Wielki szał i moda na wydruki 3D na świecie. Medycyna jest już w tym szale obecna

Ostatnia aktualizacja 28 lipca 2022

Jenny Rouds był zaledwie nastolatkiem, kiedy został złapany przez sudańską armię partyzancką i zmuszony zostać żołnierzem.Przez cztery lata walczył.Pewnego dnia podczas patrolu został poważnie ranny,

“Wstąpiłem na coś i to wybuchło”, wspomina. “Wyrzuciło mnie w powietrze – po odzyskaniu przytomności zorientowałem się, że nie mam całej nogi. Próbowałem poszukać mojej nogi i stwierdziłem, że nie ma stopy.”

Jego towarzysze zabrali go z powrotem do bazy, ale nie było żadnej opieki medycznej. Trwało  to tak 25 dni, zanim został odpowiednio opatrzony i leczony, w tym czasie rozwinął się w jego organiżmie po jednej stronie ciała – tężec. Wreszcie, Jenny (nie jest to prawdziwe imię) został podstawiony na lot do granicy z Kenią, jego życie uratowało to, że został przekazany zespołowi Czerwonego Krzyża pod opiekę.

Teraz, dziesięć lat później, mieszka w obozie dla uchodźców, doświadczając dalszych kłopotów tego konfliktu, który pochłonął setki istnień Sudanu Południowego. W swoim kraju pomimo, że stracił nogę,  grał w koszykówkę na wózku inwalidzkim a wstając z niego dla równowagi podpierał się kijem.

Takie historie życia zniszczonego konfliktem lub chorobą są  powszechne w krajach rozwijających się. Brak ręki lub nogi może być uciążliwy w naszej szerokości geograficznej , ale dla ludzi w biedniejszych częściach świata jest on szczególnie trudny. Niektórzy są ofiarami konfliktu, a inni rodzą się kalekami. Wielu z nich jest rannych w wypadkach drogowych.W Kenii, połowa pacjentów na oddziałach chirurgicznych ma urazy drogowe. Światowa Organizacja Zdrowia szacuje, że istnieje około 30 milionów osób, takich jak Jenny, którzy potrzebują protezowych kończyn lub innych urządzeń do poruszania się, a tylko mniej niż 20% z nich  je ma.

Na ratunek takim i podobnym ludziom przychodzi teraz technologia – w formie drukowania 3D

Drukowanie 3D i produkcja za jej pomocą różnych dodatków, rewolucjonizuje medycynę, podobnie jak miało to miejsce w  innych branżach, od samochodów do odzieży. Być może nie jest to zaskakujące, biorąc pod uwagę, że  kluczową zaletą druku 3D, jest umożliwienie szybkiego i opłacalnego tworzenia produktów na zamówienie.

Eksperci tej metody opracowali w 3D-drukowaną skórę dla ofiar pożarów, szyny pneumatyczne dla niemowląt, części do rekonstrukcji twarzy u pacjentów z rakiem, implanty ortopedyczne dla emerytów. Szybko rozwijająca się technologia zaowocowała produkcją ponad 60 milionów ślimaków słuchowych i kształtek do uszu, a codziennie produkuje tysiące koron i mostków dentystycznych z cyfrowych skanów zębów, zastępując tradycyjne metody modelowania woskiem stosowane od wieków.

Rutynowo wykonywana jest operacja szczęki i operacje wymiany kolana przy użyciu przewodników chirurgicznych drukowanych na maszynach. Nic więc dziwnego, że technologia ta zaczęła wzbudzać zainteresowanie wszystkich specjalizacji medycznych.

Ostatnie lata gwałtownego jej rozwoju sprawiły, że po zaawansowane i dotychczas kosztowne rozwiązania, sięga także coraz więcej medyków w Polsce i jest to spowodowane, nie tylko aktualnym trendem transformacji polskiej służby zdrowia w stronę cyfryzacji sposobu gromadzenia I przechowywania dokumentacji medycznej, ale również szerokim spektrum korzyści I ułatwień jakle dają aktualne osiągnięcia technologii 3D. Ewolucja jest nieunikniona.

Szkolenia w zakresie 3D  (także z dotacji unijnych w ramach innowacji) pokazują jak bardzo skanowanie i drukowanie 3D upraszcza i skraca czas wykonywania dotychczasowych żmudnych zadań.

