Druk 3D w medycynie z wykorzystaniem technologii proszkowych

0

Druk 3D ma coraz większy wpływ na różne gałęzie przemysłu, rewolucjonizując i ulepszając produkcję w różnych branżach. Na czoło wysuwa się medycyna, gdzie liczba zastosowań technologii addytywnych z roku na rok wzrasta, a co jakiś czas dowiadujemy się o kolejnych spektakularnych sukcesach czy to w transplantologii, czy przy prowadzeniu udanych eksperymentów z biodrukowaniem tkanek z żywych komórek.

W ramach korzyści związanych z drukiem 3D w branży medycznej można wymienić cztery główne obszary jego zastosowań w celu poprawy i/lub ratowania życia pacjentów. W zależności od rodzaju technologii i wykorzystywanych materiałów do druku 3D, są to zastosowania kliniczne – biodruk 3D i transplantologia oraz – nazwijmy je przygotowawczymi: drukowanie 3D modeli operacyjnych, narzędzi chirurgicznych, jak również ortez, wkładek ortopedycznych, aparatów stomatologicznych, czy aparatów do leczenia bezdechu sennego.

Z racji tego, że na temat tworzenia tkanek i organów z wykorzystaniem 3D, ukazało się już na łamach Centrum Druku 3D sporo artykułów, chciałabym przyjrzeć się bliżej zastosowaniu technologii przyrostowych w branży urządzeń medycznych oraz narzędzi, o czym się mówi zdecydowanie mniej niż o wspominanym biodruku, a jest to dziedzina, która rozwija się równie szybko, głównie w nawiązaniu do proszkowych technologii takich jak SLS czy MJF.

Protezy

Usztywnienie stopy i podudzia

Tworzenie tradycyjnych protez jest bardzo czasochłonne i może wpłynąć destrukcyjnie na oryginalne formy podczas dopasowywania aparatów. Również wysokie koszty aplikacji stanowią często barierę dla osób bez znaczących zasobów finansowych. Naukowcy z University of Toronto, we współpracy z Autodesk Research i CBM Canada, wykorzystali druk 3D do szybkiego wyprodukowania tanich i łatwo konfigurowalnych gniazd protetycznych dla pacjentów w krajach rozwijających się – zwłaszcza w Ugandzie. Podobnie Not Impossible Labs z siedzibą w Kalifornii, które zabrało drukarki 3D do Sudanu, gdzie chaos wojny pozostawił wiele osób z amputowanymi kończynami. Założyciel organizacji, Mick Ebeling, wyszkolił miejscowych, jak obsługiwać maszyny, tworzyć specyficzne dla pacjenta kończyny i dopasowywać te nowe, bardzo tanie protezy.

Można zatem zaryzykować stwierdzenie, że druk 3D pozwala na produkcję niskobudżetowych protez, co w odniesieniu do najmłodszych pacjentów jest bardzo istotne. Duże koncerny nie produkują masowo małych protez z prostej przyczyny – dzieci szybko rosną. Dzięki drukarkom 3D, koszt nowych elementów będzie nieduży (standardowe protezy to wydatek od 9000,00 PLN wzwyż), a wymiana protezy odbędzie się bez dużego uszczerbku na finansach rodziny. Technologie proszkowe, jak na przykład Multi Jet Fusion, ze względu na dużą dokładność, niemalże izotropowe zachowanie elementów i niewielkie odkształcenia, doskonale się sprawdzają w produkcji protez czy ortez, oferując szybko tanie i w pełni spersonalizowane, dopasowane do użytkownika modele, które są tak samo wytrzymałe i jednocześnie dużo lżejsze niż tradycyjne protezy.

Modele przedoperacyjne

Model anatomiczny serca

Druk 3D rewolucjonizuje medycynę również poprzez przygotowanie chirurgiczne. Jest wykorzystywany do replikowania narządów specyficznych dla pacjenta, używanych następnie do ćwiczeń, aby przygotować się do wykonania skomplikowanych operacji. Daje to zdecydowanie lepsze efekty i dokładność niż tylko poleganie na prześwietleniach rentgenowskich, tomografii komputerowej i rezonansu magnetycznego. Ostatecznie ta metoda udowodniła, że ​​przyspiesza procedury i minimalizuje urazy pacjenta.

