Бионические протезы — уникальные электронно-механические устройства, способные функционировать вместо утраченного органа под контролем нервных импульсов. Их разработка и внедрение — одно из самых перспективных направлений медицины мирового уровня. Бионические протезы уха возвращают слух людям с его частичным или полным нарушением. Важной стороной вопроса остается внешний вид протезов, поскольку некоторые пациенты с заметными дефектами ушной раковины испытывают из-за этого стресс, их качество жизни снижается. Ученые ПНИПУ, ПГМУ им. Е.А. Вагнера и МГМСУ им. А.И. Евдокимова разработали технологию изготовления силиконовой ушной раковины для бионического протеза уха, чтобы он был не только функционален, но и эстетичен, мог маскировать существующий дефект.
Исследование опубликовано в сборнике трудов конференции «100-летие Пермского медицинского журнала», 2023. Разработка проводилась при финансовой поддержке Правительства Пермского края в рамках научного проекта «Разработка бионического протеза уха на основе интеллектуальных и медицинских 3D-технологий».
На протяжении нескольких лет ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из ПГМУ им. Е.А. Вагнера и МГМСУ им. А.И. Евдокимова разрабатывали конструкцию бионического протеза уха и совершенствовали технологию его изготовления, чтобы совместить в одном устройстве и функциональность, и естественный внешний вид. На данный момент в мире нет аналогов данному изобретению: существующие протезы, возвращающие человеку способность слышать, выглядят как слуховые аппараты, а эстетические протезы — нефункциональны и просто маскируют дефект уха.
Для придания бионическому протезу сходства с настоящим ухом ученые создали эпитез ушной раковины — конструкцию, повторяющую рельеф отсутствующей части тела. В качестве основы для создания модели силиконовой ушной раковины взяли облако точек, полученное в результате трехмерного сканирования большого количества ушных раковин. Используя специальное ПО, отредактировали модель, чтобы разместить в ней электронные компоненты протеза. При помощи послойной 3D-печати сформировали каркас отсека для электроники из специального эластичного материала.
Затем исследователи напечатали на 3D-принтере первичную модель ушной раковины (процесс занимает примерно сутки). Ее погрузили в заливочный состав, а после затвердевания — извлекли, получив в результате полую гибкую форму для заливки силикона.
Заливка проходила в два этапа. На первом ученые заполнили форму на 80%, затем поместили в нее напечатанный каркас с муляжами электронных компонентов протеза, которые повторяют оригинальные детали по габаритам и массе. На следующем этапе форму долили силиконом. После этого муляжи извлекли, в освободившееся пространство установили оригинальные компоненты протеза, спаяли электрические соединения.
— Разработанный эпитез ушной раковины эстетичен, отвечает требованиям естественности, может быть отремонтирован в случае повреждения. Силикон, из которого он сделан, гипоаллергенен, успешно имитирует текстуру и цвет кожи, — отмечает кандидат технических наук, доцент кафедры автоматики и телемеханики ПНИПУ Игорь Безукладников.
— Бионический протез может использоваться при анотии. Данная патология сопровождается частичным или полным отсутствием ушной раковины, наружного слухового прохода и нарушением слуха. Протез компенсирует эти нарушения. Кроме того, пациенту не придется проходить через хирургическую операцию по созданию искусственного слухового прохода, имеющую большой риск осложнений и рецидивов патологии. Чтобы установить протез, в череп вживляют импланты-крепления, эта операция несложная и проходит под общим наркозом, — рассказывает заведующий кафедрой оториноларингологии ПГМУ имени академика Е.А. Вагнера Алексей Еловиков.
— Электроника бионического протеза будет изготавливаться серийно, а силиконовый эпитез — индивидуально, на основе сканирования здоровой ушной раковины человека. Если же обе ушные раковины отсутствуют, то они будут подбираться из базы больших данных (цифровой библиотеки), которая поэтапно формируется, — подводит итог заведующий кафедрой цифровой стоматологии МГМСУ им. А.И. Евдокимова профессор Сергей Арутюнов.
Ученые ПНИПУ, ПГМУ им. Е.А. Вагнера и МГМСУ им. А.И. Евдокимова усовершенствовали конструкцию бионического ушного протеза. Следующий этап разработки — клинические испытания и дальнейшая оптимизация конструкции (при необходимости), после чего технология сможет выйти за рамки научных лабораторий, начнет возвращать людям утраченный слух и уверенность в себе.
Над проектом ушного протеза работала большая команда — 16 представителей вузов и ИТ-компаний, среди которых:
- Асташина Наталия Борисовна, руководитель проекта, заведующая кафедрой ортопедической стоматологии ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера;
- Арутюнов Сергей Дарчоевич, заведующий кафедрой цифровой стоматологии МГМСУ им. А.И. Евдокимова;
- Еловиков Алексей Михайлович, заведующий кафедрой оториноларингологии ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера;
- Байдаров Андрей Александрович, заведующий кафедрой медицинской информатики и управлениям медицинскими системами ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера;
- Южаков Александр Анатольевич, заведующий кафедрой автоматики и телемеханики ПНИПУ;
- Безукладников Игорь Игоревич, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматики и телемеханики ПНИПУ.