Skalpel na bázi pulzujícího vodního paprsku
s frekvencí 55 kHz pro medicínské aplikace

Projekt MSK 3391, 2014 - 2015

Cíle projektu

Cílem projektu je navrhnout, zkonstruovat a vyrobit skalpel na bázi pulzujícího vodního paprsku (PVP skalpel) s pracovním tlakem do 20 MPa za účelem vývoje aplikátorů pro biomedicínské aplikace v oblasti ortopedie a plastické chirurgie.

V Ústavu geoniky AV ČR byla vyvinuta, odzkoušena a patentována metoda generování pulzujícího kapalinového paprsku založená na vytváření akustických vln působením akustického budiče na tlakovou kapalinu a jejich přenosu vysokotlakým systémem k trysce (patenty CZ299412, US7740188, US7,934,666, EP1863601, AU2006224192, CA2601050). Na základě výše uvedené metody bude navrženo konstrukční řešení PVP skalpelu s akustickým generátorem tlakových pulzací pro pracovní tlaky do 20 MPa, přičemž základním prvkem bude ultrazvukový generátor s frekvencí 55 kHz (včetně piezohlavice a sonotrod) pořízený v rámci projektu. Konstrukční řešení bude následně optimalizováno s využitím metod CFD pro frekvence buzení 55 kHz. Poté bude PVP skalpel s akustickým generátorem tlakových pulzací vyroben a testován v laboratorních podmínkách.

Hlavním přínosem projektu bude vytvoření a odzkoušení funkčního systému PVP skalpelu se zabudovaným akustickým generátorem tlakových pulzací s maximálním pracovním tlakem 20 MPa a frekvencí 55 kHz určeného pro biomedicínské aplikace.

Účel realizace projektu

Současné výhody technologie vodního paprsku, konkrétně pulzujícího vodního paprsku (PVP), jako je atermický proces a selektivita, lze využít i ve velmi náročném segmentu lidské činnosti, jakým je medicína. Vzhledem k současným zásadním a četným problémům v oblasti revizních operací bederních a kolenních kloubů (tj. složitosti a zdlouhavosti operačních úkonů) je předmětem připravovaného projektového záměru vývoj nízkonákladové atermické operační techniky bez mechanického poškození lidských tkání během revizních operací totálních náhrad s minimálními traumatickými dopady na pacienta a s maximálním prospěchem pro společnost.

Úspěšný vývoj PVP skalpelu umožní zavedení nových operačních postupů, které budou šetrnější k lidskému organizmu a v důsledku toho povedou ke zvýšení kvality života pacienta a ošetřovatelské péče. Úspěšným řešením projektu se navíc významně posílí vedoucí pozice pracoviště žadatele v oblasti výzkumu technologie vodního paprsku v celosvětovém měřítku. To bude mít za následek především posílení spolupráce na národní, ale zejména mezinárodní úrovni s vědeckými a průmyslovými partnery.

Řešení projektu rovněž přispěje k naplnění globálního strategického cíle rozvoje Moravskoslezkého kraje orientovaného na rozvoj inovačně založené ekonomiky, zvýšení ekonomické nezávislosti regionu v důsledku vlastního výzkumu a vývoje.

Hlavním výstupem projektu bude funkční vzorek PVP skalpelu, který bude v laboratorních podmínkách testovaný pro účely dezintegrace biologického materiálu s cílem budoucí aplikace v ortopedii a plastické chirurgii. Dosažené výsledky budou rovněž publikovány v odborných časopisech a prezentovány na konferencích.

Navrhovaný postup realizace projektu

  1. Zpracování konstrukčního návrhu PVP skalpelu na bázi ultrazvukového generátoru s frekvencí 55 kHz pro tlaky 20 MPa. (09/2014 – 10/2014)
  2. Zakoupení ultrazvukového generátoru s piezohlavicí a sonotrodami, přizpůsobení pro generování pulsujícího vodního paprsku. (09/2014 – 01/2015)
  3. Optimalizace konstrukčního návrhu PVP skalpelu 55 kHz s využitím CFD softwaru ANSYS pro modelování proudění. (11/2014 – 01/2015)
  4. Výroba funkčního vzorku PVP skalpelu a ověření jeho funkčnosti. (02/2015 – 04/2015)
  5. Laboratorní zkoušky dezintegrace bio-materiálů PVP skalpelem. (04/2015 – 08/2015)

Manažer projektu Ing. Josef Foldyna, CSc.
Kód programu RRC/07/2014
Název programu Podpora vědy a výzkumu v Moravskoslezském kraji 2014
Dotace pro rok 2014 / 2015



Projekt je spolufinancován Moravskoslezským krajem