Кариери

Дигитално изграждане на персонални импланти – силата на технологиите

CIO Media

В началото на август в Машинно-технологичния факултет на Технически университет – София стартира проект BG161PO003-1.2.04-0037-C0001 „Инфраструктура за бързо дигитално изграждане и материализиране на персонални костни и зъбни импланти“ на стойност 1 176 000 лв. Проектът се съфинансира по ОП „Развитие на конкурентоспособността на българската икономика” 2007-2013, програма BG161PO003-1.2.04 „Развитие на приложните изследвания в изследователските организации в България”.

Проектът се осъществява от Машинно-технологичния факултет на Технически университет – София, ръководител на проекта е доц. Николай Николов, а всички участници в проекта са преподаватели и докторанти от факултета.

Цели

Общата цел на проекта е да укрепи и да развие капацитета на Машинно-технологичния факултет на ТУ София при провеждане на успешна научно-изследователска дейност в сферата на индустриалните изследвания и най-модерните формообразуващи технологии за медицински цели чрез изграждане на уникално за страната иновативно оборудване. Специфична цел на проекта е да се изгради комплексна иновативна инфраструктура за високоскоростно фрезоване с ултразвукови трептения тип „ултразвуков CNC обработващ център“ и да се въведе необходимата технологична екипировка, даваща възможност за изготвяне и изследване на импланти чрез иновативна високопроизводителна технология на основа 3D модели. Иновативността на проекта е технологична, по отношение начина на формиране на 3D моделите, както и по отношение на изграждането на импланти от трудно обработваеми материали като титан, хромкобалт и керамика чрез машина тип „ултразвуков CNC обработващ център“. Изпълнението на целите на проекта ще способства за подобряването на качеството на образование и обучение, подобряване на връзките между бизнеса и науката, включващо двупосочен трансфер на знания и технологии.

Технологии

Предвиденото за закупуване оборудване дава база за развитие и изследвания на технологията за високоскоростното обработване с отнемане на материал (High Speed Milling) с ултразвуково въздействие (UltraSonic), базирана на дигитални тримерни модели с комплексна геометрия. Технологията е изцяло нова за практиката в България и ще даде достъп не само на учени и изследователите от ТУ-София, но и на специалистите от Факултета по дентална медицина на МУ София и други изследователски звена, до уникални възможности за изследвания в областта на високотехнологичните трудно обработваеми материали и комплексни обработки. Създаването чрез този проект на уникален технологичен капацитет в областта на дигитално изграждане на импланти от високотехнологични материали като титан, хромкобалтови сплави, твърда керамика и др., ще позволи и редица други изследвания в направлението на високоточна обработка на твърди и свръх твърди нови материали, ще разшири изследователските възможности и в свързаните области на „Рязане на материалите”, „Технология на материалите”, „Инструментално производство”, „Инструментални машини”, „Микроелектро-механични системи”, „Нови материали и наноструктури”, развивани в ТУ-София. Разширеният в тази посока уникален изследователски капацитет ще позволи на редица малки и средни предприятия (дентални лаборатории; медицински звена; фирми, занимаващи се с трудно обработваеми материали) в България да получат достъп до изследвания и индустриално развитие с използване на най-модерна инфраструктура за високоскоростното обработване с отнемане на материал с ултразвуково въздействие, базирана на дигитални тримерни модели с комплексна геометрия. Приложенията на тази технология са в областта на биомедицината, миркоелектрониката, оптиката, микрофлуидиката, създаването на репликиращи инструменти и много други.

 


Дигитално изграждане на персонални импланти – силата на технологиите

© CIO Media, Cio.bg

Очаквани ползи

3D проектирането позволява изключително подобряване на точността при моделирането, конструирането, виртуалното прототипиране и представяне на разнообразни крайни продукти и изделия, а така се пестят време и средства още в проектната фаза. Приложенията на този тип технологии не се изчерпват с приоритетните насоки на проекта, а могат да се прилагат например при обработването на цветни метали, предимно алуминий, на закалени стомани, както и на трудно обработваеми материали. Това определя и широкото им използване при обработка на детайли за авиацията, при производството на щампи и пресформи, при производството на детайли с много малки размери и други.

Важна предпоставка за ефективното използване на предвидената по проекта инфраструктура е големият брой академични и индустриални партньори на Машинно-технологичния факултет на ТУ-София, както и тясното сътрудничество с Факултета по дентална медицина на МУ София и дентални лаборатории с приложна насоченост.

Основният резултат от изпълнението на проекта е да се обединят усилията на учени, изследователи, лекари, инженери и процесни специалисти в изследване и разработване на методи и средства за интегриране на най-съвременни технологии за томография, CAD/CAM/CAE и виртуално инженерство, за да се създаде подход за успешно използване на сканирането и дигиталните технологии за бързо създаване и изготвяне на персонални импланти, с оглед повишаване на достъпността и качеството на здравеопазването и продължителността на живота. Важен резултат е и натрупването на знания в екипа на проекта, като се анализират и оценят по основните си показатели уникалната дигитална технология за изграждане на високотехнологични импланти чрез високоскоростното обработване с отнемане на материал (High Speed Milling) с ултразвуково въздействие (UltraSonic), която дава възможност за директно обработване на твърди и керамични материали, навлизащи все повече в медицината. Това знание дава възможност за обоснован избор в зависимост от спецификата на различните видове импланти и на избраните материали.

