Il design al settore medico in aiuto generativo

Within Medical, soluzione software di design generativo per il settore medico rilasciata di recente da Autodesk, è stata usata con successo dalla società argentina Novax DMA. La nuova soluzione, che ha l’obiettivo di ottimizzare la stampa 3D per gli impianti medici per l’industria ortopedica, consente agli ingegneri biomedici di creare impianti ortopedici con strutture a micro-reticolo porose che aiutano a collegare correttamente gli impianti all’impianto osseo vitale e permettono lo sviluppo di vasi sanguigni nel tessuto circostante per facilitare la guarigione.

“Poiché l’osso è di vitale importanza per molti interventi chirurgici, Within Medical usa varie configurazioni di dimensione dei pori e superfici ruvide reticolari per aiutare l’impianto poroso a integrarsi in modo corretto con l’osso”, ha dichiarato Mark Davis, senior director of design research in Autodesk. “I progetti realizzati con Within Medical sono ottimizzati per specifici processi di stampa 3D, come la sinterizzazione laser del metallo diretta e la fusione a fascio di elettroni, che consentono la produzione ad alta precisione”.

Le applicazioni di Within Medical comprendono la riparazione chirurgica dei difetti o delle deformità del cranio, sostituzione dell’articolazione dell’anca, sostituzione della vertebra lombare e ricostruzione facciale. Oggi ci sono già più di 600 pazienti viventi con protesi progettate con la tecnologia Autodesk Within. Valorizzare le potenzialità del manufacturing additivo Fondata nel 1993, con sede a Buenos Aires, Novax DMA è specializzata in ricerca, sviluppo e produzione di tecnologie mediche innovative, come impianti medici per traumatologia, ortopedia e chirurgia cranica. L’azienda, che vanta oggi 15 filiali in tutto il mondo, ha anche creato Protolab 3D, divisione separata che realizza impianti personalizzati grazie all’uso del manufacturing additivo.

“Ho iniziato a esplorare le potenzialità della manifattura additiva nel 1999 e mi sono reso conto che avrebbe cambiato il modo creare gli impianti medici”, ha spiegato Daniel Fiz, medico e fondatore di Novax DMA. “Agendo come centro di ricerca, Protolab 3D supporta Novax DMA nel fare impianti su misura usando la tecnologia additiva. Il passaggio all’uso del software Autodesk Within Medical è stato breve e ci ha aiutati a espandere le capacità progettuali. Il nostro primo impianto trabecolare è stato una cranioplastica, seguita da un complesso acetabolo, una sostituzione massiva della vertebra lombare, la ricostruzione della mascella e più di recente una sostituzione massiccia di tibia e femore. Come Novax abbiamo lavorato con pazienti e chirurghi realizzando oltre 500 impianti personalizzati; abbiamo fatto anche impianti per animali domestici”.

Daniel Fiz, medico e fondatore di Novax DMA. Grazie al software Autodesk Within, l’azienda può progettare la porosità degli impianti ossei e creare qualsiasi struttura complessa. “Tutto questo non si poteva fare in passato con i metodi tradizionali, dove era difficile avere il controllo della porosità e creare interconnessioni tra i pori”, ha aggiunto Fiz. “Oggi possiamo regolare le dimensioni di ciascun poro e la densità dei pori in varie parti dell’impianto, arrivando a un risultato sempre più vicino alla realtà. Autodesk Within Medical ha contribuito a cambiare il modo in cui le protesi sono progettate e costruite. È uno strumento con cui sia le protesi standard sia quelle personalizzate possono essere progettate e sviluppate in modo più ‘biologico’ e intelligente. Come chirurgo e designer credo che questo sia il più importante strumento che abbia mai usato, che ci permette di realizzare progetti anatomici impossibili da concretizzare con altri software”.

Nella progettazione di impianti personalizzati sul paziente l’azienda lavora insieme ai partner Alphaform ed EOS, per realizzare il prodotto finito. Recentemente è stato fatto un importante passo avanti, stampando in 3D direttamente in titanio. “Sviluppiamo quotidianamente nuovi progetti grazie al software Autodesk Within Medical”, ha proseguito Fiz. “Lo scorso mese abbiamo progettato due cranioplastiche, un acetabolo complesso, una sostituzione massiva femorale di natura traumatica e stiamo ultimando un’altra sostituzione massiva femorale. Questo è un caso molto interessante, si tratta di una giovane donna con un tumore maligno femorale. I chirurghi hanno fatto un grande asportazione per salvarle la vita e la nostra sfida è stata quella di progettare una mega protesi anatomica per sostituire questo resezione ossea. La nostra esperienza nell’uso di Within Medical ci permette di fare una progettazione totalmente gratuita e senza limiti sia per la forma interna o esterna dell’impianto, le sue dimensioni e la distribuzione dei pori”. Il prossimo step sarà la stampa 4D Secondo Fiz, il prossimo step prevede l’incorporare la stampa 4D nel settore medico. “Tutto questo permetterà di usare un approccio mini-invasivo per impiantare pezzi di geometria semplificate che una volta al loro posto e sotto gli stimoli sarebbero cambiate in una geometria complessa finale”, ha detto il fondatore di Novax DMA. “Nel lungo termine, gli impianti potranno modificare la loro geometria a seconda del corpo meccanico e delle richieste metaboliche. Per spiegarmi meglio, il nostro corpo varia nei vari stadi della vita. La nostra struttura scheletrica muta in base alle nostre esigenze meccaniche quotidiane, assunzione di cibo, costumi, abitudini farmaceutiche, età e altri elementi. Questi fattori cambiano il nostro corpo e la nostra struttura. Ecco perché non mi sembra logico pensare che un impianto inerte, che non possa adeguarsi lungo il corso della vita del paziente, sia l’ideale. La stampa 4D potrà essere usata per modificare le caratteristiche degli impianti in base ai nostri cambiamenti interni, modificando la forma o la struttura su richiesta dei pazienti”. L’azienda non usa solo Autodesk Within, ha introdotto anche altri prodotti, quali Autodesk Inventor per progettare i propri impianti. Di recente la società ha iniziato a utilizzare Mudbox per modellare impianti complessi in forme ergonomiche e non geometriche.

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