Специалисты Петербургского Политеха применили методы цифрового инжиниринга в стоматологии
Специалисты Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (ПИШ СПбПУ) применили методы цифрового инжиниринга в дентальной имплантологии. Инженеры разработали цифровые двойники челюстной кости, самих имплантатов и вспомогательных компонентов имплантационной системы для разработки и тестирования новых протоколов лечения. Работы выполнялись на цифровой платформе по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench®.
Применение технологии цифровых двойников в медицине, в частности имплантологии и производстве протезов, позволяет повысить эффективность процесса разработки новой продукции за счет использования результатов цифровых испытаний без необходимости изготовления промежуточных прототипов и проведения большого количества натурных экспериментов.
«Фактически технология, разработанная и примененная специалистами Передовой инженерной школы СПбПУ, позволяет «заглянуть» внутрь челюстной кости человека и смоделировать, как конкретный имплант будет вести себя при установке в зависимости от типа костной ткани и протокола подготовки костного ложа. Полученные цифровые данные в свою очередь позволяют тестировать существующие типы дентальных имплантов, а также создавать новые модели, обладающие необходимыми характеристиками и отвечающие конкретным требованиям. Я надеюсь, что созданный научно-технический задел ляжет в основу других исследований в области цифрового инжиниринга и технологии цифровых двойников в дентальной имплантологии», – прокомментировала значимость применения цифровых методов в медицине инженер направления «Прикладные исследования и разработки» ПИШ СПбПУ Екатерина Садовченко.
В процессе разработки технологии инженеры ПИШ СПбПУ провели лабораторные испытания модели челюстной кости разной плотности для определения их физико-механических характеристик. Далее с учетом собранных данных была разработана компьютерная модель (динамическая конечно-элементная модель) и на виртуальных стендах проведены испытания двух линеек отечественной имплантационной системы А2, каждая из них включала в себя имплантаты разного диаметра и длины: 8, 11, 14 мм. Затем результаты цифровых испытаний были валидированы при помощи натурных экспериментов.
На основе анализа полученных данных специалисты ПИШ СПбПУ сделали выводы о напряжениях и деформациях, возникающих в модели челюстной кости, а также провели оценку стабильности имплантатов и выявили ключевые характеристики, влияющие на данный параметр.
Как отметили представители компании-заказчика проекта, в его рамках была проведена огромная работа, направленная на внедрение инструментов компьютерного инжиниринга в сфере дентальной имплантологии.
Это позволило существенно ускорить процессы разработки имплантатов и инструментов для их установки. Кроме того, благодаря наглядной визуализации процесса установки имплантатов результаты применения цифрового подхода будут активно использоваться для обучения студентов и практикующих врачей.
В дальнейшем с помощью разработанного подхода планируется тестировать применение различных режущих инструментов для формирования ложа в костном материале челюсти. Это позволит уменьшить издержки на создание множества физических прототипов и на начальном этапе определить форму инструмента, обеспечивающую наилучшие результаты.
Большие перспективы компьютерного инжиниринга в решении актуальных задач инновационного развития и обеспечения технологического суверенитета страны отметил вице-губернатор Владимир Княгинин.
«Созданная учеными Петербургского Политеха платформа по разработке и применению цифровых двойников подтверждает свою практическую востребованность в различных отраслях экономики. Самый широкий спектр возможностей она открывает и в сфере высоких медицинских технологий», - подчеркнул вице-губернатор.
Так, специалисты ПИШ СПбПУ уже ранее провели математическое и компьютерное моделирование операции по расширению верхней челюсти пациента при помощи дистрактора (расширителя). Их разработка поможет хирургам более эффективно планировать и проводить операции и избегать возможных осложнений.
Владимир Княгинин выразил высокую заинтересованность Правительства Санкт‑Петербурга в развитии инновационной деятельности научно-исследовательских и образовательных организаций города и готовность и дальше оказывать необходимую поддержку в этом направлении.