В научно-приложен аспект очакваните резултати са свързани с постигането на системна интеграция на виртуалните технологии и методите за бързо производство по отношение на формати на обмен на данните, съвместимост и възможност за споделяне на информационните потоци от геометрична и технологична информация позволяващи реализацията на работоспособна виртуална среда.

В научноизследователски аспект очакваните резултати от проекта са разработването, валидирането и верифицирането на подход за тримерно моделиране и виртуално прототипиране (VP) на персонални импланти, базирани на томографска реконструкция на костната система в областта на интервенция. Подходът се осъществява чрез разработен метод и алгоритъм за бързо тримерно томографско реконструиране на костната среда, изграждане и моделиране на тази основа на персонални импланти, отговарящи функционално и естетически на дефинираните изисквания. Ефектът от този подход ще бъде, че по време на операция ще се налага само минимално напасване към спецификата на костите на пациента и на свързващите елементи, с което ще се спести значително време на лекарския екип и натоварване на хирургичните капацитети, с което ще се подобри производителността и капацитета на екипите.

Очаквания по проекта приложен резултат е предвиденият за разработване подход и методи за оценяване и оптимизиране на параметрите на импланти (товароносимост, надеждност на свързване и др.) чрез виртуално прототипиране (VP) и по-специално чрез симулиране на поведението (CAE) при натоварване и оптимизация на геометрията и начина на закрепване. Това ще доведе до по-коректно оформяне на импланта и до повишаване на неговата функционалност и удължаване на жизнения му цикъл, което да спести следващи коригиращи интервенции. Така рязко се повишава ефективността на имплантирането и се подобрява работоспособността и качеството на живота на пациента, използващ персонално изготвен имплант. Също така друг приложен резултат от проекта е изследването, валидирането и верифицирането на разработеният интегриран подход в реална среда чрез апробация за приложимост чрез реализиране на демонстрационни проекти за илюстриране и потвърждаване на предимствата на предложения подход за бързо виртуално изграждане и дигитално производство на персонални импланти.

Постигането на предвидените по проекта резултати ще позволи значителен трансфер на знания в интердисциплинарен порядък между специалисти от различни научни области: медицина, компютърни технологии, процесните и производствени технологии от най-ново поколение. Обмена на данни, 3D технологиите, виртуално инженерство, инженерните симулации и дигиталните процесни технологии за бързо производство са иновативни и интелигенти инструменти за създаване на нови компетенции и интердисциплинарно ноу-хау в полза на качеството на живот в икономиката, базирана на знание. Разработваните подходи, методи и използваните технически и технологични средства са с пряка приложимост в инженерната и медицинската практика с голям научен и социален ефект, тъй като ще дадат възможности от една страна за развитие на интердисциплинарни технологии, а от друга ще се осигури по-широк достъп до технологии от ново поколение.

В перспектива

Дългосрочните цели и резултати на проекта са насочени както към изследователката сфера (създаване на подход/методология) в интердисциплинарна област, обединяваща медицина и високи инженерни и CAD/CAM/CAE технологии, така и към сферата на практическа приложимост на най-съвременни технологии в изключително важната област на здравето, което ще окаже пряко влияние върху широк кръг заинтересовани организации, предоставяйки им предимствата на съвременните инженерни технологии и инструментариуми за бързо създаване на персонални импланти преди операцията в колективна среда.

Повишаването на компетентността на изследователите и на пряко и непряко свързаните с изпълнението участници е цел с дългосрочно въздействие върху научните и технологичните капацитети в областите на проекта. Особено внимание ще се отделя на повишаване квалификацията на персонала, ангажиран с индустриалните и научните изследвания. Ще бъдат привлечени дипломанти и докторанти за участие в изследванията по проекта.

Дългосрочната цел на проекта е да се създадат уникални възможности за изследване и развитие с приложна насоченост чрез изграждане на трайни интердисциплинарни партньорства с дългосрочно въздействие в обхванатите научни и приложни направления. Повишаването на компетентността и интердисциплинарните познания и контакти на студентите и докторантите, също са с голям дългосрочен ефект върху здравеопазването, инженерната област и свързаните изследвания и производства, където тези студенти ще реализират придобитите знания и умения, използвайки най-модерни технологии и знания за тяхното ефективно и интегрирано приложение.

Деканът на Машинно-технологичния факултет на ТУ-София и ръководител на факултетната лаборатория „CAD/CAM/CAE в индустрията“ проф. Георги Тодоров е убеден, че проектът ще приключи успешно: „Доказателство за високия капацитет на МТФ на ТУ-София в образователната и научноизследователската и развойна дейност е фактът, че МТФ традиционно е факултетът на ТУ-София, който е на първите места по привлечени средства от научно-изследователска и развойна дейност, както и получените през последните години многобройни престижни национални награди. Факултетът е реализирал и реализира в момента както проекти с публично финансиране, така и значителен брой проекти с индустриални партньори, като за последните три години в МТФ има реализирани проекти за над 3 милиона лева. Убеден съм, че проектът ще приключи успешно – неслучайно нашият девиз е: “МТФ – Силата на технологиите“.


X