Кохлеарные имплантаты с четырехмерным формованием

Восстановление слуха – один из важнейших разделов регенеративной медицины и благодатное поле для инновационных разработок. Высокие технологии, задействованные здесь, позволяют добиваться поистине чудесных результатов. Одно из новейших чудес – кохлеарные имплантаты с четырехмерным формованием. В Германии такое устройство называют 4D-Druck-Cochlea-Implantat.

Германия и является родиной этих новинок. Они созданы специалистами Лазерного центра Ганновера, Фраунхоферовского института лазерной техники в Ахене и компании программных продуктов Autodesk. Техника изготовления и методика имплантации хорошо представлены уже и в клинической практике.

Главная особенность кохлеарных имплантатов с четырехмерным формованием – идеальная адаптация к слуховым органам пациентов. Восстановление слуха происходит в этом случае наилучшим образом и с наибольшей комфортностью.

Чтобы разъяснить особенности четырехмерного формования, следует сначала подробней рассказать о том, что такое кохлеарные имплантаты.

Восстановление слуха кохлеарным имплантатом

Кохлеарные имплантаты – это, если можно так выразиться, слуховые протезы, дальнейшее развитие идеи слухового аппарата.

Основная функция слухового аппарата – усиление звука. Есть и другие функции: частотная селекция, конформная передача усиленного звука слуховому каналу и т.д. Но в общем и целом слуховой аппарат это система «микрофон – наушник».

Кохлеарный имплантат – это, в простом изложении, слуховой аппарат, вживленный в слуховой нерв. На самом деле применена гораздо более сложная схема: преобразование звука в сигналы-раздражители, соответствующие сигнальному обмену между слуховым нервом и слуховым центром мозга. Кохлеарный имплантат направляет сигналы в мозг. Поэтому он эффективен даже при стопроцентной глухоте – в отличие от обычного слухового аппарата, для которого нужны хоть и минимальные, но все же остатки слуха. Главное, чтобы функционировал слуховой нерв. При этих условиях восстановление слуха кохлеарной имплантацией – вполне надежное дело.

Своим названием имплантат обязан ушной улитке, или cohlea. Это передний отдел внутреннего уха, где происходит преобразование звуков в нервные импульсы.

Кохлеарный имплантат – это внутренняя часть системы, вживляемая в ушную улитку. Есть и внешняя часть – микрофон и процессор, преобразующий звук в электрические импульсы. Тонкий провод, передающий импульсы, соединяет наружную часть (обычно она крепится за ухом) с имплантатом. А уж тот передает импульсы дальше, слуховому нерву и в мозг.

Точность передачи зависит от конформности имплантата и поверхности ушной улитки, к которой он прилегает. Вот тут и возникает проблема: форма ушной улитки у каждого человека индивидуальная. Как отпечатки пальцев или (что «ближе к теме») как ушная раковина. В точности подогнать формы имплантата и улитку друг к другу – сложная задача.

Новая технология четырехмерного формования позволяет справиться с этой сложностью. Соответственно достигается идеальное восстановление слуха.

Что такое четырехмерное формование?

В принципе, речь идет о доусовершенствованных возможностях трехмерного лазерного принтера. На таком аппарате можно изготовить объект любой требуемой формы. Трехмерный принтер, подчиняясь программе, создает объемную форму из порошка-заготовки. В некоторых принтерах для этого используются пластиковые нити-заготовки. Но в данном случае важна именно порошковая технология. Под воздействием лазерных лучей порошок спекается слой за слоем, принимая заданную форму.

Словом, трехмерный лазерный принтер успешно применен для создания кохлеарных имплантатов индивидуальной формы. Но как задается форма?

Для этого сначала методом компьютерной томографии сканируют внутреннее ухо пациента. Создается виртуальная модель ушной улитки. На ее основе создают конформную модель имплантата. Эту модель вводят в компьютер, управляющий трехмерным принтером. Ну а принтер выдает готовый имплантат.

Все? Нет, не все. Форма индивидуального имплантата, увы, не позволяет ввести его в улитку сквозь узкий слуховой проход. То же делать? «Рассверливать» ухо?

Найден другой, гораздо более удобный (особенно для пациентов!) путь неинвазивной доставки индивидуального имплантата во внутреннее ухо.

Память формы

Для этого применены свойства материалов, обладающих памятью формы.

Память формы – это стремление материала с измененной конфигурацией вернуться к прежнему внешнему виду. Разумеется, не все вещества обладают такой способностью. Принципиально память формы обусловлена, например, кристаллическим строением металла. Образовавшаяся после плавления кристаллическая решетка сохраняется, несмотря на последующие изменения, которым была подвергнута структура металла. Она сохраняется если даже не физически, то, по крайней мере, как память о кристаллической структуре, заложенная в остаточные элементы нарушенной решетки. Возвращение к первоначальной кристаллической структуре происходит, как правило, при нагреве металла.

Материалы с памятью формы давно нашли применение в различных областях техники. В настоящее время они все активней используются в медицине, особенно в методиках регенеративного и реконструктивного лечения. Имплантаты со свойствами памяти формы сами «вписываются» в конкретную анатомическую зону, которую они должны дополнить.

Как это происходит при кохлеарной операции восстановления слуха?

Как мы сказали, имплантат, в точности соответствующий форме ушной улитки конкретного пациента, формуется на трехмерном лазерном принтере. Для его изготовления применяют никелево-титановый порошок. Образованный из него слиток (правильнее сказать, спекшаяся форма) обладает хорошей памятью материала.

Полученный имплантат расправляют – раскатывают в штангу, которая беспрепятственно проходит сквозь слуховой проход. Доставленный к ушной улитке, он тут же подвергается быстрому локальному нагреву до температуры 60 градусов. Внутреннее ухо не успевает среагировать на такой нагрев, поэтому не происходит ожога, пациент ничего не ощущает. А в материале имплантата срабатывает память, он принимает первоначальную форму, идеально прилегая к поверхности ушной улитки.

Дальнейшие действия уже носят не столько хирургический, сколько технический характер: имплантат соединяют с микрофоном-процессором, систему настраивают для адекватной передачи сигналов и хорошей слышимости. Глухой инвалид обретает слух.

Четвертое измерение – время

Итак, мы выяснили, что первичное формование имплантата проводится на трехмерном лазерном принтере, но затем происходят намеренные трансформации и самовосстановление формы. То есть при окончательном формовании имплантата (уже во внутреннем ухе пациента, во время хирургической операции) задействовано еще одно измерение – время. Поэтому технология называется четырехмерным формованием.

Отсюда и «четырехмерные» имплантаты!

У имплантатов с четырехмерным формованием большое будущее. И не только в восстановлении слуха. Замечательные возможности открывают они для ортохирургии и травматологии.

Так, при лечении сложных переломов можно в рамках минимально-инвазивной операции проводить установку ортопедических конструкций, которые, приняв заданную форму, идеально дополнят утраченные элементы костей или суставных хрящей.

При хирургическом лечении сколиоза, особенно у детей, применение таких ортопедических устройств избавит от необходимости дополнительных операций, которые проводятся для дополнительной подгонки или замены установленных на позвоночнике корректирующих инструментов. По расчетам специалистов, за весь период хирургического исправления позвоночника можно будет «сэкономить» как минимум две-три операции, что крайне важно для пациентов, тем более для детей.