Кристаллы на все руки

Премию президента Украины для молодых ученых 2007 года за цикл научных работ «Разработка, диагностика и клиническая апробация прецизионных сапфировых имплантатов» получили сотрудники НТК «Институт монокристаллов» НАНУ кандидат технических наук Александр Волошин, младший научный сотрудник Вячеслав Педаш и ортопед-травматолог отделения ортопедической артрологии и эндопротезирования Института проблем позвоночника и суставов им. Ситенко АМН Украины Алексей Танькут.

— Александр Викторович, после публикации о первой операции по замене тазобедренного сустава пациентки сапфировым эндопротезом в Институт проблем позвоночника и суставов им. Ситенко поступило множество соответствующих просьб от больных. Насколько сложно изготовить это изделие? — с этим вопросом я обратилась к А.Волошину.

— Один из способов заключается в том, что в специальных ростовых камерах выращивается заготовка, то есть монокристалл сапфира большого размера, так называемая буля. Из нее потом стандартными методами обработки — а это более 150 операций — изготавливается конкретное изделие. Все это делается на различных станках, применяется и ручной труд.

Сложностей хватало. Например, хотя головка и вертлужная впадина сустава делается стандартного размера для разных пациентов, немалая трудность заключается в том, чтобы при обработке достичь их идеальной сферичности. Отклонение должно было быть не больше микрона и это при том, что сапфир — второй при прочности камень после алмаза. Еще одна проблема связана с тем, что сапфир является анизотропным кристаллом, то есть в разных направлениях его механические свойства сильно различаются. Нужно было таким образом подобрать режимы алмазно-абразивной обработки, чтобы в итоге получилась поверхность максимальной прочности и с минимальным отклонением от сферичности. Так, при тестировании головки на прочность она должна была выдержать давление 2,5 тонны. Ее клали под пресс, и при определенной скорости наращивания нагрузки она выдержала давление от 2,7 до 5 тонн. Это больше, чем выдерживает естественный сустав, хотя он тоже достаточно крепкий, поскольку имплантат должен обладать запасом прочности.

Первая сапфировая пара изготавливалась в лабораторных условиях на доступном нам оборудовании несколько месяцев. Чтобы поставить изготовление таких эндопротезов на поток, нужно открывать производственный участок и закупать соответствующее оборудование. Если такой участок будет запущен, сроки изготовления протезов значительно сократятся, а их стоимость снизится. В таком случае производство сапфировых эндопротезов тазобедренного сустава может стать коммерческим проектом.

— Алексей Владимирович, какова необходимость в использовании сапфировых эндопротезов при том, что их изготовление представляет немалые трудности? — спрашиваю у ортопеда-травматолога А.Танькута.

— Эндопротезирование применяется при последствиях заболеваний и травм тазобедренного сустава и является наиболее часто выполняемой операцией в ортопедии. Причин возникновения патологии этого сустава много — травмы, инфекции, наследственные заболевания, опухоли. В Харькове, в нашем институте эндопротезирование выполняется с 1968 года с использованием разных вариантов изготовления головки сустава и соответствующей ему вертлужной впадины — металл-металл, металл-полиэтилен и керамика-полиэтилен.

Все они имеют один недостаток. Примерно после 15 лет работы эти пары трения снашиваются и их нужно заменять, то есть неизбежна повторная операция. Хотя человеку желательно делать как можно меньше операций за жизнь, тем более что следующий протез будет служить уже лет на пять меньше. Сапфир — самый лучший материал из существующих с точки зрения ортопедии, хотя технологически и сложен в изготовлении. Протез дает человеку функциональную возможность жить как с естественным тазобедренным суставом, не рекомендуются только некоторые виды физических нагрузок, например прыжки.

В мире выполняется около миллиона операций по замене тазобедренного сустава в год. В Украине — около двух с половиной — трех тысяч в год, хотя нужно не менее пяти тысяч. К сожалению, заболеваемость, в том числе молодых, с каждым годом возрастает, увеличивается и инвалидность.

— Вячеслав Юрьевич, вы занимаетесь исследованием и разработкой устройств для медицинской диагностики, а если конкретнее, для визуализации объектов в медицине, в частности гамма-камерами. Чем ваш проект отличается от существующих образцов, которые разрабатывались в НТК «Институт монокристаллов? — спрашиваю у В. Педаша.

— В числе разработок нашего института есть гамма-камера общего назначения, которая позволяет обнаруживать функциональные нарушения в теле пациента, и цилиндрическая — для исследования головы. Мой проект отличается габаритами. Это маленькая портативная гамма-камера размером 70 х 70 х 250 миллиметров и массой всего три с половиной килограмма — ее легко держать в руке. В основе камеры — так называемый пикселированный сцинтилляционный детектор. При качественной картинке и хорошем разрешении эта малютка отличается доступностью для учреждений здравоохранения, ее цена значительно ниже.

При осмотре больного ему вводят в кровь радиофармпрепарат и прислоняют портативную гамма-камеру к тому месту в организме, который нужно исследовать. Через какое-то время на экране монитора появляется изображение этого участка, которое выявляет имеющиеся нарушения, например, опухоли. При необходимости врач может с помощью компьютера преобразовать изображение в видео, построить необходимые графики и проанализировать их.

Сейчас портативная диагностическая камера, уже успешно прошедшая испытания у медиков, существует в виде рабочего прототипа в одном экземпляре. При массовом выпуске она может использоваться в медицинских учреждениях различного уровня.