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Dai raggi X a una protesi personalizzata

L'intelligenza artificiale consente maggiore mobilità: è possibile creare impianti personalizzati per le articolazioni delle dita da una stampante 3D

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Vittoria Lugli

La mobilizzazione delle articolazioni delle dita danneggiate da malattie o infortuni è un mercato emergente nel campo medicale. Il consorzio FingerKIt, che riunisce cinque istituti Fraunhofer, utilizza l’intelligenza artificiale per sviluppare protesi articolari personalizzate stampati in 3D.

Le articolazioni delle dita rigide, come per un incidente sportivo o a causa dell’artrite reumatoide, possono comportare gravi limitazioni e causare stress. Per alcune professioni, come musicisti, chirurghi o artigiani, può addirittura significare la fine della carriera.

In futuro, una soluzione sviluppata dai dipartimenti dell’Istituto di Ricerca Fraunhofer per le Tecnologie di Fabbricazione Additiva (IAPT), per le Tecnologie e i Sistemi Ceramici (IKTS), per la Tossicologia e la Medicina Sperimentale (ITEM), per la Meccanica dei Materiali (IWM) e per la Medicina Digitale (MEVIS) potrebbe aiutare a ripristinare la mobilità delle dita con articolazioni danneggiate o rovinate.

Le attuali protesi delle articolazioni delle dita

Attualmente, se un’articolazione delle dita perde la sua funzione a causa di un incidente o di una lesione, i metodi di trattamento sono limitati. Nella maggior parte dei casi, l’articolazione viene fusa, ma ciò comporta gravi limitazioni nella vita quotidiana del paziente.

Se si deve ricorrere a una protesi, attualmente esistono due opzioni sul mercato: le protesi al silicone, che spesso si staccano rapidamente e devono essere riattaccate con un altro intervento, o le protesi standard, che sono disponibili solo in alcune misure e non consentono un movimento completo.

Per garantire la migliore assistenza possibile alla paziente, l’obiettivo sarebbe quindi di creare una soluzione perfettamente aderente, che non scivoli fuori posto e che ripristini il precedente livello di mobilità: un impianto personalizzato.

Il Progetto FingerKIt

Questo potrebbe essere possibile grazie a un concetto sviluppato da cinque istituti Fraunhofer nell’ambito del progetto FingerKIt. Una catena di processi automatizzati consentirà di produrre impianti personalizzati per le articolazioni delle dita. La produzione sarà sia in materiali metallici che ceramici e avverrà in modo rapido, sicuro e certificato.

Gli scienziati del Fraunhofer MEVIS hanno iniziato sviluppando un software basato sull’intelligenza artificiale in grado di trasformare le immagini radiografiche bidimensionali in modelli tridimensionali delle ossa delle dita e di correggere eventuali malposizioni delle dita.

I ricercatori del Fraunhofer IAPT utilizzano poi l’intelligenza artificiale per ricavare il progetto dell’impianto individuale dal modello del dito e inviarlo alla stampa 3D. Poiché le strutture coinvolte sono molto sottili e delicate, gli scienziati utilizzano il processo di iniezione del legante metallico per costruire i pezzi strato per strato. Gli impianti vengono poi sottoposti a un processo di sinterizzazione, ovvero vengono compattati e solidificati.

Presso il Fraunhofer IKTS gli impianti vengono prodotti utilizzando la fabbricazione di forme quasi nette. Il processo mira a creare prodotti il più possibile simili alla forma finale, riducendo la necessità di successivi lavori di finitura. Grazie all’esperienza del Fraunhofer IKTS, è possibile utilizzare anche materiali ceramici, che vengono lavorati mediante slip casting, uno speciale processo di fusione in stampo di gesso.

Il Fraunhofer ITEM si occupa delle questioni relative alla compatibilità biologica e alla certificazione degli impianti.

Il Fraunhofer IWM è responsabile della simulazione dei carichi meccanici.

Un nuovo standard per l’assistenza ai pazienti

Le innovazioni del Fraunhofer significano che, in futuro, sarà possibile fornire un trattamento efficace anche per casi complicati. Inoltre, grazie alla creazione automatizzata del modello e alla stampa 3D, il processo di produzione personalizzata consente di risparmiare tempo. Secondo i calcoli iniziali dei ricercatori, potrebbe essere possibile risparmiare fino al 60% del tempo normalmente richiesto dall’identificazione della necessità di un impianto all’inserimento nel paziente. Ciò significa che il processo potrebbe essere completato in pochi giorni, con conseguenti degenze ospedaliere più brevi e, quindi, costi inferiori.

Inoltre, poiché il design dell’impianto è modellato sull’articolazione originale, il livello di mobilità raggiunto è molto più elevato rispetto alle soluzioni attualmente disponibili. Il Dr. Imgrund riassume il progetto come segue: “FingerKIt potrebbe cambiare completamente il trattamento dell’artrite reumatoide, ad esempio. Gli impianti personalizzati potrebbero diventare il gold standard”.

Protesi per le articolazioni delle dita: un mercato in crescita

Secondo la Società tedesca di reumatologia, circa il due per cento della popolazione adulta in Germania soffre di malattie reumatiche infiammatorie. Le protesi di nuova concezione potranno aiutare anche i pazienti che hanno subito lesioni. Rispetto alle protesi per il piede o la caviglia, ad esempio, il mercato della remobilizzazione delle articolazioni delle dita è ancora notevolmente sottosviluppato. Gli esperti prevedono che il potenziale totale raggiungerà i 5,8 milioni di euro entro il 2026.

Lo sviluppo tecnologico nell’ambito del progetto FingerKIt ha raggiunto una fase in cui il prodotto potrebbe essere pronto per il mercato in collaborazione con un partner del settore dell’ingegneria medica. La creazione di progetti basati sull’intelligenza artificiale e il processo di produzione funzionano, e sono già stati prodotti impianti esponibili. Il passo successivo è ottenere l’approvazione necessaria. Dr. Imgrund: “Attualmente siamo alla ricerca di partner aziendali che abbiano le competenze necessarie per aiutarci a portare sul mercato i nostri dispositivi medici creati dall’AI”.

Dai raggi X a una protesi personalizzata - Ultima modifica: 2022-12-22T09:00:00+01:00 da Vittoria Lugli
Dai raggi X a una protesi personalizzata - Ultima modifica: 2022-12-22T09:00:00+01:00 da Vittoria Lugli