در مطلب پیش رو در خصوص یکی از به روزترین کاربردهای تست غیرمخرب آکوستیک امیشن یعنی پایش وضعیت سایش ابزار سوراخکاری (مته) پزشکی با پردازش سیگنال‌های آکوستیک امیشن در حوزه فرکانس صحبت خواهد شد.
شکستگی و ترک برداشتن استخوان‌ها
در اثر سوانح رانندگی و یا حوادثی از این قبیل شکستگی و ترک برداشتن استخوان‌های شخص حادثه‌دیده امری اجتناب‌ناپذیر است. درعلم پزشکی، ارتوپد برای وصل استخوان‌های شکسته نیازمند استفاده از پروتزهای پایه فلزی است. تا با اینکار بتواند استخوان‌های شکسته را سر جای خود نگه دارد تا اتصال بیولوژیکی ببین آن‌ها دوباره برقرار شود. ازآنجایی‌که وصل کردن استخوان‌ها توسط پروتز، نیازمند استفاده از پیچ و مهره و سوراخکاری بافت استخوانی است؛ لذا فرایند سوراخکاری به‌مانند آنکه در فلزات اتفاق می‌افتد، در استخوان نیز به همین صورت باید انجام گردد. ولی بین استخوان و فلز ازنظر عملکرد تفاوت‌های عمده‌ای وجود دارد. بطوریکه در فلزات در اثر سوراخکاری افزایش دما در ناحیه سوراخکاری خیلی اهمیت چندانی ندارد بخصوص اگر سوراخکاری و محل اتصال از اهمیت بالایی برخوردار نباشد. ولی در بافت زنده در اثر سوراخکاری دمای آن ناحیه افزایش پیدا کرده و درنتیجه باعث از بین رفتن سلول‌های زنده می‌گردد؛ بنابراین کنترل دما در سوراخکاری بافت‌های زنده حتماً باید در نظر گرفته شود. عوامل مختلفی مثل سرعت سوراخکاری، سرعت پیشروی ابزار سوراخکاری و تیز یا کند بودن لبه‌های برنده ابزار سوراخکاری در بالا رفتن دما مؤثر می‌باشند. در این تحقیق به بررسی اثر سایش به وجود آمده در لبه‌های ابزار برش و ارتباط آن با افزایش دما با بهره‌گیری از تحلیل سیگنال‌های آکوستیکی پرداخته‌شده است.
نتایج تحقیقات
تحقیقات نشان داده است که سایش لبه‌های ابزار در افزایش دما حین سوراخکاری بسیار مؤثر می‌باشند. این سایش به دلایل مختلفی ازجمله استفاده مکرر از یک ابزار برای تعداد زیادی از سوراخ‌کاری‌ها، تأثیر عوامل شیمیایی و دمایی در حین ایتریلیزه کردن ابزارها و … می‌تواند رخ دهد. تحقیقات نشان می‌دهد که برای یک ابزار تیز و کارنکرده میزان افزایش دما در ناحیه سوراخکاری بافت استخوانی حدود ۷٫۵ درجه سانتیگراد است؛ در حالیکه برای ابزار کاملاً ازکارافتاده (دچار سایش شده)، این افزایش دما ۲۵٫۴ درجه سانتیگراد گزارش‌شده است که نسبت به درجه حرارت بدن و بافت استخوانی که به‌طورمعمول ۳۷ درجه سانتیگراد است، عدد خیلی بالایی به شمار می‌رود.
همچنین تحقیقات میدانی از ۴۰ بیمارستان مختلف در بریتانیا نشان می‌دهد که ۷۵% از آن‌ها هیچ دستورالعملی برای کنترل و نگهداری ابزارهای سوراخکاری پزشکی را نداشتند؛ ۱۰ تای باقی‌مانده دستورالعمل شناسایی و برچسب‌گذاری ابزارهای سابیده شده را تائید کردند. همچنین ۴۵% از بیمارستان‌ها به‌یکبار استفاده از ابزار سوراخکاری پزشکی تأکید داشته‌اند. در پایان این گزارش محققان به استفاده مکرر از ابزارهای سابیده شده و همچنین عدم وجود یک‌رویه مشخص برای بازرسی این ابزارها را متذکر شده است.
پایش وضعیت سایش ابزار سوراخکاری
تحقیقات انجام‌شده بر اساس سه نوع سرعت برشی، چهار نوع سرعت پیشروی ابزار به‌وسیله سه نوع ابزار با ساییدگی‌های مختلف توسط روش آکوستیک در حوزه فرکانسی نشان داده است که با بکار گیری مشخصه‌های سیگنال آکوستیکی به وجود آمده در حین فرایند سوراخکاری استخوان می‌توان به تیز یا کند بودن ابزارها پی برد. همچنین این تحقیقات نشان داده است که مشخصه‌های سیگنال‌های حاصله در اثر سایش ابزار به مشخصه‌های مکانیکی استخوان حساس نیستند و این خود می‌تواند در عملکرد بهتر روش آکوستیک امیشن مؤثر واقع شود. بااین‌وجود این نتیجه‌گیری در جهت طراحی و ساخت یک ابزار مؤثر در سوراخکاری می‌تواند گام مؤثری باشد که نتیجه آن کاهش آسیب‌های مکانیکی و دمایی ناحیه سوراخکاری با به‌کارگیری ماشین‌های نسل بعدی سوراخکاری استخوان با روش‌های نوین تست غیرمخرب یعنی آکوستیک امیشن می‌تواند باشد.
- سنسور آکوستیک امیشن
- ابزار مته سوراخکاری
- دوربین
- استخوان
منبع:
Frequency Domain Analysis of Acoustic Emission Signals in Medical
Drill Wear Monitoring
Zrinka Murat1, Danko Brezak1, Goran Augustin2 and Dubravko Majetic1
۱Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, University of Zagreb, Ivana Lucica 5, Zagreb, Croatia
۲University Hospital Center Zagreb and School of Medicine, University of Zagreb, Kispaticeva 12, Zagreb, Croatia
www.scitepress.org
