Druhé místo v Ceně Wernera von Siemense 2020 za nejlepší diplomovou práci získala absolventka FSI Katrin Bučková za práci s názvem „Pokročilá technologie výroby kloubních implantátů metodou EBM“. O jejím úspěchu jsme krátce informovali minulý týden. Co na něj říká sama oceněná?
Tématem diplomové práce je pokročilá technologie výroby personalizovaných kloubních implantátů metodou EBM, což je anglická zkratka pro Electron Beam Melting, aditivní výrobní technologii využívající elektronový paprsek k tavení a následně spékání kovového prášku vrstvu po vrstvě do příslušných tvarů. Katrin Bučková se v práci zabývá materiálovými, mechanickými, tribologickými i únavovými vlastnosti implantátů z titanové slitiny Ti6Al4V (nejpoužívanější titanová slitina), návrhem nového unikátního designu personalizovaného kolenního implantátu a také technologií jeho inserce. Jedná se tedy o kloubní náhrady „šité na míru“ každému pacientovi.
„Hlavním smyslem mé diplomové práce je pomoci lidem od bolesti a navrátit jim radost z pohybu,“ vysvětluje hlavní motivaci své práce Katrin Bučková. „Příčin ztráty mobility je stále více, mezi nimi vyniká onemocnění kloubů vlivem sedavého zaměstnání, obezity, ale také snahy o nadměrné sportovní výkony,“ zdůvodňuje naléhavost svého výzkumu.
Jaké jsou tedy hlavní výhody nového implantátu oproti těm stávajícím? Tradiční sériové implantáty jsou velké a těžké a při operaci dochází ke ztrátě velké části pacientovy zdravé kosti. Tyto a další nedostatky mohou vést následně k mnoha komplikacím. Návrh implantátu předložený v oceněné diplomové práci přináší mnoho výhod – vyrábí se na míru na základě CT snímku kolenního kloubu, tedy podle fyziologických potřeb pacienta, zachovává maximum zdravé kosti a je několikanásobně lehčí. Díky tomu je integrace implantátu snazší, hojení probíhá rychleji a pacient se tak může dříve vrátit do normálního života.
Unikátní design
Design implantátu je unikátní, má personalizovanou vnitřní část, která kopíruje tvar kosti pacienta, a fixační element, parabolické žebro dodávající implantátu tuhost. Struktura navíc může být díky 3D aditivní technologii porézní i gradientně porézní, což umožňuje prorůstání kosti do implantátu a lepší ukotvení. Na druhé straně implantátu je pak dokonale hladká plocha.
Technologie inserce je navržena tak, aby nedocházelo k řezání kosti oscilační pilou a velké ztrátě kostní hmoty, jak tomu bývá při klasických operacích, ale aby se implantát dal zabudovat do kosti šetrněji. K tomu operatéři potřebují několik jednoduchých nástrojů, jejichž návrh je také součástí práce. Další výrazná inovace spočívá ve vybavení implantátu pružným elementem, který umožňuje řídit měkkost chůze a zredukovat zatížení kosterního systému, zvláště páteře.
Při navrhování nového designu bylo pro Katrin Bučkovou velmi zajímavé opustit klasický strojařský přístup, zapojit kreativitu, začít přemýšlet mimo obvyklý rámec a zvolit při modelování takto složitých ploch ty nejefektivnější postupy, programy a nástroje.
Vzhledem k tomu, že se jedná o zcela novou technologii, závisí její uvedení do lékařské praxe na řadě schvalovacích procesů, takže si na její praktické využití ještě nějaký čas počkáme. „Potěšitelné ale je, že již běží patentové řízení,“ uvedla v této souvislosti Katrin Bučková.
S jasnou motivací
Autorka si toto téma zvolila na základě zcela jasné motivace. „Vždy mě lákala interdisciplinární témata, kde se prolíná medicína a technika. Setkání s panem profesorem Píškou ovlivnilo mé rozhodnutí věnovat se této tématice a vybrat si takový studijní program, který by zahrnoval jak studium v Česku, tak v zahraničí,“ říká. „Měla jsem možnost spolupracovat s radiology, chirurgy a veterináři, co se týče designu implantátu a metodologie jeho inserce, dále pak s odborníky v oblasti EBM a aditivních technologií ze Švédska a Německa, s odborníky na materiály z Ústavu fyziky materiálů Akademie věd České republiky a spoustou dalších inspirativních lidí,“ zmiňuje Katrin Bučková.
Do soutěže Wernera von Siemense se přihlásila, protože ji zajímala zpětná vazba na její projekt a vědeckou činnost od nezávislých odborníků. To, že v soutěži uspěla, je pro ni překvapením, protože si uvědomuje, jak velká je konkurence, sama se setkala s mnoha kvalitními diplomovými pracemi. A jak naloží s finanční odměnou? „Odložím si ji stranou, šetřím si na vlastní bydlení,“ svěřuje se.
Ze svého soukromého života Katrin Bučková prozradila, že má ráda sport, adrenalinové zážitky, zdravý životní styl, knihy a přednášky na témata osobního rozvoje. „Ve volném čase se věnuji koučování, probouzení a rozvoji lidského potenciálu,“ dodává.