生成式设计为特定患者的膝关节植入物提供了解决方案
一种先进的设计技术，用于开发航空航天和汽车工业的组件，已被用于定制医疗设备的生产。
伯明翰大学的研究人员与设计软件专家Autodesk、制造技术中心(英国国家增材制造中心)和伯明翰大学医院合作，使用一种称为生成设计的技术来生产膝盖植入物可以用来治疗骨关节炎。
一篇概念证明论文描述了一种生成设计的患者特异性骨固定装置的详细设计和先进制造工艺的全面工作流程增材制造技术进展．
生成式设计的应用人工智能(AI)和机器学习来设计可以被制造出来的部件，使其绝对最适合其预期用途。例如，对于一架飞机或一辆汽车，这可能是一个既轻又强的部件，导致增加燃油效率低CO2排放。这项研究是生成式设计在生物医学可植入设备上的第一个已知应用。
能够在医疗应用中使用这种技术有几个优点。例如，目前用于治疗膝关节炎的膝关节植入物的形状和尺寸都很有限。
尽管新的3D打印技术开始被用于根据患者的个人形状设计植入物，但这并没有考虑到手术计划以及患者的体重或活动水平所带来的限制。这些都是了解病人的解剖结构和治疗方法的重要因素膝盖植入将相互作用，对植入物设计和术后康复至关重要。
生成式设计允许植入物具有生物力学特异性，因此植入物是根据其将要承受的负载量身定制的。这也使得最终产品更轻，不那么突出和微创，这意味着患者将愈合得更快，也不太可能需要翻修手术。
在这项新研究中，研究人员阐述了欧特克软件生产的设计如何制造并加工成功能原型，包括该过程可以在多大程度上实现自动化。
伯明翰大学的研究生和首席研究员Sanjeevan Kanagalingam先生说:“在膝关节手术中用于治疗骨关节炎的‘一刀切’方法可能会导致严重的并发症，主要是由于过度设计的植入物设计，因此限制了手术的采用和患者的结果。”
“这种人工智能集成设计界面使我们能够配置量身定制的手术计划参数，并考虑到个人生物力学信息，并将其与嵌入式制造智能协同结合，以建模针对每个患者的医疗级钛植入物。”
伯明翰大学的首席研究员兼高级讲师Lauren Thomas-Seale博士补充说:“该项目团队的学术、工业和临床知识的结合，以及生成设计提供的广阔设计空间，已经产生了前所未有的植入物设计。”
“这种方法，注意到项目团队的多样性，使得设计过程能够考虑到患者之间的许多差异，例如男性和女性体重之间的差异。”
下一步将是对这些设备进行机械测试，看看它们在负载下能弯曲多少。如果成功，该团队将最终进行临床测试。
Kanagalingam总结说:“这种生成式设计方法不仅增加了骨固定的患者特异性，而且在髋部、肩部和颌面部手术的患者特异性植入物的承重设计中，也可以作为一种新颖的、多功能的框架。”