Według samych lekarzy możliwość symulowania właściwości elastycznych tkanki, przetestowanie wszczepienia sztucznej zastawki czy innego narzędzia oraz fizyczny kontakt z modelem stanowią dodatkowy pozytywny aspekt, doceniany przez nich najbardziej jeśli chodzi o dydaktyczny aspekt medycznego druku 3D. Modele operacyjne najczęściej wykorzystuje się w korekcji kręgosłupa, operacji związanych z komplikacjami porodowymi, przeszczepami serca i narządów oraz skanowaniu i naprawianiu złamań i pęknięć. Replikacja narządów do przeszczepów pomaga również ocenić ich zgodność z przeznaczeniem.

Inną korzyścią jest zdolność chirurga do fizycznego obsługiwania i wizualizacji specyficznego dla pacjenta modelu anatomicznego. Wydrukowany w 3D, pozwala poznać dokładną anatomię pacjenta z wielu punktów widzenia, a tym samym przewidzieć, czego się spodziewać podczas operacji, co zwiększa prawdopodobieństwo powodzenia leczenia. Dodatkowo symulacja chirurgiczna operacji i przygotowanie za pomocą druku 3D ma potencjał ogromnych oszczędności kosztów i czasu.

Egzoszkielety

Egzoszkielet ręki

W ubiegłym roku naukowcy z Wydziału Nauk o Zdrowiu Collegium Medicum Uniwersytetu Mikołaja Kopernika odnieśli sukces na targach nowych technologii w Bangkoku. Otrzymali złoty medal oraz dwie nagrody specjalne za wykonanie w technologii druku 3D egzoszkieletu pasywnego służącego wsparciu sił osłabionych kończyn u dzieci.

Pa 11 – materiał, z którego drukuje się między innymi w technologii MJF, idealnie nadaje się ze względu na dokładność wymiarową, wytrzymałość oraz sprężystość, do produkcji egzoszkieletów, czyli urządzeń mocowanych na zewnątrz ciała, umożliwiających wzmocnienie siły mięśni użytkownika. Wykorzystanie druku 3D w technologii MJF do wytwarzania egzoszkieletów pozwala w pełni je dopasować do anatomii ciała i uwzględnić kształt odcinków kręgosłupa pacjenta. Dzięki temu komfort użytkowania egzoszkieletu jest zdecydowanie wyższy i zapewnia bardzo dobry rozkład masy ciała.

Ortezy i wkładki ortopedyczne

Egzoszkielet ręki

Technologie addytywne mogą w znaczącym stopniu ulżyć osobom skazanym na usztywnienia kończyn po złamaniach czy zwichnięciach. Niedogodności noszenia zwykłego gipsu były ponoć głównym impulsem do powstania modelu usztywnienia z nylonu. Multi Jet Fusion z certyfikatem biozgodności jest jak najbardziej dedykowany do produkcji, dopasowanych do pacjenta, ortez, protez czy egzoszkieletów.

Usztywnienie ręki

Oferując kolorowe wydruki pozwala na jeszcze większą personalizację niż pozostałe technologie proszkowe, przy jednoczesnym maksymalnie skróconym czasie wykonania egzoszkieletu czy ortezy lub wkładki ortopedycznej.

Ortodontyczne aparaty nakładkowe – alignery

Forma do alignera

W przeciwieństwie do wszystkich aparatów stałych, “aligner” to przykład aparatu ruchomego, który nie jest przyklejany na stałe podczas trwania leczenia ortodontycznego. Jest to nowoczesna metoda korygowania wad zgryzu za pomocą przeźroczystych nakładek, które są dobierane indywidualnie do każdego pacjenta. Alignery są wygodne i w prosty sposób można je zdjąć w razie potrzeby, np.: ważnego spotkania czy też posiłku.

