Цел

Целта на проекта е развитието на методите и средствата за бързо изграждане и материализиране на персонифицирани импланти необходими в неврохирургията и ортопедията, обединявайки усилията на изследователи, лекари и инженери с прилагане на методи за интегриране на най-съвременни технологии за томография, CAD/CAM/CAE и виртуално инженерство и технологии за директно дигитално производство. В България се прилагат относително примитивни методи за изготвяне на импланти, не се използват ефективно натрупаните знания и опит в инженерната сфера и CAD/CAM/CAE технологиите, както и не са интегрирани съществуващите капацитети. Този проект ще даде възможност да се постигне синергиен ефект като се разработят интегрирани иновативни методи и технологии в областта на персоналните импланти(протези, мостове, носещи планки и др.).

Цели и хипотези

Основната научна цел е да се създаде оригинален и  иновативен подход и методи за изследване, валидация, системна интеграция и развитие на специализирани технологични решения за начина на снемане на физиологични и антропологични параметри, изграждане и изготвяне на персонални импланти. Това изисква поредица от изследвания със значим и фундаментален характер в сферата на тримерната реконструкция на структури на костни елементи по  томографски  данни с максимална точност и бързо създаване на персонални импланти на тази основа, включително с доизграждане на липсващи части, без оперативна намеса за снемане на отпечатъци контактно от пациента.

Този проект се основава на хипотезата за прилагане на редица съществуващи методи и технологии от други сфери ( като адитивните технологии и виртуалното инженерство) и на тяхна база се създаде подход за успешно използване на виртуалното прототипиране (VP) и технологиите за бързо изграждане на физически обекти (RP) за бързо създаване и изготвяне на персонални импланти (резервни части за хората) в колективна интердисциплинарна среда (collaborative environment), с оглед повишаване на качеството на здравеопазването и продължителността на живота.

Подходи за постигане на изследователските цели, включително и интердисциплинарност на проектното предложение

Технологиите търпят развитие и често се случва навлизането на нови силно превъзхождащи стандартните методи техники, идващи от други сфери на науката  и практиката да създадат огромни нови възможности в областта на имплантите, където  се чувства все по-силното влияние на системи идващи и/или заимствани от високотехнологичния сегмент на индустриалните процеси в областта на CAD/CAM и CAE  технологиите. Компютъризацията на съвременното дигитално производство е наречено четвърта индустриална революция (ИНДУСТРИЯ 4.0).

Основополагаща линия за навлизането на  дигиталните технологии е бурното развитие на сканиращи лазерни техники и компютърната томография, използването на CAD/CAM софтуерни пакети, системи за бързо прототипиране, използването на фрезови машини, и разбира се, приспособяването на всички тези технологични процеси за целите, нуждите и спецификите на медицината. Това определя принципната новост  на този подход, основан на  точността и скоростта, както и възможностите за максимална дигитализация на целия процес. Подходите и методите предлагани в този проект предлагат принципно нови възможности за създаване и изграждане на персонализирани импланти.

Подходът за създаване на имплант (протеза, черепен или костен) в дигитална среда стартира с томографско изображение (отпечатък при зъбни мостове) на костта и околността, 3D реконструкция на костната система с помощта на която да се оформи и изгради импланта в 3D и съответно на неговия виртуален прототип за моделиране на интерфейса имплант/костна система (вид и начин на закрепване и предаване на товарите), с цел оценка на товароносимостта и надеждността на интерфейса имплант/кост. Принципа и подхода при дигитално изграждане на имплант е показан на фигурата по-горе

Така се намаляват разходите и времето, подобрява се импланта от здравна, функционална и потребителска гледна точка, както и възможността да се работи в колективна среда със споделяне на технологични ресурси. Дигиталната технология позволява и бързото физическо изграждане на импланта с максимална точност, якост и оптимална себестойност.

Проекта е основан на прилагане на знанията и опита на висококвалифицирани специалисти в областта на медицината, физиката, инженерните науки и ИКТ. Целта е чрез опита от фундаментални и научно-приложни изследвания в областта на неврохирургията да се наложат съвременни високотехнологични методи на реконструктивна хирургия и по този начин да се решат съществени здравни проблеми като се постигне подобряване на качеството на живот на пациентите. Сформирания за поставените научни цели екип по проекта има вече натрупан опит в областта на дигитално изработване на импланти от високотехнологични материали като титан, хромкобалтови сплави, твърда керамика и др., и високоточна обработка на твърди и свръх твърди нови материали за медицински приложения. Получените резултати за клиничен случай (виж Приложение A) са първи опити за развитие и прилагане в реални условия на сходен подход и стъпки, ползващи технологиите на виртуалното инженерство. Това сочи че предлаганата методика е напълно реалистична и има всички условия за нейното развитие и прилагане в здравеопазването.