Blog

3D nyomtatás az egészségügyben

írta: Dezső Renáta, formatervező @ FreeDee Printing Solutions & MOME doktorandusz

 

Mi mindent 3D nyomtatnak már az egészségügyben?

Az nem meglepetés, hogy a blogunkon a 3D nyomtatásról írunk. Most szeretnénk megvizsgálni ezen belül azt, hogy az egészségügyben és a betegellátásban a személyre szabott gyártási lehetőségek milyen területeken segítenek. Elsősorban nem a technológiai specialitásokra szeretnék koncentrálni, sokkal inkább érdekelnek a felhasználási lehetőségek, annak jellemzői, a digitális technológiák befolyása a jövőnket és az egészségünket illetően. Sokak szerint az egészségügy területén csak a nagyon drága 3D nyomtatási technológiák jöhetnek szóba, azonban fontos kiemelni, hogy a legtöbb felhasználási területen rengeteg olyan feladat van, amelyek egyszerű, asztali 3D nyomtatókkal is költséghatékonyan megoldhatók. Ennek bemutatására a bejegyzésben olyan illusztrációkat hozunk, amelyek mind asztali 3D nyomtatással készültek.

 

Három részre osztanám elsősorban a felhasználási területeket.

 

 Orvosi eszközök

Az egészségügyben használt tárgyak tervezése, fejlesztése és felhasználása szempontjából alkalmazott digitális technológiák.

  • műtéti sablonok (vágó, fúró, stb. )
  • egyedi orvosi eszközök, kellékek

 

Ide tartoznak a műtétek során felhasznált vágó, fúró sablonok is. Egyszerűen fogalmazva azok a tárgyak amik elengedhetetlenek a betegellátásban, elsősorban az orvos munkájának javítása által segítik a beteg gyógyulási lehetőségeit. Más szempontból úgy is kategorizálhatnám, hogy azokról az eszközökről beszélünk, amik tartósan nem válnak a beteg testének részeivé (jó esetben). Például egy-egy belső rögzítés hetekig-hónapokig akár évekig is része lehet a páciens testének, beültetve hordja, de idővel eltávolításra kerül. Nem mellékesen érdemes megjegyezni a fenti eszközöknél nem csak a fejlesztés igen komplikált, de ezen a területen a mai magyarországi szabályozás szempontjából minősíteni kell a tárgyakat, ami csak speciális engedélyeztetési folyamat után lehetséges.

 

3D nyomtatott beütő sablonok sterilizálás előtt

Nálunk 3D nyomtatott orvosi beütő sablonok sterilizálás előtt (peciális, hőálló PLA, ABS és sima PLA  alapanyból)

Vizualizáció

Az orvosképzésben, betegtájékoztatásban és műtétek előkészítésében használt 3D nyomtatott tárgyak világa ez.

  • oktatási modellek
  • műtéti felkészülést segítő modellek
  • pácienssel való kommunikációt segítő modellek

 

Még ha a laikusnak szinte sosem látható dolgokról is van itt szó, a beteg életét megmentő, műtéti időket jelentősen csökkentő eszközökről beszélünk. Nem csak az elméleti tanulás eszközeiként hasznos tárgyakról van szó, hanem a gyakorlati tudás megszerzéséhez használt sablonok, szimulációk is ide tartoznak. Az orvosképzésben jelenleg használt sablonok általában magas beszerzési költségűek, gyakran probléma a gyors elhasználódás is. Itt sokszor nem az egyedi gyártás miatt előnyös a 3D nyomtatás, hanem a gyors helyben történő utángyártás, és a desktop 3D nyomtatók költséghatékony anyaghasználata a legfőbb előny. Ugyanakkor a részletgazdag, több színnel nyomtatott anatómiai bemutatódarabok gyártástechnológiailag adnak nagyon egyedi megoldást a kézzel fogható ábrázolásra. Itt érdemes megjegyezni a VR és az AR hasznosságát is, például műtétek szimulációjában.

