulega modelowaniu zgodnie z zasadą Wolfa – Delpecha.
•   Sprężystość związana z właściwościami kolagenu umożliwiającymi powrót
•   do kształtu wyjściowego po ustąpieniu bodźca.
•  Odkształcanie fazowe polegające na rytmicznym zmianom kształtu zgodnie z teorią        Sutherlanda.

Dobierając skład chemiczny i strukturę materiału kompozytowego, z którego wykonujemy modele  przeznaczone do szkoleń, główny nacisk położyliśmy na dokładne odtworzenie właściwości naturalnej kości. W tym celu poddaliśmy kość różnorodnym badaniom. Tą samą   technikę zastosowaliśmy badając modele z materiałów kompozytowych.

Wewnętrzną gąbczastą strukturę można odtworzyć na dwa sposoby:

- stosując materiał o zamkniętych komórkach który w wystarczający sposób odtwarza parametry kości oczekiwane przez chirurgów podczas zabiegów implantacji,
 - stosując materiał o otwartych komórkach, który może być stosowany również w innych zabiegach medycznych.

Ten drugi materiał, charakteryzujący się nasiąkliwością powyżej 90% i stosowany jest głównie do produkcji modeli kości przeznaczonych do prowadzenia szkoleń polegających na iniekcji dokostnej środków farmakologicznych lub cementu kostnego.  Cement ten wstrzykiwany jest do złamanej kości w celu stabilizacji złamania.

Materiały stosowane w naszej produkcji podlegają szczegółowym badaniom przy użyciu wielu metod badawczych pozwalających ocenić ich przydatność w wytwarzaniu modeli przeznaczonych do szkoleń medycznych zarówno w ortopedii jak i stomatologii. Poniżej prezentujemy kilka zdjęć wykonanych przy użyciu mikroskopu skaningowego firmy Kodak. Przed badaniem, w celu zabezpieczenia przed uszkodzeniem próbki napylono złotem.

Na zdjęciach SEM wykonanych na materiale o zamkniętych komórkach widoczna jest charakterystyczna struktura kości gąbczastej. Jedynym elementem odróżniającym stosowany przez nas materiał od naturalnych kości jest cienki film który oddziela sąsiadujące komórki. Film ten pełni tu rolę usztywniającą konstrukcję materiału gąbczastego modelu i zastępuje z powodzeniem jamki szpikowe i kalogen wypełniający przestrzenie pomiędzy tworzącym konstrukcję ścianek zbudowanych z hydroksyapatytów.  


    

Budowę użytego przez nas materiału do wytwarzania struktury gąbczastej widać szczególnie dobrze na zdjęciu z trzykrotnie większym powiększeniu. Widoczna na nich jest błonka która oddziela sąsiadujące ze sobą komórki struktury gąbczastej. 

Nieco inaczej wygląda struktura materiału o otwartych komórkach (pokazują to zdjęcia poniżej). Widoczne są na nich wyraźne przerwy w budowie ścianek dzielących poszczególne komórki. Przestrzenie międzykomórkowe nie są w pełni otwarte, ale występujące przerwy w wystarczający sposób zapewniają wysoką nasiąkliwość tej struktury. Pozostałość błon międzykomórkowych materiału (przy braku wypełnienia organicznego  występującego w naturalnej kości) zapewnia usztywnienie struktury. Takie rozwiązanie przeciwdziała samoistnemu skurczowi materiału (zapadaniu się) i zniszczeniu jego struktury.
 

  

Rys. 8. Struktura otwartokomórkowa.    
Rys. 9. Struktura otwartokomórkowa (większe powiększenie)
 

Inne materiały zostały wykorzystane do odtworzenia kości zbitej zbudowanej w naturze z blaszek kostnych i występujących pomiędzy nimi osteocytami i kanałami Haversa.  W zależności od oczekiwanej twardości kości od D2 do D4 zastosowana jest odmienna struktura materiału. Strukturę materiałów odtwarzających część zbitą obrazują zdjęcia SEM z mikroskopu skaningowego

Typową strukturę materiału o twardości odpowiadającej kości o twardości D4 prezentują poniższe zdjęcia:
 

 

Rys 10.  Kość zbita                     Rys.11. Kość zbita
 

Strukturę materiału o twardości D4 prezentuje kolejne zdjęcie:
 

Rys. 12. Kość zbita o twardości D2
 

Dla kości zbitej głównymi parametrami decydującymi o przydatności w szkoleniach z implantacji ortopedycznej i stomatologicznej jest odtworzenie twardości kości i jej charakterystycznej podatność na cięcie i wiercenie. Dodatkowym elementem ale już tylko estetycznym jest jej kolor.

Innymi zagadnieniem są właściwości wytrzymałościowe modeli kości. Są one ważne dla innej grupy modeli medycznych przeznaczonych do badań biomechanicznych. W tej grupie najbardziej znane na rynku są modele kości czwartej generacji. Zapewniają one wierne odtworzenie właściwości mechanicznych kości (moduł yanga i wytrzymałość na ściskanie i zginanie) a nie istotne są właściwości związane z cieciem i wierceniem.



Głównymi cechami kości, które są stosowane podczas szkoleń, jest:

• Zróżnicowana budowa występująca na przekroju.
• Właściwości mechaniczne odpowiadające za podobieństwo podczas ciecia i wiercenia
•   (w tym tworzenie się charakterystycznych opiłków kostnych wykorzystywanych w trakcie odbudowy kości).
• Charakterystyczny obraz rentgenowski CT.
• Neutralny zapach i łatwość magazynowania jak i transportu.

Dzięki zastosowaniu materiałów kompozytowych o różnej strukturze i twardości nasze modele kości doskonale imitują dwuwarstwową budowę kości naturalnych. W wyniku żmudnych prób i testów wytypowaliśmy wersję materiałową B jako najbardziej przypominającą naturalną kość ludzką. Wersja A służy głównie prezentacjom wystawienniczym, a wersja C jest wersją ekonomiczną. Imitacja materiału kostnego zachowuje się podobnie do naturalnych kości podczas wiercenia i cięcia. Dodatkową cechą naszych kości, często ważną podczas szkoleń, jest charakterystyczny obraz rendgenowski przypominający obraz kości ludzkich. Próbki materiału kompozytowego poddano badaniom na tomografie komputerowym. Wyniki badań w postaci obrazów rtg przedstawiono dla porównania w ten sposób, że z lewej strony znajduje się obraz naturalnej kości ludzkiej, natomiast z prawej strony kości kompozytowej. Poniżej przedstawiono zdjęcia kilku płaszczyzn przekroju kości. Miejsca, w których dokonano przekroju przedstawiają linie zaznaczone na rzucie poziomym kości. Zdjęcia CT wraz z przekrojami pokazują bardzo duże podobieństwo kości kompozytowych do naturalnych kości ludzkich.

OBRAZY Z TOMOGRAFU KOMPUTEROWEGO.

---

---

---

---