Une technique de conception avancée, utilisée dans les industries aérospatiale et automobile, pourrait révolutionner les dispositifs médicaux personnalisés, tels que les implants du genou.
Des chercheurs au Université de Birmingham, travailler avec des spécialistes des logiciels de conception au Centre de technologie de fabrication (The UK National Center for Additive Manufacturing) et les hôpitaux universitaires de Birmingham ont utilisé une approche appelée conception générative pour produire un implant de genou capable de traiter l’arthrose.
Le document de preuve de concept détaillant le processus de fabrication a été publié dans Progrès pour la fabrication additive.
Qu’est-ce que la conception générative ?
La conception générative utilise l’intelligence artificielle (IA) et l’apprentissage automatique pour concevoir des conceptions qui peuvent être fabriquées de manière optimale pour l’utilisation prévue. Par exemple, pour une voiture, il peut s’agir d’un composant à la fois plus léger et plus résistant, ce qui améliore l’efficacité énergétique et réduit les émissions de CO2 émissions. Cette étude est la première connue à utiliser cette technique pour un dispositif implantable biomédical.
Conception d’un implant de genou
L’application de cette technologie aux dispositifs médicaux présente plusieurs avantages. Par exemple, les implants de genou actuels sont fabriqués dans un nombre limité de formes et de tailles. Alors que les techniques d’impression 3D se généralisent pour réaliser des prothèses de genou sur mesure, elles ne prennent pas en compte les contraintes imposées par la planification chirurgicale, le poids du patient ou son niveau d’activité. Ces facteurs sont cruciaux pour comprendre comment l’anatomie d’un patient et un implant de genou vont interagir et sont importants pour la conception et la réhabilitation de l’implant de genou.
Sanjeevan Kanagalingam, chercheur de troisième cycle et chercheur principal, de l’Université de Birmingham, a déclaré : « L’approche « taille unique » utilisée dans la chirurgie du genou pour traiter l’arthrose peut entraîner des complications majeures, principalement en raison de conceptions d’implants trop sophistiquées et limite donc l’adoption chirurgicale et les résultats pour les patients. Cette interface de conception intégrée à l’IA nous permet de configurer des prinamètres par3d de planification chirurgicale sur mesure et de prendre en compte les informations biomécaniques personnelles, et de les combiner en synergie avec l’intelligence de fabrication intégrée pour modéliser des implants en titane de qualité médicale spécifiques à chaque patient.
La chercheuse principale et maître de conférences, le Dr Lauren Thomas-Seale, également à l’Université de Birmingham, a ajouté : « La combinaison des connaissances académiques, industrielles et cliniques de l’équipe travaillant sur ce projet, et le vaste espace de conception offert par Generative Design, a a donné des conceptions d’implants au-delà de tout ce qui a été vu auparavant. Une telle approche, notant la diversité de l’équipe du projet, a permis le développement d’un processus de conception qui peut prendre en compte les nombreuses différences entre les patients, par exemple, la variation entre la masse corporelle masculine et féminine.
Les prochaines étapes du chercheur consisteront à tester mécaniquement les appareils pour voir comment ils se plient et fléchissent sous des charges. Si cette étape réussit, ils passeront éventuellement aux tests cliniques.
Kanagalingam a conclu : « Cette approche de conception générative augmente non seulement la spécificité des fixations osseuses pour le patient, mais sert également de cadre novateur et polyvalent dans la conception d’implants porteurs spécifiques au patient pour les hanches, les épaules et les chirurgies maxillo-faciales. »
