Спрогнозировать успех: ученые из Санкт-Петербурга создают эффективный метод разработки персонализированного импланта

Установка импланта — сложный процесс, особенно когда речь идет о нестандартных и нетипичных случаях, требующих индивидуального подхода. Необходимо все правильно рассчитать и смоделировать таким образом, чтобы имплант хорошо прижился в организме человека и не произошло его отторжения.

Лого ЕвроМедиа
Свое решение этой задачи предлагает команда исследователей из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, один из которых — аспирант Федор Тарасенко. Молодой ученый увлекся наукой еще на первых курсах университета: он с удовольствием брался за научные статьи, проводил исследования и вскоре начал участвовать в проектах одной из научных лабораторий университета. Его сразу заинтересовала прикладная механика: с одной стороны, она решает прикладные, а не фундаментальные задачи, а с другой — позволяет не ограничиваться какой-то предметной областью. На протяжении уже почти полутора лет молодой исследователь вместе с командой трудится над проектом в области медицины.

— Наша разработка — это подход или методика, которая позволяет наиболее корректно подойти к разработке импланта в нестандартных случаях и правильно спроектировать персонализированный имплант таким образом, чтобы он оптимально подходил пациенту и не повреждал кость при установке, а также не отторгался организмом. Все эти процессы мы воспроизводим в цифре и на основе полученных данных строим дальнейшую работу. Хотя, конечно, перечень вопросов, которые можно решить с помощью нашей разработки, значительно более широк.

В их числе, например, вопросы, которые возникают еще на этапе разработки импланта: какую пористость его поверхности выбрать, как правильно рассчитать все параметры, которые гарантируют, что при установке и в процессе регулярной активности человека (ходьба, бег, приседания и т. д.) имплант не будет повреждаться сам и не окажет негативного воздействия на кость или сустав, в которые его устанавливают.

— Это очень непростая задача, потому что кость, как и имплант, имеет сложную и неочевидную структуру, — пояснил Федор. — Затем возникают вопросы, связанные с моделированием процесса лечения и реабилитации, которые являются одними из самых сложных с точки зрения учета, ведь именно с помощью моделирования процесса регенерации можно понять, приживется имплант или нет, как происходит процесс остеоинтеграции: как образуется костное вещество и врастает в пористую поверхность импланта. В зависимости от нагрузок на месте установки импланта может образовываться костное вещество разного типа, и этим процессом нужно управлять.

По словам разработчика, реабилитационная работа с пациентами, которым установили имплант, обычно строится таким образом: после определенного времени полного покоя он начинает ходить на костылях и заниматься на специальных тренажерах, а затем — постепенно увеличивать нагрузку и тем самым стимулировать процесс заживления.

— Мы можем воздействовать на зону установки импланта локально — рассчитать, например, тип, уровень и длительность воздействия, который будет способствовать этому процессу и направлять его в нужную сторону, — рассказал молодой ученый. — При этом, выбирая тот или иной комплекс нагрузок и определяя, в какой момент человеку можно начинать ходить, нельзя испытать это опытным путем, а наша разработка позволит моделировать это и прогнозировать, иными словами, подбирать режимы реабилитации.

Уникальность разработки заключается в том, что она включает в себя довольно большое число различных факторов и особенностей, которые влияют на конечную конструкцию импланта и на исход процесса регенерации, того, приживется ли имплант в человеческом организме. За счет учета этих факторов будет обеспечиваться высокая точность прогнозирования и высокая степень соответствия моделируемых процессов реальной ситуации. Методика будет востребована в инжиниринговых центрах и специализированных организациях, занимающихся разработкой и производством имплантов, к которым с этой целью обращаются медицинские компании, главная задача которых — вернуть пациента к полноценной и счастливой жизни.

Идея проекта «Молодые гении России» — цикла публикаций о молодых исследователях и их инновационных изобретениях, которые могут способствовать решению важнейших для страны задач, — принадлежит журналу «Российское образование» международного издательского холдинга «ЕвроМедиа».



Читайте также: