因疾病或受伤而受损的手指关节的再活动是需求驱动的患者护理领域的一个新兴市场。FingerKIt联盟汇集了五个 Fraunhofer 研究所，使用人工智能开发个性化的 3D 打印关节植入物，以便在必要时更换这些脆弱的手指部件。

当手指关节变得不灵活时，例如在运动事故后或由于类风湿性关节炎，它可能会严重限制某人的生活并导致他们身心紧张。对于某些职业——例如音乐家、外科医生或手工艺人——这甚至可能意味着他们职业生涯的结束。

未来，由弗劳恩霍夫增材制造技术研究所 IAPT、弗劳恩霍夫陶瓷技术和系统研究所 IKTS、弗劳恩霍夫毒理学和实验医学研究所 ITEM、弗劳恩霍夫材料力学研究所 IWM 和弗劳恩霍夫研究所开发的解决方案用于数字医学的 MEVIS 可以帮助恢复关节受损或毁坏的手指的活动能力。

目前治疗手指关节受损的方法

目前，如果手指关节因意外或受伤而失去功能，治疗方法是有限的。在大多数情况下，关节会融合，但这会严重限制患者的日常生活。如果要使用植入物，目前市场上有两种选择：硅胶植入物，它通常很快就会松动，需要在另一个程序中重新连接，或者基本标准植入物，只有特定尺寸可供选择，并且不允许充分运动。

因此，为确保尽可能最好的患者护理，目标应该是创造一个完美贴合的解决方案，不会滑出位置并恢复以前的活动水平 - 即个性化植入物。

FingerKit 项目：一项前瞻性产品的多项创新

这要归功于五个 Fraunhofer 研究所在 FingerKIt 项目中开发的概念：自动化工艺链将允许以快速、安全和经过认证的方式用金属或陶瓷材料生产个性化的手指关节植入物。

Fraunhofer MEVIS 的科学家们首先开发了一款基于人工智能的软件，该软件能够将二维 X 射线图像转换为手指骨骼的三维模型，并纠正手指的任何错位。Fraunhofer IAPT 的研究人员随后使用 AI 从手指模型中推导出个性化的植入物设计，并将其发送至 3D 打印。由于所涉及的结构非常精细，科学家们使用金属粘合剂喷射工艺逐层构建碎片。植入物然后经过烧结过程，这意味着它们被压实和固化。

在 Fraunhofer IKTS，植入物是使用近净形制造生产的——这一过程旨在创造尽可能接近最终形状的产品，从而减少后续精加工的需要。得益于 Fraunhofer IKTS 的专业知识，还可以使用陶瓷材料——这些材料通过粉浆浇铸加工，这是一种特殊的石膏模铸造工艺。Fraunhofer ITEM 负责有关植入物的生物相容性和认证的问题，而 Fraunhofer IWM 负责机械负载的模拟。

研究人员在这个项目的过程中开发了许多创新，“基于 AI 的 3D 植入物设计计算从 2D 模板(如 X 射线图像)是全新的，现在正在申请专利，”博士透露。 Arthur Seibel，Fraunhofer IAPT 零件设计组组长。

他的同事、Fraunhofer IAPT 增材制造工艺鉴定部门负责人 Philipp Imgrund 博士补充说：“工艺工程也很特殊。由于植入轴的结构非常精细，我们选择使用金属粘合剂喷射 3D 打印方法用于钛。这种方法可以极其精确地生产小型、复杂的植入物，还使我们能够以这样一种方式构建轴的表面，使其更有效地生长到骨骼中。此外，这最大限度地减少了所需的精加工工作关节表面，需要尽可能光滑和无摩擦。”