AP26199207 – Биоинженерный цифровой дизайн и инновационное производство персонализарованных и унифицированных пластин для остеосинтеза

Цель – Цель проекта заключается в разработке и биомеханической оптимизации конструкции уникальных анатомических пластин для остеосинтеза при переломах костей конечностей, максимально приближенным по свойствам упругости к упругости человеческой кости. Оптимизация металлических пластин будет проведена с учетом сложности геометрии, критериев прочности, упругости и металлоемкости. Важным этапом проекта будет организация производства таких пластин на казахстанских заводах с целью замены дорогостоящих иностранных аналогов.

Актуальность: Актуальность данного проекта обусловлена высокой потребностью в эффективных и доступных решениях для лечения переломов костей конечностей, особенно с учетом старения населения. Современные импортные анатомические пластины для остеосинтеза являются дорогостоящими и не всегда учитывают индивидуальные анатомические особенности пациентов. Разработка отечественных биомеханически оптимизированных пластин, приближенных по упругим свойствам к человеческой кости, позволит повысить эффективность лечения и снизить риск осложнений. Использование цифровых технологий и биоинженерного дизайна обеспечивает более точное моделирование и адаптацию конструкций под различные части скелета. Это особенно важно для пациентов пожилого возраста, у которых процессы регенерации костной ткани протекают медленнее. Кроме того, организация производства таких изделий в Казахстане будет способствовать импортозамещению, снижению затрат системы здравоохранения и развитию национальной медицинской промышленности.

Научный руководитель: Кандидат технических наук, Ассоциированный профессор, Исаметова Мадина Есдаулетовна

Ожидаемые и достигнутые результаты: В рамках проекта на основе МРТ-снимков были сгенерированы и обработаны 10 CAD-моделей суставов дистальных отделов лучевой и локтевой костей пациентов в возрасте 60–80 лет с использованием программного комплекса Mimics. По результатам моделирования определены усреднённые параметры кривизны дистального отдела лучевой кости и проксимального отдела локтевой кости. На основе этих данных разработана оптимизированная конструкция анатомических пластин с учётом геометрии прилегания к суставной поверхности и кортикальному слою кости. Установлены оптимальные радиусы кривизны Т-образной пластины: 18 мм для наружной кромки и 13 мм для внутренней, при среднем анатомическом изгибе около 16–18 мм. Проведён анализ различных конфигураций фиксации, в результате которого оптимальной признана конструкция с пятью дистальными винтами. Разработана конструкторская документация для двух типов пластин, предназначенных для остеосинтеза плечевой и лучевой костей. Выполнен численный анализ напряжённо-деформированного состояния, выявлены зоны концентрации напряжений и построены диаграммы контактных напряжений в системе «пластина–кость». Сравнительный анализ показал, что Т-образная и V-образная пластины обладают лучшими биомеханическими характеристиками по сравнению с π-пластиной, при этом Т-образная конструкция продемонстрировала минимальную деформацию. Получены оптимизированные конструкции титановых анатомических пластин толщиной 2 мм с пятью винтами и радиусами кривизны 16–18 мм. С использованием технологии FFF изготовлены прототипы пластин и костных моделей, при этом достигнута высокая геометрическая точность с зазором не более 0,2 мм, что подтверждает эффективность предложенного подхода.