Matemaattista mallinnusta voidaan hyödyntää hammasproteesien suunnittelussa

Matemaattisella mallinnuksella on monia käytännön sovelluskohteita. Turun AMK:n Computational Engineering and Analysis (COMEA) -tutkimusryhmän tutkija Rabia Altunay on kiinnostunut LUT-yliopistoon työn alla olevassa väitöskirjatyössään matemaattisen mallinuksen lääketieteellisistä sovelluksista.

Teksti: Martti Komulainen
Kuvat: COMEA ja Suun terveyden tutkimusryhmät, Turun AMK, Martti Komulainen (henkilökuva)

Hiljattain Rabia Altunay ja hänen tutkijakollegansa esittelivät SIAM-konferenssissa (Society for Industrial and Applied Mathematics) tutkimusta, jossa selvitettiin 3D-tulostetun hammasproteesin optimaalista vahvikerakennetta. Simuloinnissa mallinnetun proteesin virtuaalinen vastine, digitaalinen kaksonen, altistettiin suun purentavoimaa jäljitteleville voimille.

– Hammasproteesien valmistaminen 3D tulostamalla on yleistynyt viime vuosina. Tutkimuksessa haettiin proteesin kuituvahvikkeen optimaalista sijaintia proteesissa ja miten pieni määrä vahvikemateriaalia riittää vahvistamaan proteesia niin, että vahvistettu proteesi kestää purentavoimat. Vahvike täytyy lisätä vielä nykyään manuaalisesti, koska hammaslääketieteen sovelluksiin ei ole 3D-tulostinta tai materiaaleja, jolla vahvikkeen voisi tulostaa suoraan proteesiin. Tutkimuksessa tehtiin esiselvitystä, jolla pyritään ratkaisemaan tätä puutetta, kertoo tutkijaryhmään kuulunut lehtori ja tutkimusryhmän vetäjä Pasi Alander Turun AMK:n Suun terveyden tutkimusryhmästä.

– Takahampaat purevat voimakkaammin kuin etuhampaat. Nämä edellä mainitut seikat tekevät matemaattisesta mallintamisesta vaikea, eikä siihen pysty kuin moniammatillinen tiimi, johon kuuluu niin hammasteknikkoja kuin insinöörejä. Kun proteesiin lisätään vielä kuituvahvike, on mallinnus vielä haasteellisempaa, koska laskemissa täytyy ottaa huomioon proteesissa olevan kahden materiaalin ominaisuudet, jatkaa Pasi Alander.

Teoriaa ja käytäntöä

Tutkija Rabia Altunayta kiehtoo teoreettisen tutkimuksen soveltaminen käytäntöön. Myös työskentely yritysten kanssa kiinnostaa tulevaisuudessa.

Computational Engineering and Analysis (COMEA) -tutkimusryhmän tavoite on hakea ratkaisuja käytännön ongelmiin hyödyntäen mallinnusta ja poikkitieteellistä tutkimusotetta. Poikkitieteellisyydestä on hyvä esimerkki hammasproteesien kehitystyö mallinnuksen avulla. Työssä yhdistyvät mallinnus, lisäävän valmistuksen tekniikat (3D-tulostus) sekä suun terveyden tutkimus.

Hammasproteesitutkimus oli osa jo päättynyttä ”Lisäävän valmistuksen keskus bio- ja lääketeollisuudelle (AMBioPharma)” -projektia , joka pyrkii edistämään uusien lääkevalmisteiden, hammasproteesien, lääkinnällisten instrumenttien ja testijärjestelmien tuotekehitystä 3D-tulostuksen avulla. Tutkimus on myös osa Turun lisäävän valmistuksen osaamisen innovaatiokeskittymän, TICAMin toimintaa (www.ticam.fi).

Lisäävän valmistuksen/3D-tulostuksen merkitys osana uusien tuotteiden kehitystä kasvaa voimakkaasti. Hankkeen tarkoituksena on vahvistaa Varsinais-Suomen bio- ja lääketeollisuuden innovaatio- ja kilpailukykyä tällä kasvavalla alalla.