ZESPÓŁ AUTORSKI

Uniwersytet Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy

dr inż. Dariusz Mikołajewski

prof. dr hab. inż. Mariusz Kaczmarek

dr hab. Marek Macko

mgr Zbigniew Szczepański

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Egzoszkielet jest urządzeniem technicznym, które rozszerza i poprawia wybrane umiejętności użytkownika. Z medycznego punktu widzenia może on służyć jako wielofunkcyjne urządzenie medyczne, poprawiające możliwości pacjenta w sposób zbliżony do naturalnej mobilności człowieka, a także jako opcja w przywracaniu funkcji kończyn górnych. Ponadto egzoszkielety są uważana za prawdopodobnie bardziej efektywne niż tradycyjne wsparcie i opieka terapeutów przy wykorzystaniu urządzeń rehabilitacyjnych. Celem projektu jest wprowadzenie na rynek nowego produktu oferującego nową funkcjonalność w skali kraju: egzoszkieletu pasywnego (wspomaganie oparte na elementach sprężystych) dla dzieci z osłabieniem siły mięśniowej w obszarze kończyn górnych. Ww. rozwiązanie rozwija koncepcję terapii personalizowanej przy użyciu technologii addytywnych egzoszkieletów pasywnych dla dzieci w wieku do 14 roku życia. W samej tylko Polsce rokrocznie rodzi się ok. 600 dzieci z osłabieniem i męczliwością kończyn górnych. Do najpopularniejszych schorzeń i wad genetycznych powodujących wspomniane problemy należą m.in.: pierwotne choroby mięśni, zaburzenia rozwojowe mięśni, miopatie, uszkodzenia obwodowego oraz ośrodkowego układu nerwowego czy artrogrypozy. Skanowanie 3D umożliwia zapis charakterystyki budowy górnej części ciała dziecka w formie plików cyfrowych. Połączenie technologii skanowania 3D oraz druku 3D w postaci inżynierii odwrotnej daje możliwość stosunkowo taniego tworzenia (z adaptacją do konkretnego dziecka) cyfrowego projektu egzoszkieletu o złożonej strukturze wewnętrznej i zewnętrznej na podstawie fizycznego odpowiednika (w tym anatomicznego). Druk 3D umożliwia tworzenie egzoszkieletu z plików cyfrowych, przy dobieranych indywidualnie do każdego dziecka parametrach (wymiary, wytrzymałość, elastyczność, ciężar, siła wspomagania, itp.). Wynalazek rozwiązuje problem prostych, tanich, szybkich w produkcji, dokładnych, dopasowanych do konkretnego pacjenta, łatwych w użyciu egzoszkieletów dla dzieci poniżej 14 roku życia z osłabieniami w obszarze kończyn górnych dzięki wszechstronnemu zastosowaniu skanowania 3D, druku 3D oraz inżynierii odwrotnej. Główne charakterystyki techniczne ważne dla użytkowników egzoszkieletów obejmują:
- wsparcie ruchu w trzech stawach: ramiennym, łokciu i nadgarstku,
- wsparcie ruchu dzięki sprężynom,
- brak ograniczeń spowodowanych wzrostem i długością kończyn użytkownika,
- skrócony czas i zmniejszony wysiłek potrzebny do dopasowania i wstępnego ustawienia egzoszkieletu przed pierwszym użyciem,
- wygoda codziennego użytkowania,
- możliwość transportu.
Zaletą opisywanego systemu jest również możliwość wykorzystania go u dzieci w różnym wieku, w warunkach szpitalnych, ambulatoryjnych oraz w domu. Rozwój taniego druku 3D może znacząco poprawić dostęp do takich rozwiązań jak egzoszkielety bez pogorszenia ich jakości. Wczesna diagnoza i fachowy proces terapeutyczny, łączący rehabilitację oraz elementy zaopatrzenia rehabilitacyjnego takie jak egzoszkielet, mogą zatrzymać postęp choroby lub nawet przynieść poprawę w obszarze aktywności codziennego życia. Przewagi konkurencyjne:
1. Przewaga jakościowa: indywidualne dopasowanie i wykonanie metodą druku 3D,wspieranie funkcji kończyny górnej lub jej wybranych części (w tym ruchów w stawach: ramiennym i łokciowym), stosowanie u małych dzieci, natychmiastowa poprawa funkcji (sięganie, interakcja z obiektem), kształtowanie poprawy funkcji w dłuższym okresie czasu.
2. Przewaga technologiczna: możliwość codziennego wykorzystania w warunkach domowych, stopniowa adaptacja (przyszłościowo poprzez wymianę elementów) do egzoszkieletu wspomaganego.
3. Przewaga ekologiczna: rozwiązanie rosnące wraz z dzieckiem (o elementach regulowanych lub wymiennych, przewaga ekologiczna – brak potrzeby wymiany całego urządzenia).
4. Przewaga kosztowa: produkcja krajowa, niższe koszty, dostępność na miejscu (w tym badań i skanowania dziecka).
Możliwość kopiowania: produktu: istnieje, natomiast w know-how jest wiele kwestii nieujawnionych, które potęgują ochronę rozwiązania i terapeutyczny efekt rozwiązania, a jednocześnie wręcz uniemożliwiają jego dokładne skopiowanie ze względu na konieczne nakłady finansowe (m.in. sposób łączenia obrazów medycznych i szablonów druku 3D wymaga jednoczesnego stosowania więcej niż jednej technologii, nowatorski jest też sposób ułożyskowania, nietypowe łożyska i śruby będą prawdopodobnie docelowo drukowane z proszków metali, itd.).

