Olesya Klets kehitti väitöstutkimuksessaan magneettikuvantamisen pohjalta tehtävän polvinivelen biomekaaninen tietokonemallinnuksen, joka mahdollistaa rustokudoksen jännitys- ja puristusjakauman arvioinnin simuloidussa kuormituksessa. Tällä tavoin voidaan saada vastauksia siihen, kehittyykö niveleen nivelrikko tai miten tietyn nivelrikkopotilaan sairaus etenee.
Tutkimuksessa kehitettiin kolmiulotteisia polvinivelen biomekaanisia tietokonemalleja, joiden perusteella simuloitiin normaalia kävelyä. Polvinivelen kolmiulotteinen geometria luotiin terveiden koehenkilöiden ja nivelrikkopotilaiden magneettikuvista.
Malleilla selvitettiin aluksi, miten monimutkaisena materiaalina nivelrusto tulee mallintaa, jotta mallin ennustama jännitys- ja puristusjakauma on silti realistinen. Tämän jälkeen tutkittiin, miten hyvin tietokonemallinnus ennustaa polvinivelrikon kehittymistä ja etenemistä sekä nivelruston rappeutumista ylipainoisilla potilailla.
Luotettava menetelmä
Kehitetty menetelmä osoittautui erittäin luotettavaksi. Neljän vuoden seuranta-ajan jälkeen tietokonemallien ennustamat nivelruston jännityskeskittymien sekä ruston rappeutumisen sijainnit vastasivat erittäin hyvin nivelrustokudoksen todellisen kulumisen sijainteja magneettikuvasta arvioituina.
Tutkimuksessa havaittiin, että tietokonemallin ennustamat jännitys- ja puristusjakaumat nivelrustossa kävelyn aikana riippuvat merkittävästi nivelrustolle valitusta materiaalimallista ja sen parametreista.
Tietokonemalleilla pystyttiin lisäksi simuloimaan painon pudotuksen vaikutusta polven nivelrikon kehittymisessä: nivelrustokudoksen jännitys- ja puristusjakaumat palautuivat normaalipainoisten koehenkilöiden tasolle.
Työssä kehitetyt tietokonemallit tarjoavat tutkijoille uuden työkalun paikallistaa sellaiset kohdat nivelpinnalta, joissa kuormituksen aiheuttama mekaaninen jännitys on suurta; nämä kohdat ovat kaikista riskialtteimpia nivelrikon kehittymiselle. Malleja voidaan kehittää edelleen kohti kliinistä sovellusta, jolloin niitä voitaisiin hyödyntää esimerkiksi simuloitaessa erilaisten hoitojen vaikutusta kuormitusjakaumiin ja rustokudoksen rappeutumiseen.
Master of Science Olesya Kletsin väitöskirja Subject-specific finite element modeling of the knee joint to study osteoarthritis development and progression tarkastettiin Oulun yliopistossa 2.3.2018.
Kirjoittaja:
Ulla Toikkanen
Toimittaja
Kuva: Panthermedia
Julkaistu Lääkärilehden verkkosivuilla 27.2.2018.
