2022. 10. 26. - 10:15
Ígéretes a mesterséges intelligencia a térdimplantátum-tervezésben
Megoldást kínál a páciens-specifikus térdimplantátumokra a generatív tervezés elnevezésű fejlett technológia, amely mesterséges intelligenciát alkalmaz.
Generatív tervezés kínál megoldást a páciens-specifikus térdimplantátumokra. A kutatók egy fejlett tervezési technikát használnak, amelyet eredetileg a repülőgépipar és az autóipar alkatrészek fejlesztésére alkalmaznak – ezt most a testre szabott orvosi eszközök gyártása során is bevetették.
A Birminghami Egyetem kutatói az Autodesk tervezőszoftver-specialistákkal, a Manufacturing Technology Centerrel (az Egyesült Királyság Nemzeti Additív Gyártási Központjával) és a Birminghami Egyetemi Kórházakkal együttműködve alkalmazták a Generatív Dizájn nevű technikát - használható térdimplantátum előállítására, az osteoarthritis kezelése céljából.
A koncepciópróba a Progress in Additive Manufacturing folyóiratban jelent meg. Leírja a részletes tervezés és a fejlett gyártási folyamatok átfogó munkafolyamatát egy generatívan megtervezett, páciens-specifikus csontrögzítő eszközhöz.
A Generatív tervezés mesterséges intelligenciát (MI) és gépi tanulást használ olyan alkatrészek tervezésére, amelyek a tervezett felhasználásukhoz abszolút optimálisan gyárthatók.
Például egy repülőgép vagy egy autó esetében ez lehet egy könnyebb és erősebb alkatrész, ami nagyobb üzemanyag-hatékonyságot és alacsonyabb CO2-kibocsátást eredményez.
Ez a tanulmány a Generatív tervezés első ismert alkalmazása orvosbiológiai beültethető eszközre.
Ígéretes a mesterséges intelligencia a térdimplantátum-tervezésben
A technológiának számos előnye van az orvosi alkalmazásokban. Jó példa, hogy a térdízületi gyulladás kezelésére szolgáló, jelenlegi térdimplantátumokat korlátozott számú formában és méretben gyártják. Noha kezdenek már alkalmazni új 3D nyomtatási technikákat a páciens egyéni formájára tervezett implantátumok készítésére, ez nem veszi figyelembe a műtéti tervezés által támasztott korlátokat, a páciens súlyát vagy aktivitási szintjét.
Pedig ezek fontos elemek annak megértéséhez, hogy a páciens anatómiája és a térdimplantátum hogyan hatnak egymásra, s kulcsfontosságúak az implantátum tervezésében és a műtét utáni rehabilitáció során is.
A generatív tervezés lehetővé teszi, hogy az implantátumok biomechanikailag specifikusak legyenek, így az implantátum az általa viselt terheléshez igazodjon. Azt is megoldja, hogy a végtermék könnyebb, kevésbé szembetűnő és minimálisan invazív legyen - ami azt jelenti, hogy a beteg gyorsabban gyógyul és kisebb valószínűséggel lesz szüksége revíziós műtétre.
Az új tanulmányban a kutatók bemutatják, hogy az Autodesk szoftver által készített terv hogyan gyártható és dolgozható fel funkcionális prototípussá, beleértve azt is, hogy a folyamat mekkora része automatizálható.
„Az osteoarthritis kezelésében alkalmazott térdműtéteknél használt egy méretben-megközelítés súlyos szövődményeket eredményezhet, elsősorban a túltervezett implantátumok miatt. Korlátozza a műtéti alkalmazást és a megfelelő eredményt a betegek esetében” – mondta el Sanjeevan Kanagalingam, a Birminghami Egyetem posztgraduális és vezető kutatója.
„A mesterséges intelligencia-integrált tervezési interfész lehetővé teszi számunkra, hogy személyre szabott sebészeti tervezési paramétereket konfiguráljunk, figyelembe vegyük a személyes biomechanikai információkat, szinergikusan kombináljuk a beágyazott gyártási intelligenciával, s az egyes betegekre jellemző orvosi minőségű titán implantátumokat modellezhessünk” – tette hozzá.
„A projekten dolgozó csapat akadémiai, ipari és klinikai tudásának, valamint a Generatív tervezés által kínált hatalmas tervezési térnek a kombinációja olyan implantátumterveket hozott létre, amelyek felülmúlják az eddig látottakat. Egy ilyen megközelítés, figyelembe véve a projektcsapat sokféleségét, lehetővé tette egy olyan tervezési folyamat kidolgozását, amely figyelembe tudja venni a betegek közötti különbségeket, például a férfi és női testtömeg eltérését” – jegyezte meg dr. Lauren Thomas-Seale vezető kutató és egyetemi tanár, szintén a Birminghami Egyetemről.
A következő lépés az eszközök mechanikus tesztelése lesz, hogy a szakemberek lássák, mennyire hajlik terhelés hatására. Ha ez sikeres, a csapat végül áttér majd a klinikai tesztelésre.
Kanagalingam arra a következtetésre jutott, hogy ez a generatív tervezési megközelítés nemcsak a csontrögzítések betegspecifikusságát növeli, hanem új, sokoldalú keretként szolgál a csípő-, váll- és arcállcsont-műtétek teherhordó, páciens-specifikus implantátumainak tervezésében.
L.A.
