Кристали на всі руки

Премію президента України для молодих учених 2007 року за цикл наукових праць «Розробка, діагностика й клінічна апробація прецизійних сапфірових імплантатів» здобули співробітники НТК «Інститут монокристалів» НАНУ кандидат технічних наук Олександр Волошин і молодший науковий співробітник В’ячеслав Педаш та ортопед-травматолог відділення ортопедичної артрології й ендопротезування Інституту проблем хребта і суглобів ім. М.Ситенка АМН України Олексій Танькут.

— Олександре Вікторовичу, після публікації про першу операцію із заміни тазостегнового суглоба пацієнтки сапфіровим ендопротезом в Інститут проблем хребта й суглобів ім.М.Ситенка надійшла безліч прохань від хворих. Наскільки складно виготовити цей виріб? — із таким запитанням я звернулася до О.Волошина.

— Один із способів полягає в тому, що в спеціальних ростових камерах вирощується заготовка, тобто монокристал сапфіра великого розміру, так звана буля. З неї потім стандартними методами обробки — а це понад 150 операцій — виготовляють конкретний виріб. Усе це виконується на різних верстатах, застосовується й ручна праця.

Складностей вистачало. Наприклад, хоча голівку й вертлюжну западину суглоба роблять стандартного розміру для різних пацієнтів, чимала трудність полягає в тому, щоб під час обробки досягти їхньої ідеальної сферичності. Відхилення має бути не більше мікрона й це при тому, що сапфір — другий за міцністю камінь після алмазу. Ще одна проблема пов’язана з тим, що сапфір — анізотропний кристал, тобто в різних напрямках його механічні властивості дуже різняться. Треба було так підібрати режими алмазно-абразивної обробки, щоб у результаті вийшла поверхня максимальної міцності й із мінімальним відхиленням від сферичності. Так, під час тестування голівки на міцність вона мала витримати тиск 2,5 тонни. Її клали під прес, і при певній швидкості нарощування навантаження вона витримала тиск від 2,7 до 5 тонн. Це більше, ніж витримує природний суглоб, хоча він теж досить міцний, проте імплантат повинен мати запас міцності.

Першу сапфірову пару виготовляли в лабораторних умовах протягом кількох місяців на доступному нам устаткуванні. Щоб поставити виготовлення таких ендопротезів на потік, потрібно відкрити виробничу дільницю й закупити відповідне обладнання. Якщо таку дільницю буде запущено, час виготовлення протезів помітно скоротиться, а їх вартість знизиться. У такому разі виробництво сапфірових ендопротезів тазостегнового суглоба може стати комерційним проектом.

— Олексію Володимировичу, яка потреба у використанні сапфірових ендопротезів при тому, що виготовляти їх дуже нелегко? — запитую в ортопеда-травматолога О.Танькута.

— Ендопротезування застосовується при наслідках захворювань і травм тазостегнового суглоба й є операцією, найчастіше виконуваною в ортопедії. Причин виникнення патології цього суглоба багато — травми, інфекції, спадкові захворювання, пухлини. У Харкові, в нашому інституті, ендопротезування виконується з 1968 року з використанням різних варіантів виготовлення голівки суглоба й відповідної йому вертлюжної западини — метал-метал, метал-поліетилен і кераміка-поліетилен.

Усі вони мають одну ваду. Приблизно через 15 років роботи ці пари тертя зношуються й їх треба міняти, тобто неминуча повторна операція. Між тим людині бажано робити якнайменше операцій, тим більше що такий протез служитиме вже років на п’ять менше. Сапфір — найкращий матеріал із погляду ортопедії, хоча й технологічно складний у виготовленні. Протез дає людині функціональну можливість жити з тазостегновим суглобом як з природним, не рекомендуються тільки деякі різновиди фізичних навантажень, наприклад стрибки.

У світі виконується близько мільйона операцій із заміни тазостегнового суглоба на рік. В Україні — 2,5—3 тисячі на рік, хоча потрібно не менше п’яти тисяч. На жаль, захворюваність, зокрема молодих, із кожним роком зростає, збільшується й інвалідність.

— В’ячеславе Юрійовичу, ви досліджуєте й розробляєте пристрої для медичної діагностики, а якщо конкретніше, для візуалізації об’єктів у медицині, зокрема гамма-камери. Чим ваша розробка відрізняється від зразків, розроблених в НТК «Інститут монокристалів? — запитую у В.Педаша.

— Серед розробок нашого інституту є гамма-камера загального призначення, яка дозволяє виявляти функціональні порушення в тілі пацієнта, й циліндрична — для дослідження голови. Мій проект відрізняється габаритами. Це маленька портативна гамма-камера розмірами 70 х 70 х 250 міліметрів і масою усього три з половиною кілограми — її легко тримати в руці. В основі камери — так званий піксельований сцинтиляційний детектор. При якісній картинці й хорошому розділенні ця крихітка відрізняється доступністю для установ охорони здоров’я, її ціна значно нижча.

Під час огляду хворого йому вводять у кров радіофарм­препарат і притуляють портативну гамма-камеру до того місця в організмі, яке треба досліджувати. Через певний час на екрані монітора з’являється зображення цієї ділянки, яке виявляє порушення, наприклад пухлини. За потреби лікар може з допомогою комп’ютера перетворити зображення на відео, побудувати потрібні графіки й проаналізувати їх.

Нині портативна діагностична камера вже успішно пройшла іспити в медиків, існує у вигляді робочого прототипу в одному екземплярі. При масовому випуску вона може використовуватися в медичних установах різного рівня.