Protetyczne formy dentystyczne

Technologia MJF w porównaniu do konkurencyjnych technologii druku 3D oferuje największą produktywność przy najniższych kosztach w przeliczeniu na pojedynczy aparat. W wysokiej rozdzielczości drobnych szczegółów dziennie może być produkowanych nawet 1200 form dentystycznych z kosztem części od 5 do 200 zł. Zdolność produkcyjna jest zatem do 5 razy wyższa niż w pozostałych technologiach przy kosztach niższych o połowę.

Sprzęt i wyposażenie medyczne

Uchwyt do monitora diagnostycznego

Druk 3D coraz śmielej wkracza również do produkcji urządzeń medycznych. Sprawdza się przede wszystkim w prototypowaniu i wytwarzaniu małych serii różnych elementów, które są o wiele tańszymi zamiennikami dostępnych na rynku narzędzi. Tym bardziej, że ich jakość nie odbiega od „oryginalnych” przedmiotów, co potwierdza wiele opublikowanych badań przeprowadzanych przez zespoły ekspertów min. z Kanady, Wielkiej Brytanii i Izraela. Porównując standardowy oraz stworzony z wydrukowanych w technologii 3D elementów – stetoskop, przystawiano przez 15 sekund do powierzchni napełnionego wodą balona, przez który przepuszczano fale dźwiękowe z zakresu tzw. „białego szumu„, imitując chorobę płuc. Nie zaobserwowano różnicy w jakości odsłuchu. Stetoskop, którego wydrukowanie kosztowało niecałe 3 dolary, okazał się równie poręcznym narzędziem, co dostępny na rynku, wyprodukowany według międzynarodowych standardów model rynkowy.

Firmy wytwarzające sprzęt medyczny często koncentrują się na produkcji małoseryjnej. Ciągłość pracy w takim przypadku uzależniona jest od dostawców zewnętrznych i ceny, którą zaproponują, a ta zazwyczaj jest wyższa, gdy w grę wchodzi produkcja jednostkowa. O konkurencyjności producentów aparatury medycznej decyduje natomiast ciągłe ulepszanie urządzeń, wiążące się z budowaniem i testowaniem prototypów. Optymalnym rozwiązaniem dla przedsiębiorców, którzy chcą uniknąć wysokich kosztów i przestojów w pracy oraz bez przeszkód przygotowywać nowe wersje swoich urządzeń, może okazać się zatem wprowadzenie technologii druku 3D.

Entuzjaści nowych technologii od dawna przekonują, że druk 3D to przyszłość medycyny. Intensywność badań w zakresie produkcji nowych materiałów do druku trójwymiarowego oraz wejście technologii addytywnych do produkcji urządzeń medycznych, sprawiły, że firmy same mogą decydować o czasie i liczbie drukowanych detali, a ich koszt uległ redukcji od trzech do pięciu razy. Producenci podkreślają jednak, że każda decyzja o przejściu na AM w ramach wytwarzania komponentów, podzespołów czy części zamiennych jest poprzedzona analizą ryzyka i testami potwierdzającymi słuszność zastosowania.

Wdrożenie technologii addytywnych w centrach rozwoju koncernów produkujących narzędzia i aparaturę medyczną zaowocowało zmianą schematu w projektowaniu narzędzi. Dlaczego? Nie projektuje się już pod kątem możliwości produkcyjnych, lecz funkcjonalności. Projektanci nie myślą o tym jak mogą pogodzić projekt z ograniczeniami produkcyjnymi. W przypadku technologii druku 3D nie ma to zasadniczo żadnego znaczenia. Jeśli więc branża medyczna otworzy się jeszcze bardziej na technologie addytywne, to na pewno przełoży się to na poprawę jakości świadczonych usług bez ponoszenia zbędnych kosztów, a to jest przecież bardzo istotne dla nas wszystkich.

DODAJ KOMENTARZ:

Leave A Reply