Российские учёные создали цифровую модель для долговечных суставов
Уникальная разработка предскажет «усталость» углеродных имплантатов, чтобы избежать повторных операций
Российские учёные совершили прорыв в создании искусственных суставов. Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали первую в мире компьютерную модель, которая с высокой точностью прогнозирует, как со временем изнашивается современный углеродный имплантат тазобедренного сустава. Это позволяет заранее определить срок его службы и укрепить слабые места, что открывает путь к персонализированной и более безопасной замене суставов.
Двухуровневый подход
Сегодня миллионам пациентов во всем мире устанавливают металлические протезы. Однако они слишком жесткие для кости, что со временем приводит к ее разрушению и расшатыванию имплантата. Через 10-15 лет часто требуется повторная сложная операция. Альтернативой служат современные материалы – угле-углеродные композиты. Их гибкость аналогична натуральной кости, они не вызывают аллергии и не мешают диагностике. Но у них есть иной недостаток: под нагрузкой внутри материала накапливаются невидимые микротрещины, и предсказать, как это скажется на прочности всего протеза, до сих пор было невозможно.
Разработка пермских учёных решает эту проблему. Их модель уникальна двухуровневым подходом: она одновременно анализирует процессы на уровне микроскопических кристаллов материала и на уровне целой конструкции имплантата в кости.
Найти и усилить слабые места
В результате моделирование выявило четыре ключевые зоны в бедренном компоненте, где повреждения накапливаются быстрее всего. Это означает, что протез теряет прочность не сразу, а постепенно, что дает возможность спрогнозировать момент, когда его необходимо заменить.
Важность этой разработки сложно переоценить. Она не имеет аналогов в мире и проверялась путем сопоставления с реальными экспериментальными данными. Ее вычислительная мощность позволяет анализировать миллионы элементов материала, что гарантирует высокую достоверность прогноза.
Внедрение этой технологии ускорит и удешевит создание более надежных протезов, а также заложит основу для их углубленной сертификации, основанной на понимании долгосрочного поведения. Эта разработка укрепляет лидерские позиции российских технологий в области биоинженерии.