Operáció előkészítés és hatékony kommunikáció CT alapján 3D nyomtatott egészségügyi modellekkel

3D nyomtatás előkészítése

3D nyomtatás előkészítése

 

3D nyomtatott középiskolai modellek

3D nyomtatott középiskolai modellek

 

A harmadik terület, ami számunkra a legizgalmasabb az az

Alkalmazott ergonómia

  • implantátumok
  • protézisek
  • ortézisek
  • az egészség megőrzését szolgáló eszközök

 

Ehhez fontos megkülönböztetni az implantátum, protézis, ortézis és az egészség megőrzésére, javítására, a jó közérzet érdekében felhasznált lehetőségeket. Természetesen nem lehet ezeket egymástól teljesen elkülöníteni, átfedések nem csak az eljárásokban, de a felhasználási módokban, a finanszírozási lehetőségekben is vannak.

 

Egymásra intenzíven ható, egymást befolyásoló területekről beszélünk. A 3D nyomtatás nem csak önmagában létező szuper megoldás a problémákra. A képalkotó módszerek, a 3D szkennelés legalább olyan nagy jelentőségű technológiai fejlődésen megy keresztül, és természetesen a nyomtatással szorosan együttműködve kerülnek alkalmazásra.  Mindkettő azon új digitális technológiákhoz tartozik, ami elősegíti a gyors prototípus gyártást és –fejlesztést, továbbá az egészségügy szempontjából különösen hasznos, hogy tulajdonságaikból adódóan egyedi igények széles spektrumát is ki tudják szolgálni. Jelenlegi kultúránk tömeggyártáson alapszik, így ezek az egyedi méretek és formák által készült tárgyak még az egészséget megőrző, javító területeken is leginkább csak standardizált méretekkel vagy nagyon magas költséggel tudnak létrejönni. Ha csak a cipőméretek, ruha méretek standardizált rendszerét vesszük alapul; a társadalom nagyjának megfelelőek, de szinte mindenkinek van olyan tapasztalata amikor standard méretek nem voltak megfelelőek, vagy egymástól különbözőek voltak.

 

Koponyahibák gyógyítása

A Cranial Technologies koponyahibák gyógyításához alkalmazza a 3D szkennelést és a 3D nyomtatást

 

Az alkalmazott ergonómián belül az implantátum fogalma szerint a testbe ágyazott rögzítő, tehermentesítő, kiegészítő funkciókról beszélhetünk. Bár összességében nagy mennyiségű implantátum készül a világban, mégis ez a legzártabb rendszerű felhasználása a 3D nyomtatásnak és szkennelésnek. Ebben az esetben a legtöbbször a szkennelés is az orvosi eszköztárból ered. Ilyen például a CT, az MRI, CBCT. Más szkennelési lehetőségek nem tudják megoldani a testen belüli területek feltérképezését, 3D modellezését. A radiológiai szkennerekkel elkészített felvétel alapvető kiterjesztése lehet például DICOM, amit konvertálni kell a 3D nyomtatáshoz szükséges .stl filetípussá. Így a szkennelés után szükséges egy átalakító szoftver használata, ilyen lehet a MIMICS, 3D-Doctor, Bespoke Modeling (cloud-based), Amira, etc.

 

3d-nyomtatott-koponya-ct

CT felvétel alapján 3D nyomtatott sérült koponya és állkapocs modellek

 

A nyomtathatóvá alakított 3D modell .stl formátumban már kész a gyártásra, vagy akár az átalakításra. Segítséget nyújthat a protézis megtervezéséhez, vagy műtősablonok kialakításához is. A protézisek 3D nyomtatása  a legtöbbször magas precizitású gépeken történik, sterilizálható, vagy eleve orvosi felhasználásra megfelelő anyagból. Több 3D nyomtatót gyártó cég rendelkezik orvosi célra felhasználható anyaggal. Az EOSP800 nyomtató képes SLS eljárással PEEK biokompatibilis műanyaggal magas minőségű műtéti úton használható tárgyak gyártásához elfogadott nyomtatást elvégezni. De ez a gép olyan drága, hogy mindössze 10-12 darabot adtak el belőle eddig összesen.

 

Persze felmerül, hogy a titán protézis miért nem jó? Az SLS eljárással készült titán protéziseket is gyakran alkalmazzák, ebben az esetben is nagyon magas gépdíjakról beszélhetünk, viszont például koponyacsont pótlásakor a fém hőáteresztő képessége miatt hátrányba kerül. A betegnek hideg időben ez komoly problémákat okozhat.

 

A második nagyobb ide tartozó csoport az állapot javítását szolgáló testen elhelyezhető eszközök. A ortézis rögzít, támaszt, tehermentesít, illetve a kiesett működést pótolja. Ebbe a csoportba tartoznak a térd-, váll-, kéz-, és csuklórögzítőtermékek. A protézis hiányzó testrészt pótol mint például művégtag, műfogsor stb.