ISTOTA WYNALAZKU

Wynalazek rozwija technologie terapii personalizowanej, które wysuwają się obecnie na czoło najbardziej zaawansowanych technologii w obszarze technologii medycznych. Powszechne wdrożenie opracowywanego rozwiązania przyczyni się też do poprawy i unowocześnienia metod diagnozowania i leczenia chorób, w tym u dzieci, co przełoży się na efekty społeczne. Jest rozwiązaniem stosunkowo tanim, co pozwoli na poprawę efektywności terapii personalizowanej. Ostatecznymi użytkownikami są dzieci z osłabieniem siły kończyn górnych i ich rodzice. Ważną grupą interesariuszy są lekarze i fizjoterapeuci, ale tymi, którzy odniosą korzyści w wyniku wdrożenia innowacji są ich pacjenci (szybsza i tańsza diagnostyka, zmniejszenie kolejki do specjalisty, możliwość rehabilitacji w nowej, bardziej przyjaznej pacjentowi i jego rodzinie formie. W samej tylko Polsce rokrocznie rodzi się ok. 600 dzieci z osłabieniem i męczliwością kończyn górnych. Jednak trzeba wziąć pod uwagę, że przy zaopatrywaniu dzieci w wieku 3-14 lat w Polsce żyje obecnie ok. 6600 dzieci wymagających zastosowania ww. urządzenia. Drukowany 3D egzoszkielet pasywny dla dzieci z osłabieniem siły kończyn górnych jest unikalny w skali krajowej i światowej, jego rozwój wymaga integracji wiedzy oraz badań interdyscyplinarnych w całkowicie nowych dziedzinach, a jego wdrożenie na masową skalę będzie nie tylko ważną innowacją społeczną, pozwalającą na zapobieganie wielu nieprawidłowościom rozwoju dzieci, ale również pomoże im rozwinąć w pełni ich wrodzony potencjał. Jest to osiągnięcie, które już znalazło uznanie w kraju i za granicą. Pokazuje, że możliwa jest udana komercjalizacja badań naukowych poprzez patentowanie rozwiązań równie w ramach uniwersytetu szerokoprofilowego (klasycznego) jakim jest UKW w Bydgoszczy. Przyczynia się to w znaczący sposób do upowszechniania wiedzy o najwyższej jakości dokonaniach naukowców regionu kujawsko-pomorskiego w wymiarze regionalnym, krajowym oraz międzynarodowym.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Zaproponowana w projekcie technologia druku 3D egzoszkieletu pasywnego dla dzieci nie jest rozwiązaniem pionierskim, jednak w skali kraju oraz prawdopodobnie Europy, jest rozwiązaniem najbardziej zaawansowanym technologicznie z przeznaczeniem dla młodych pacjentów. Nie znaleziono podmiotu posiadającego w ofercie egzoszkieletu dedykowanego specjalnie dla dzieci z osłabieniem siły kończyn górnych, w szczególności projektowanego indywidualnie dla pacjenta metodą druku 3D. Zatem analizowana technologia ma potencjalne szanse zdobyć przewagę konkurencyjną, będąc pierwszą dostępną tego typu konstrukcją na rynku polskim. Na podstawie zauważalnego rozwoju sektora drukarek 3D oraz powszechnego do nich dostępu, można przypuszczać, iż ewentualne produkty konkurencyjne również będę wykorzystywać opisaną we wniosku technologię skanowania przestrzennego.