กระบวนการ Fine Shot Peening ออกแบบอุปกรณ์ดามกระดูกและสกรู เพิ่มความแข็งแรง

ปัจจุบันกระบวนการ Fine Shot Peening (FSP) ถูกนำมาใช้ในการปรับปรุงประสิทธิภาพ ของวัสดุฝังในทางการแพทย์มากขึ้น เช่น สกรู และแผ่นดามกระดูก ถือเป็นผลงานโดดเด่นของ รศ. ดร.อนรรฆ ขันธะชวนะ อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ หัวหน้าห้องปฏิบัติการวัสดุฉลาด มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) และทีมวิจัย ซึ่งเทคโนโลยีดังกล่าวจะทำให้คุณสมบัติของวัสดุมีความแข็งแรงทนทานต่อการเปลี่ยนรูปมากขึ้น ลดแรงเสียดทาน ทำให้เราสามารถผลิตวัสดุดามกระดูกที่มีขนาดบางและน้ำหนักเบาลง ช่วยให้แพทย์ผู้ผ่าตัดใช้งานได้ง่าย ผู้ป่วยรู้สึกไม่รำคาญ และแก้ไขปัญหาอุปกรณ์หลุดหรือหลวมและหักในผู้ป่วยได้

กระบวนการ Fine Shot Peening

ออกแบบอุปกรณ์ดามกระดูกและสกรู เพิ่มความแข็งแรง ทนทาน น้ำหนักเบา และราคาถูก นวัตกรรมจากฝีมือคนไทย

โดย “แผ่นดามกระดูกและสกรู ประสิทธิภาพสูง ด้วยกระบวนการ Fine Shot Peening” เป็นผลงานที่ได้รับ รางวัลประกาศเกียรติคุณ สาขาวิศวกรรมศาสตร์และอุตสาหกรรมวิจัย จากสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ เมื่อปีที่ผ่านมา

รศ. ดร.อนรรฆ กล่าวว่า “ทีมวิจัยทำงานกับแพทย์ ออกแบบอุปกรณ์ที่ฝังในร่างกาย เพื่อใช้รักษากระดูกที่หักในบริเวณที่เข้าเฝือกไม่ได้ ต้องใช้แผ่นโลหะไทเทเนียมเข้าไปยึดต่อกระดูกให้เข้ากัน” แผ่นโลหะไทเทเนียมที่ยึดหรือดามกระดูกในร่างกายบริเวณที่มีการลงน้ำหนักมาก เช่น บริเวณกระดูกสันหลัง สะโพก หรือต้นขา ทำให้แผ่นโลหะหัก ซึ่งเป็นกรณีที่พบได้บ่อย

ชิ้นส่วนอุปกรณ์ดามกระดูกแบบยาว

และด้วยขนาดแผ่นโลหะไทเทเนียม ที่ออกแบบมาไม่เหมาะกับสรีระของชาวเอเชีย เนื่องจากผู้ผลิตอุปกรณ์ส่วนใหญ่กว่า 95% มาจากต่างประเทศ การออกแบบเหมาะกับชาวยุโรป จึงเป็นที่มาของแนวคิดในการนำกระบวนการ พ่นยิงด้วยอนุภาคละเอียด หรือ Fine shot peening ซึ่งเป็นกระบวนการปรับผิววัสดุให้มีคุณสมบัติแข็งแรงสูง ทนต่อการดัด งอระหว่างการรับน้ำหนัก แต่มีขนาดที่บาง และน้ำหนักเบา นำมาประยุกต์ใช้กับวัสดุโลหะไทเทเนียมที่ฝังในร่างกายผู้ป่วย โดยได้ทำการทดลองค่าความแข็งแรงของวัสดุ ความทนทานต่อความล้าและการเปลี่ยนรูป แรงเสียดทาน ในแบบจำลองในคอมพิวเตอร์ก่อนนำไปทดสอบในกระดูกเทียม และกระดูกอาจารย์ใหญ่ พบว่าวัสดุ มีความแข็งแรงมากกว่าเดิมถึง 43% และทนแรงดัดได้มากขึ้นกว่า 40%