 

 

A művégtagok funkcióját tekintve már meglehetősen bonyolult szerkezetek lehetnek, itt általában a mozgásszervi funkciókat utánzó kiegészítő működésre van igény a páciens részéről. A művégtagok ezeknek a funkcióknak vagy mechanikusan, vagy myoelektronikus, illetve EEG vezérléssel tudnak megfelelni. Mindhárom lehetőségnek megvannak a maga előnyei és hátránya. A nagy gyártók 10-30 millió forintos ortézisei versengenek sokszor a közösségi 3D nyomtatott lehetőségekkel. A méretezés szintén egy nagyon nagy probléma, mivel a mozgó testrészek változó méretekkel, és formával rendelkeznek. Az anyaghasználat szintén hatalmas fejlődést mutat, tastbarát mozgó, alakváltoztató anyagok fejlődése a legelőremutatóbb. Minden esetben az orvosok a kutatókkal, a műszaki technikusokkal és a designerekkel csapatban dolgozva, szaktudásukat összeadva tudnak megfelelő eredményt elérni – a komplex kihívásokra komplex tudáshalmazt kell összesíteni. Mivel testen kívüli eszközökről van szó, sokszor a funkció mellett hatalmas, néha akár meghatározóbb szerepe van az esztétikának is, ami segíti a kliens közösségbe való beilleszkedését.

 

A mai betegellátásban nagyon elhanyagolt téma az utolsó ide tartozó csoport. Az egészség megőrzését szolgáló eszközök 3D nyomtatása. Cipők, talpbetét, szemüvegkeret, védőfelszerelések de akár a normális fizikai funkciókat felerősítő skeleton vázak is amiket a hadiiparban illetve raktározásban hasznosítanak a leggyakrabban.

 

Bár gyártástechnológiai szempontból itt is egyedi, testre illő tárgyak elkészítése miatt hasznosak a 3D nyomtatás jellegzetességei, mégis mivel az egészséges embereket érinti, hatalmas, végtelen a felhasználó közösség. A nagy példányszámú gyártás során felmerül a finanszírozás mellett még sok szempont, ami miatt az asztali 3D nyomtatók kerülnek előtérbe; a szállítmányozás és a raktározás is megoldható ezzel a módszerrel lokálisan. Hasznos a városi ember életében, de elszigetelt környezetben élőknél is, hiszen ez a kivitelezéi forma olyan egészséget megőrző tárgyakat juttathat el mindenkihez, ami hagyományos módon nem lenne adott helyről elérhető. A digitális adattárolás, illetve az internet által a filecsere, az elérhetőség, az online szerkeszthetőség nagyban meggyorsítja az interakciót a tervező és a felhasználó között. Megfelelően szabályozott keretek között akár maga a felhasználó személyre szabhatja a saját egészségmegőrző tárgyát.

 

e-nable-3D-printing-prosthetics

Asztali 3D nyomtatással készülnek az E-nable projekt megfizethető és személyre szabható protézisei

 

Teljesen új szemléletmódot ad a társadalomnak az egészségünk megőrzéséhez is a 3D nyomtatás. Az egyéni felhasználók részére finanszírozás szempontjából is nagy előnyt jelent a desktop nyomtatók egyre csökkenő ára. A felhasznált anyagok nem csak lehetőséget adnak a biológiailag lebomló műanyag tárgyak készítésére, és egyben a környezettudatos életmódra, de egyre költséghatékonyabbak is. A crowfounding és a crowdproducing már alkalmazott a mechanikus protézisek világában is ( E-nable), de igazán kiteljesedni az egészséget megőrző eszközök finanszírozásában tud, mivel itt már a végtelen számú felhasználóközönség a maga önfinanszírozó módján tudja támogatni a fejlesztést. Igazi demokratizáló tendencia ez, ami nem csak a megjelenő nagy számú startup cégnek jelenti a kritikus tömeg támogatását illetve befolyását, hanem a tervező és az innovátor is közvetlenül a felhasználóktól kap visszajelzést. Összességében a 3D technológiák egészségügyi alkalmazása az egészség megőrzésére fókuszálva támogatja a környezet- és közösség tudatosabb életmódot.