A produção de articulações artificiais, próteses e órteses exige a maior precisão para atender às necessidades individuais das pessoas afetadas. Um novo tipo de software de simulação pretende, a partir de agora, permitir a produção de produtos médicos personalizados e, com isso, minimizar o risco de complicações posteriores.
O número de pessoas com articulações ou próteses artificiais está crescendo. De um lado, as pessoas estão envelhecendo e, com o aumento da idade, há um aumento do risco de doenças articulares e da probabilidade de cirurgia de substituição articular, por outro lado, o aumento da obesidade leva a um número crescente de pessoas com articulações artificiais. Além disso, mal posicionamentos congênitos e danos esqueléticos, bem como amputações devido a doenças tumorais, podem exigir o uso de implantes.
No entanto, produzi-los apresenta uma série de desafios, pois eles devem atender às necessidades individuais de cada paciente e permanecer no corpo o maior tempo possível sem perda de qualidade.
Para otimizar a produção de articulações, próteses e órteses artificiais, pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Engenharia de Produção e Automação (IPA) desenvolveram, recentemente, uma nova plataforma de software, que permite a produção de implantes personalizados com o uso de um gêmeo digital.
Plataforma de modelagem humana in-Silico
O sistema músculo-esquelético humano é muito complexo, pois é composto por ossos, músculos, tendões, ligamentos e articulações que permitem a mobilidade e estabilidade do corpo.
O grupo de estudiosos do IPA desenvolveu, portanto, uma plataforma de modelação humana in-silico para a investigação e desenvolvimento de dispositivos médicos. O software inovador permite simular o complexo sistema músculo-esquelético com modelos humanos detalhados e preditivos resolvidos em 3D (músculos, tendões, tecido conjuntivo, ligamentos, pele).
Isso cria um gêmeo digital do paciente, o que permite que as sequências de movimentos sejam simuladas e, assim, testadas antes e depois da utilização dos implantes. Dessa forma, todos os tipos de substituições de articulações, órteses ou próteses podem ser fabricados com precisão, economia, rapidez e conformidade com elevados padrões de qualidade.
A simulação otimiza o planejamento das operações
O novo software de simulação não só permite a produção de implantes fáceis de usar para o paciente, mas também pode fornecer suporte durante procedimentos cirúrgicos. Um exemplo são os pacientes que sofrem de disfunção muscular da articulação do tornozelo após doenças neuromusculares, como paralisia cerebral. Normalmente, essas pessoas possuem problemas de equilíbrio e execução de movimentos. Para melhorar o equilíbrio muscular, em alguns casos, uma transferência de músculo ou tendão, ou alongamento de tendão na articulação do tornozelo é uma opção. O software de simulação pode ser utilizado para melhor avaliar e planear antecipadamente os efeitos de tal intervenção.
“Nossa plataforma de software apoia os cirurgiões no planejamento de procedimentos. As simulações realistas fornecem informações precisas sobre os efeitos de medidas individuais. Dessa forma, o conhecimento de médicos experientes pode ser preservado. Cirurgiões menos experientes podem aprender usando o software. É também uma forma de melhorar os padrões à medida que estabelecemos um sistema responsável”, afirma Okan Avci, chefe do Laboratório Ortopédico Virtual do Fraunhofer IPA.
Software de simulação pode avançar na pesquisa de implantes
Além disso, com cada implante feito, surge a questão de quão grande é realmente o efeito. Quão bem o implante se ajusta? Quanto tempo dura o implante? Como isso afeta todo o sistema musculoesquelético? O produto médico fabricado individualmente é realmente superior ao produto padrão? Para poder determinar análises funcionais e de eficácia dos implantes específicos do paciente, e para avançar na pesquisa, são necessários estudos clínicos.
No entanto, esses estudos e testes são frequentemente associados a custos elevados e até mesmo a procura de grupos de pacientes adequados é difícil. O novo software de simulação oferece uma solução, pois permite que estudos virtuais sejam realizados com um grande número de sujeitos de teste. “Com nossos modelos humanos e simulações, você pode criar muitos cortes virtuais de pacientes e calcular uma ampla variedade de variações de implantes. Inúmeros fatores, como tamanho da prótese, força muscular e muito mais podem ser levados em consideração. Isso irá avançar as evidências, porque você pode analisar os efeitos”, determina Avci.
A nova ferramenta de simulação dos investigadores do IPA oferece, portanto, grandes vantagens para a produção personalizada e o desenvolvimento adicional de dispositivos médicos, bem como para o planeamento de procedimentos cirúrgicos e a implementação bem-sucedida de estudos virtuais.