Producenci drukarek 3D prześcigają się w zachwalaniu tych urządzeń. I pomyśleć ,że rewolucja ta miała swój początek w filmach S-F, gdzie ich charakteryzatorzy niejako są pomysłodawcami tego skoku technologicznego. Czy dojdzie on do momentu gdzie będziemy mogli sobie wydrukować partnera życiowego, przyjaciela czy chociażby nową wątrobę lub nerkę?

https://youtu.be/dcX41EQ1JTo

Obecnie projektowane dla człowieka protezy(ortezy) są tak, aby mogły być użyte przez jak największy zakres pacjentów a także protezy wytwarzane na zamówienie (ang. custom orthoses), dopasowane do anatomii poszczególnych pacjentów. Pomimo przewagi wytwarzanych na zamówienie protez nad protezami tworzonymi masowo, mają one również wady. Proces ich tworzenia jest żmudny oraz długotrwały, wymaga intensywnej pracy wyszkolonego ortotyka. Dodatkowo należy on do metod jakościowych, mało dokładnych, polegających w dużym stopniu na doświadczeniu specjalisty.

Metoda polegająca na połączeniu szybkiego prototypowania oraz trójwymiarowego skanowania ma szansę wspomóc, lub nawet zastąpić w całości obecne sposoby wytwarzania protez. Udane próby w tym kierunku przeprowadzili m.in. Mavroidis i wsp., którzy stosując laserowe skanowanie 3D oraz technologię szybkiego prototypowania wytworzyli dwa rodzaje protez AFO (sztywną, przy użyciu materiału Accura SI 40 oraz elastyczną, z wykorzystaniem fotopolimeru Somos 9120). Wytworzone protezy charakteryzowały się dokładnym dopasowaniem do anatomii pacjenta oraz zbliżoną funkcjonalnością do protez wytworzonych tradycyjnymi technikami (w badaniu przeprowadzono badania pod kątem biomechaniki chodu).

Celem badań było wykonanie dostosowanego do anatomii pacjenta modelu protezy AFO na podstawie otrzymanych skanów 3D, co wiąże się z próbą otrzymania usystematyzowanej, zajmującej mniejszą ilość czasu oraz prostszej niż dotychczas stosowane metody wytwarzania robionych na zamówienie protez.

W badaniu wykorzystany został skaner wolnostojący Creaform 3D Mega Capturor (Creaform, Levis, Quebec). Jako obiekt przeznaczony do skanowania wybrano odlew gipsowy kończyny dolnej,  który posłużył za wzór przy modelowaniu protezy AFO.

Do uzyskania komputerowego modelu odlewu gipsowego oraz protezy użyty został program Geomagic (3D System, Morrisville, North Carolina). Za pomocą tego oprogramowania wszystkie skany odlewu zostały złożone w całość, wygładzone oraz pozbawione błędów. Model protezy AFO w formacie .STL został następnie zamieniony w model bryłowy przy pomocy programu typu open-source FreeCAD oraz zmodyfikowany w celu podwyższenia jakości w programie SolidEdge ST7 (Siemens PLM Software, Plano, Texas).

Dzięki zastosowaniu skanowania 3D oraz oprogramowania służącego do komputerowo wspomaganego projektowania uzyskano w łatwy sposób dostosowany do anatomii pacjenta model protezy AFO, który możliwy jest do wydruku przy użyciu technologii drukarek 3D

W pracy zaproponowano alternatywny sposób wykonania protezy AFO przy użyciu technologii trójwymiarowego skanowania oraz modelowania CAD. Model protezy otrzymany w wyniku tych metod nadaje się do wytworzenia m. in. za pomocą technik szybkiego prototypowania, takich jak drukowanie 3D.

Komputerowy model protezy (ortez) ma wiele zalet – może być dowolnie modyfikowany, co ma duże znaczenie w przypadku małych pacjentów, którzy podczas trwania kilkuletniego leczenia muszą mieć ponownie wykonywaną protezę co pewien okres czasu; jego wydruk jest również tańszy, niż wykonanie protezy metodami tradycyjnymi. Obecnie istnieje duży postęp w rozwoju technik trójwymiarowego skanowania oraz drukowania, przez co w przyszłości koszty mogą w jeszcze większym stopniu ulec zmniejszeniu przy jednoczesnej poprawie jakości wydruków. Dodatkowo może on zostać analizowany pod kątem wytrzymałości przy użyciu Metody Elementów Skończonych.

Technologia druku 3D w medycynie rozwija się w szybkim tempie i jest przyszłością tej nauki, stąd jeszcze nie raz do niej wrócimy.

żródło:3dprintingindustry.com, C., Ranky RG, Sivak ML, Patritti BL, DiPisa J: Patient specific ankle-foot orthoses using rapid prototyping. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation 2011,Maksymilian Śmiech, Iwona Chuchnowska, Ewa Stachowiak