Impressão 3D de implantes de articulação de dedo personalizados induzido por Inteligência Artificial (IA)

Pesquisadores de cinco institutos de pesquisa de Fraunhofer combinaram impressão 3D com IA para desenvolver uma maneira única de produzir implantes articulares de dedo específicos para cada paciente.

Como parte do projeto ‘FingerKIt’, a equipe criou um processo inovador automatizado de design de implantes, no qual a IA é implantada para transformar imagens de raios-X 2D em modelos de dedos 3D. Diz-se que esse novo fluxo de trabalho não apenas permite a correção de qualquer problema de posicionamento do dedo, mas também facilita a criação de implantes suaves e sem fricção, com necessidades reduzidas de pós-processamento e podem ser fabricados através do processo de jato de aglutinante (Binder Jetting) com muita precisão.

“Como a estrutura da haste do implante é muito delicada, optamos por usar o método de impressão 3D de ligante de metal para titânio”, explica o Dr. Philipp Imgrund, chefe do departamento de Qualificação de Processo de Manufatura Aditiva do Fraunhofer IAPT. “Este método permite uma produção extremamente precisa de implantes pequenos e complexos e nos permite estruturar a superfície da haste de forma que ela cresça no osso de forma mais eficaz.”

Pesquisa & Desenvolvimento de impressão 3D de implantes orientados por Inteligência Artificial (IA)

De acordo com a equipe de Fraunhofer, lesões nos dedos ou doenças como artrite reumatoide podem “colocar sérias limitações na vida de alguém e causar tensão física e mental”. Este é especialmente o caso de pessoas cujos trabalhos envolvem movimentos intrincados das mãos, como músicos ou cirurgiões, que podem enfrentar o fim de suas carreiras.

Atualmente, muitos tratamentos envolvem a fusão das articulações dos pacientes, algo que pode impor severas restrições ao seu dia-a-dia. Quando os implantes são usados, eles tendem a ser básicos e não permitem uma ampla gama de movimentos, ou são feitos de silicone, o que significa que podem se soltar rapidamente e precisam ser recolocados em um novo procedimento.

Para resolver isso, o Fraunhofer Research Institution for Additive Manufacturing Technologies IAPT, o Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS, o Fraunhofer Institute for Toxicology and Experimental Medicine ITEM, o Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM e o Fraunhofer Institute for Digital Medicine MEVIS buscaram desenvolver um novo implante específico para cada paciente.

Para encontrar uma solução perfeitamente adequada que não saia do lugar e restaure as articulações dos pacientes ao seu nível anterior de mobilidade, os cinco institutos desenvolveram uma nova cadeia de processo automatizada. No centro desse fluxo de trabalho está uma IA aprimorada do Fraunhofer MEVIS, capaz de derivar um projeto de implante individual a partir de um modelo de dedo 3D e enviá-lo automaticamente para impressão 3D.

Uma vez impressos em 3D a jato de aglutinante (ou fundidos quando feitos de cerâmica) no Fraunhofer IKTS, esses implantes são sinterizados, deixando-os com uma forma quase líquida e requisitos mínimos de acabamento. Enquanto o Fraunhofer ITEM está cuidando de questões sobre a biocompatibilidade e certificação dos implantes resultantes, eles poderão em breve ser usados para tratar dedos muito dobrados, partes ósseas ausentes ou articulações muito pequenas das mãos.

Os cálculos dos pesquisadores mostram que pode ser possível reduzir em até 60% o tempo que leva da produção do implante à adaptação, e permitir que o processo seja concluído em dias. Em comparação com os implantes de pés ou tornozelos, a equipe também acredita que o mercado de remobilização de articulações ainda está “significativamente subdesenvolvido” e cita “previsões de especialistas” de que pode atingir 5,8 milhões de euros até 2026.

Dado esse potencial inexplorado e os desenvolvimentos recentes em seu estudo, os cientistas agora procuram trabalhar com um parceiro comercial para levar seu fluxo de trabalho de impressão de implantes ao mercado e buscam a certificação de dispositivos para facilitar o processo.

Reparação de articulações dos dedos

As juntas feitas em impressão 3D implantáveis podem ter um potencial de mercado inexplorado significativo, mas os pesquisadores da Fraunhofer não são os únicos que buscam tirar proveito disso. No final do ano passado, a BICO e a Nanochon revelaram planos para desenvolver implantes articulares regenerativos impressos em 3D que poderiam proporcionar recuperações mais rápidas para os pacientes e reduzir custos para os profissionais de saúde.

No passado, a REJOINT também criou um meio de usar IA para imprimir implantes personalizados em 3D. Quando o projeto foi apresentado, há dois anos, a empresa se comprometeu a usar a tecnologia Electron Beam Melting (EBM) da GE Additive Arcam e a análise computadorizada de dados intraoperatórios e pós-operatórios coletados por meio de wearables, para desenvolver próteses de joelho. Em outros lugares, para pessoas com ferimentos graves nas mãos, cientistas da Universidade de Bristol desenvolveram uma ponta de dedo artificial impressa em 3D com o potencial de permitir que amputados “sintam” objetos por meio de próteses. Com mais P&D, a equipe por trás da ponta de dedo diz que ela pode revolucionar o mundo da robótica ou ajudar a melhorar a aderência daqueles com mãos protéticas.

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Fonte: 3dprintingindustry.com – Data: 07/12/22