3D-печатные имплантаты суставов пальцев могут стать золотым стандартом в лечении артрита

Когда суставы пальцев становятся негибкими, например, после травмы или в результате ревматоидного артрита, это может серьезно ограничить и ухудшить качество жизни человека. Решить эту проблему может решение, разработанное консорциумом из пяти институтов Фраунгофера - научно-исследовательского института аддитивных производственных технологий IAPT, института керамических технологий и систем IKTS, института токсикологии и экспериментальной медицины ITEM, институтом механики материалов IWM и института цифровой медицины MEVIS - в рамках проекта FingerKIt.

Созданная ими автоматизированная технологическая цепочка позволит быстро, безопасно и сертифицированно производить персонализированные имплантаты суставов пальцев из металлических или керамических материалов. Ученые из Fraunhofer MEVIS разработали ПО на основе искусственного интеллекта, которое способно превращать двухмерные рентгеновские снимки в трехмерные модели костей пальцев и исправлять любое их неправильное положение. Исследователи из Fraunhofer IAPT с помощью ИИ извлекают индивидуальный дизайн имплантата из полученной модели и печатают его из титана с помощью процесса струйной печати со связующим с последующим спеканием. В Fraunhofer IKTS имплантаты производятся с использованием технологии изготовления "почти готовой формы" - процесса, целью которого является создание изделий, максимально приближенных к финальной форме изделия, что снижает необходимость в последующей постобработке. Благодаря опыту Fraunhofer IKTS возможно также использование керамических материалов - они обрабатываются с помощью шликерного литья, которое представляет собой специальный процесс литья в гипсовую форму. Fraunhofer ITEM занимается вопросами биологической совместимости и сертификации имплантатов, а Fraunhofer IWM отвечает за моделирование механических нагрузок.

В ходе реализации проекта исследователи разработали ряд инноваций: "Расчет трехмерного дизайна имплантата на основе искусственного интеллекта по двумерным шаблонам, таким как рентгеновские снимки, является совершенно новым и в настоящее время находится на стадии патентования", - говорит д-р Артур Зайбель, руководитель группы проектирования деталей в Fraunhofer IAPT. Его коллега д-р Филипп Имгрунд, руководитель отдела квалификации процессов AM в Fraunhofer IAPT, добавляет: "Технологический процесс тоже особенный. Поскольку структура штифта имплантата очень хрупкая, мы решили использовать метод струйной 3D-печати титана со связующим. Этот метод позволяет чрезвычайно точно изготавливать небольшие сложные имплантаты, а также структурировать поверхность штифта таким образом, чтобы он эффективнее врастал в кость. Кроме того, это сводит к минимуму работы по постобработке, необходимые для суставных поверхностей, которые должны быть максимально гладкими и без трения".

Как отмечается в пресс-релизе, согласно первоначальным расчетам исследователей, с помощью их подхода можно сэкономить до 60% времени, которое обычно требуется для определения потребности в имплантате до его установки пациенту. Это означает, что процесс может быть завершен в течение нескольких дней, что приведет к сокращению времени пребывания в больнице и, следовательно, к снижению расходов. Мало того, поскольку дизайн имплантата моделируется на основе оригинального сустава, достигаемый уровень подвижности намного выше, чем при использовании имеющихся в настоящее время решений. Доктор Имгрунд подводит итоги проекта следующим образом: "FingerKIt может полностью изменить лечение, например, ревматоидного артрита. Персонализированные имплантаты могут стать золотым стандартом".

Технологические разработки в рамках проекта FingerKIt достигли той стадии, когда продукт может быть готов к выходу на рынок в сотрудничестве с партнером из сектора медицинской техники: создание дизайна на основе ИИ и процесс производства работают, и уже изготовлены экспонируемые имплантаты. Следующий шаг - получение необходимого разрешения. Доктор Имгрунд: "В настоящее время мы ищем корпоративных партнеров, обладающих необходимым опытом, чтобы помочь нам вывести на рынок наши медицинские устройства, созданные на основе ИИ".