อุปกรณ์ดามกระดูก

ตัวอย่างอุปกรณ์ที่ใช้กระบวนการ Fine Shot Peening

ตัวอย่างอุปกรณ์ที่ใช้กระบวนการ Fine Shot Peening ที่นำไปใช้กับผู้ป่วยแล้ว เช่น สกรูขันกระดูกที่มีความสามารถในการยึด (Pullout Strength) สูงขึ้นอีก 70% โดยมีผู้ป่วยจำนวนกว่า 40 ราย ที่ได้รับการผ่าตัดพบว่าได้ผลดี ทำให้สามารถใช้งานในร่างกายได้นานขึ้น แก้ปัญหาสกรูที่ยึดกับกระดูกหลวมที่มักจะพบในผู้สูงอายุที่จำเป็นจะต้องเอาสกรูเดิมออกและใส่ใหม่

อุปกรณ์ดามกระดูก ในบริเวณที่ไม่สามารถเข้าเฝือกได้ อุปกรณ์ดามกระดูกไหปลาร้า แผ่น Clavicle plate version 1 (Dumbbell Plate) ที่มีขนาดเล็กและบางมีความแข็งแรงสูง ช่วยให้แพทย์เปิดแผลในการผ่าตัดเล็กลง ลดขั้นตอนในการยึดติดอุปกรณ์และเวลาการผ่าตัด ด้วยอุปกรณ์มีขนาดเล็กและบาง ช่วยให้ผู้ป่วยลดความรู้สึกถึงอุปกรณ์ที่อยู่ในร่างกาย

อุปกรณ์ชิ้นนี้ได้ออกแบบร่วมกับ พ.ต.ต. นพ. วิชาญ กาญจนถวัลย์ จากโรงพยาบาลเลิดสิน โดยได้รับทุนสนับสนุนการวิจัยจากสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ และโครงการสนับสนุนเร่งการเติบโตของธุรกิจนวัตกรรมรายใหม่ในอุตสาหกรรมเป้าหมาย หรือ Research Gap Fund สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) โดยได้นำไปใช้จริงแล้วกับผู้ป่วยกว่า 20 ราย พบว่าได้ผลดี และยึดติดกระดูกได้ดี ลดปัญหาการหักภายในร่างกาย

รศ. ดร.อนรรฆ กล่าวว่า อุปกรณ์ที่พัฒนานี้นอกจากจะเป็นการออกแบบนวัตกรรมการรักษาแบบใหม่แล้ว ยังมีราคาถูกกว่าการนำเข้าจากต่างประเทศกว่าครึ่ง อนาคตจึงคาดหวังอยากให้อุปกรณ์ได้รับเลือกในการบรรจุเข้าไปในรายการสำนักงานหลักประกันสุขภาพแห่งชาติ (สปสช.) เพื่อประชาชนสามารถใช้สิทธิ์ได้กับระบบประกันสุขภาพเพื่อการรักษากระดูกไหปลาร้าโดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายส่วนต่าง

อุปกรณ์ดามกระดูก

ชิ้นส่วนอุปกรณ์ดามกระดูก – สกรู

ปัจจุบันมีผลิตภัณฑ์อุปกรณ์ที่ใช้ “กระบวนการ fine shot peeing เพื่อเพิ่มความแข็งแรงของโลหะไทเทเนียม” เพื่อใช้ทางการแพทย์ จำนวน 6 อุปกรณ์ ได้แก่ Bone Plate and Screw with FSP, Spinal rod & Screw with FSP, Maxillofacial plate with FSP, Clavicle plate version 1 (Dumbbell Plate), Clavicle plate version 2 (Fish Bone Plate) และ Track distractor plate ซึ่งอุปกรณ์ทั้งหมดได้รับการจดสิทธิบัตรแล้ว และมีการวางแผนนำไปใช้กับอุปกรณ์ข้อเข่า ข้อสะโพกเทียม อุปกรณ์ตัวล็อคไทเทเนียมสำหรับยึดกระดูกสันหลังในการรักษาผู้ป่วยโรคหมอนรองกระดูกเสื่อมต่อไป