El diseño generativo hace referencia al proceso de exploración de diseño iterativo que emplea un programa de software impulsado por inteligencia artificial para generar así una gama amplia de soluciones de diseño que cumplen con un conjunto de restricciones. Se trata de una innovadora herramienta que aborda la forma en la que se construye el mundo a nuestro alrededor y que está ganando terreno en campos como la arquitectura, la ingeniería e, incluso, en la medicina.
Un grupo de investigadores de la Universidad de Birmingham, en colaboración con especialistas en software de diseño de Autodesk, perteneciente al National Centre Additive Manufacturing de Reino Unido, y el Hospital Universitario de Birmingham, han utilizado el diseño generativo para producir un implante de rodilla que puede utilizarse para el tratamiento de la artrosis.
Los resultados de este trabajo se han publicado en la revista Progress for Additive Manufacturing. En el artículo se describe el flujo de trabajo integral del diseño detallado junto con los procesos de fabricación avanzados para un dispositivo de fijación ósea específico para el paciente diseñado generativamente.
Mediante el uso de la inteligencia artificial y el aprendizaje automático este estudio es la primera aplicación conocida de diseño generativo en un dispositivo biomédico destinado a ser implantado. El poder utilizar este tipo de tecnología en el ámbito de la medicina supone varias ventajas. Por ejemplo, los implantes de rodilla que se utilizan actualmente para el tratamiento de la artritis de rodilla, se fabrican en un número limitado de formas y tamaños.
Aunque se están empezando a utilizar nuevas técnicas basadas en la impresión 3D para individualizar los implantes, este proceso no tiene en cuenta las limitaciones impuestas por la planificación quirúrgica, así como otros factores como el peso o los niveles de actividad física del paciente. Se trata de elementos de vital importancia a la hora de comprender cómo interactuarán la anatomía de un paciente y un implante de rodilla, y son cruciales `para el diseño del implante y de la rehabilitación posterior a la cirugía.
“Esta interfaz de diseño integrado de inteligencia artificial nos permite configurar parámetros de planificación quirúrgica personalizados y tener en cuenta la información biomecánica personal, y combinarla sinérgicamente con la inteligencia de fabricación integrada para modelar implantes de titanio de grado médico que son específicos para cada paciente”
El diseño generativo posibilita que los implantes sean biomecánicamente específicos, por lo que el implante se adapta a la carga que soportará. De esta forma se consigue además que el producto final sea más liviano, menos prominente y mínimamente invasivo, lo que reduce el tiempo de recuperación del paciente y reduce las posibilidades de que se requieran en un futuro nuevas cirugías.
"El enfoque de 'talla única' utilizado en la cirugía de rodilla para tratar la osteoartritis puede provocar complicaciones importantes, principalmente debido a diseños de implantes sobrediseñados y, por lo tanto, limita la adopción quirúrgica y los resultados del paciente”, explica Sanjeevan Kanagalingam, investigador de la Universidad de Birmingham, en un comunicado publicado por la institución.
“Esta interfaz de diseño integrado de inteligencia artificial nos permite configurar parámetros de planificación quirúrgica personalizados y tener en cuenta la información biomecánica personal, y combinarla sinérgicamente con la inteligencia de fabricación integrada para modelar implantes de titanio de grado médico que son específicos para cada paciente”.
“La combinación del conocimiento académico, industrial y clínico del equipo que trabaja en este proyecto y el amplio espacio de diseño que ofrece el diseño generativo, ha producido diseños de implantes más allá de cualquier cosa que se haya visto antes. Este enfoque, teniendo en cuenta la diversidad del equipo del proyecto, ha permitido el desarrollo de un proceso de diseño que puede tener en cuenta las muchas diferencias entre los pacientes, por ejemplo, la variación entre la masa corporal masculina y femenina”, añade la investigadora principal del estudio y profesora en la Universidad de Birmingham, la doctora Lauren Thomas-Seale.
Los siguientes pasos de este trabajo apuntan ahora a probar mecánicamente los dispositivos con el objetivo de evaluar su capacidad de doblarse y flexionarse bajo diferentes cargas. Si se tiene éxito, el equipo responsable iniciará las pruebas clínicas.