Havacılık ve otomotiv endüstrilerinde kullanılan gelişmiş bir tasarım tekniği, diz implantları gibi kişiselleştirilmiş tıbbi cihazlarda devrim yaratabilir. Birmingham Üniversitesi'ndeki, Üretim Teknolojisi Merkezi'ndeki (İngiltere Ulusal Eklemeli Üretim Merkezi) ve Birmingham Üniversite Hastanelerindeki tasarım yazılımı uzmanlarıyla birlikte çalışan araştırmacılar, osteoartriti tedavi edebilen bir diz implantı üretmek için “Generative design” adlı bir yaklaşım kullandılar.
“Generative design”, amaçlanan kullanımları için en uygun şekilde üretilebilecek tasarımlar için yapay zeka (AI) ve makine öğrenimi kullanıyor. Örneğin, bir araba için bu, hem daha hafif hem de daha güçlü bir bileşen olabilir, bu da artan yakıt verimliliğini ve daha düşük CO2 emisyonlarını sağlar. Bu çalışma, bu tekniği biyomedikal implante edilebilir bir cihaz için kullandığı bilinen ilk çalışmadır.
Bu teknolojiyi tıbbi cihazlara uygulamanın çeşitli avantajları var. Örneğin, mevcut diz implantları sınırlı sayıda şekil ve boyutta üretilmekte. 3D baskı teknikleri ısmarlama diz implantları yapmak için yaygınlaşırken, cerrahi planlamanın getirdiği kısıtlamaları, hastanın ağırlığını veya aktivite seviyelerini dikkate almıyor. Bu faktörler, bir hastanın anatomisinin ve bir diz implantının nasıl etkileşeceğini anlamak için çok önemlidir.
Birmingham Üniversitesi'nden baş araştırmacı Sanjeevan Kanagalingam şunları söyledi: “Osteoartriti tedavi etmek için diz cerrahisinde kullanılan 'herkese uyan tek beden' yaklaşımı, öncelikle aşırıya kaçacak şekilde tasarlanmış implant tasarımları ve dolayısıyla limitler nedeniyle büyük komplikasyonlara neden olabilir. Bu AI entegre tasarım arayüzü, özelleştirilmiş cerrahi planlamayı yapılandırmamıza, kişisel biyomekanik bilgileri hesaba katmamıza ve her hastaya özel tıbbi sınıf titanyum implantları modellemek için gömülü üretim zekasıyla sinerjik bir şekilde birleştirmemize olanak tanıyor.”
Yine Birmingham Üniversitesi'nden baş araştırmacı ve kıdemli öğretim görevlisi Dr. Lauren Thomas-Seale şunları ekledi: “Bu proje üzerinde çalışan ekibin akademik, endüstriyel, klinik bilgisinin ve Generative Design tarafından sunulan geniş tasarım alanının birleşimi, daha önce görülmemiş implant tasarımları verdi. Proje ekibinin çeşitliliğini dikkate alan böyle bir yaklaşım, hastalar arasındaki birçok farklılığı, örneğin erkek ve kadın vücut kütlesi arasındaki değişimi hesaba katabilen bir tasarım sürecinin geliştirilmesine olanak sağlamıştır.”
Araştırmacının sonraki adımları, yük altında nasıl büküldüklerini ve esnediklerini görmek için cihazları mekanik olarak test etmek olacak. Bu aşama başarılı olursa, sonunda klinik testlere geçecekler.
“Generative design”, amaçlanan kullanımları için en uygun şekilde üretilebilecek tasarımlar için yapay zeka (AI) ve makine öğrenimi kullanıyor. Örneğin, bir araba için bu, hem daha hafif hem de daha güçlü bir bileşen olabilir, bu da artan yakıt verimliliğini ve daha düşük CO2 emisyonlarını sağlar. Bu çalışma, bu tekniği biyomedikal implante edilebilir bir cihaz için kullandığı bilinen ilk çalışmadır.
Bu teknolojiyi tıbbi cihazlara uygulamanın çeşitli avantajları var. Örneğin, mevcut diz implantları sınırlı sayıda şekil ve boyutta üretilmekte. 3D baskı teknikleri ısmarlama diz implantları yapmak için yaygınlaşırken, cerrahi planlamanın getirdiği kısıtlamaları, hastanın ağırlığını veya aktivite seviyelerini dikkate almıyor. Bu faktörler, bir hastanın anatomisinin ve bir diz implantının nasıl etkileşeceğini anlamak için çok önemlidir.
Birmingham Üniversitesi'nden baş araştırmacı Sanjeevan Kanagalingam şunları söyledi: “Osteoartriti tedavi etmek için diz cerrahisinde kullanılan 'herkese uyan tek beden' yaklaşımı, öncelikle aşırıya kaçacak şekilde tasarlanmış implant tasarımları ve dolayısıyla limitler nedeniyle büyük komplikasyonlara neden olabilir. Bu AI entegre tasarım arayüzü, özelleştirilmiş cerrahi planlamayı yapılandırmamıza, kişisel biyomekanik bilgileri hesaba katmamıza ve her hastaya özel tıbbi sınıf titanyum implantları modellemek için gömülü üretim zekasıyla sinerjik bir şekilde birleştirmemize olanak tanıyor.”
Yine Birmingham Üniversitesi'nden baş araştırmacı ve kıdemli öğretim görevlisi Dr. Lauren Thomas-Seale şunları ekledi: “Bu proje üzerinde çalışan ekibin akademik, endüstriyel, klinik bilgisinin ve Generative Design tarafından sunulan geniş tasarım alanının birleşimi, daha önce görülmemiş implant tasarımları verdi. Proje ekibinin çeşitliliğini dikkate alan böyle bir yaklaşım, hastalar arasındaki birçok farklılığı, örneğin erkek ve kadın vücut kütlesi arasındaki değişimi hesaba katabilen bir tasarım sürecinin geliştirilmesine olanak sağlamıştır.”
Araştırmacının sonraki adımları, yük altında nasıl büküldüklerini ve esnediklerini görmek için cihazları mekanik olarak test etmek olacak. Bu aşama başarılı olursa, sonunda klinik testlere geçecekler.
Kaynak
Bu rehber yardımcı oldu mu?
DoktorClub’da Keşfet
