Специалисты Передовой инженерной школы СПбПУ 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^® по заказу научно-производственного комплекса АРТ Стомус (НПК ART) при поддержке Фонда поддержки предпринимательства Ленинградской области.

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 имплантат 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 цифровых (виртуальных) испытательных стендах проведены испытания двух линеек отечественной имплантационной системы А2, каждая из них включала в себя имплантаты разного диаметра и длины: 8, 11, 14 мм. В дальнейшем 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 цифровой модели челюстной кости, а также провели оценку стабильности имплантатов и выявили ключевые характеристики, влияющие на данный параметр.

• «Мы рады быть первопроходцами в использовании цифровых технологий в дентальной имплантологии. В рамках проекта была проведена огромная работа, направленная на внедрение инструментов цифрового инжиниринга в данную отрасль.
• Это позволило существенно ускорить процессы разработки дентальных 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»,
  – отметила медицинский директор НПК «АРТ Стомус», кандидат медицинских наук Елизавета Черновол.

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.

Отметим, что специалисты Передовой инженерной школы СПбПУ уже ранее применяли методы цифрового инжиниринга в медицине. Так, они провели математическое и компьютерное моделирование операции по расширению верхней челюсти пациента при помощи дистрактора (расширителя), что позволит избежать возможных осложнений.