Ta strona używa ciasteczek (plików cookies), dzięki którym może działać lepiej. Dowiedz się więcejRozumiem i akceptuję

8 innowacyjnych zastosowań druku 3D w medycynie

Druk 3D 15.10.2015 Piotr Cichalewski

Medicine - 6Stwierdzenia typu: uważaj na siebie, bo nie masz części zamiennych mogą szybko wyjść z użycia. Wszystko za sprawą  zastosowania technologii generatywnych w medycynie.

Druk przestrzenny ma coraz więcej zastosowań, od wykonywania protez, po skomplikowane, unaczynione narządy takie jak serce, czy nerki.

W tym artykule przedstawię dwa oblicza druku 3D w służbie medycyny – niskobudżetowego, ale zarazem niesamowicie funkcjonalnego oraz tego wysoce wyspecjalizowanego.

1 – Niskobudżetowe protezy

Może Cię to zdziwi, ale pierwszą rzeczą, o której napiszę jest niskobudżetowa proteza kończyny górnej. W sieci znajdziemy kilka miejsc, skąd możemy pobrać pliki .stl do wydrukowania głównych komponentów takich protez. Jednym z nich jest strona fundacji e-NABLE, gdzie znajdziemy nie tylko potrzebne paczki z plikami, ale także całe zestawienie elementów potrzebnych do zbudowania prostej protezy cięgnowej. Dlaczego piszę o takich nieskomplikowanych protezach w tym artykule?

Innowacją w tej kwestii jest koszt, który waha się od 50$ do 150$ za komplet części.

Raptor Hand [1]

Raptor Hand [1]

Jest jeszcze jeden równie ważny aspekt – pomoc e-NABLE jest kierowana głównie do dzieci! Wielkie 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 zł wzwyż), a wymiana protezy, odbędzie się bez dużego uszczerbku na finansach rodziny. Co więcej, każdy posiadacz drukarki (nawet zwykłej Prusy i3, którą i ja właśnie montuję) może pomóc i uszczęśliwić dziecko wykonując taką protezę samodzielnie.

2 – Skóra

Drukowanie skóry jest jeszcze w fazie badań, ale już teraz tego typu biowydrukami zainteresowało się wojsko USA. Wykorzystanie drukarki, która nadrukowuje skórę będzie przełomem w dziedzinie leczenia uszkodzeń skóry powstałych w wyniku poparzeń. Cały proces odbywa się in situ – czyli bezpośrednio na ranę nakładane są warstwy materiału biologicznego zawierającego fibroblasty (w naturalnej skórze odgrywają ważną rolę, ponieważ produkują białko odpowiedzialne za elastyczność skóry – kolagen).

medycyna_2

Drukarka do skóry [2]

Pozostaje jeszcze kwestia wcześniejszego skanowania rany i przygotowania zabiegu. Docelowo drukarka ma być zintegrowana ze skanerem, tak aby zapewnić kompleksową procedurę implantacji warstw biologicznych. Na podstawie skanowania i pomiaru głębokości rany, drukarka dostosowuje skład nakładanej warstwy biologicznej.

3 – Drukowanie tabletek

W sierpniu 2015 r. FDA (Food and Drug Administration) dała zielone światło producentowi pierwszych drukowanych tabletek na rozpoczęcie wytwarzania tego typu leków. Spritam, bo tak nazywa się ten środek, ma być stosowany przez epileptyków do złagodzenia ataków padaczki.

Spritam [3]

Spritam [3]

Zastosowanie specjalnej technologii druku 3D do produkcji tych tabletek umożliwia nie tylko bardziej precyzyjne dawkowanie leku, ale także ogromne możliwość personalizacji specyfików. Dzięki zastosowaniu technologii druku 3D lekarz nie będzie musiał wybierać pomiędzy dawkami leku dostępnymi na rynku, tylko zleci w aptece wydrukowanie tabletek o ściśle określonej przez niego zawartości. Możliwe że już niedługo skomplikowane kuracje farmakologiczne zostaną zastąpione jedną tabletką zawierającą pełny zestaw leków.

4 – Drukowanie organów

Tutaj dochodzimy do wcześniej wspomnianych części zamiennych. Obecnie technologie biodruku 3D umożliwiają prace nad nerkami, kośćmi, a nawet uszami z drukarki. Na pierwszy rzut oka, takie drukowane organy wyglądają nienaturalnie, ale ciągły rozwój branży może spowodować, że za dekadę nie będzie możliwości rozróżnienia, czy dany organ został wydrukowany.

Prototyp ucha z drukarki 3D [4]

Prototyp ucha z drukarki 3D [4]

Powyższe zdjęcie przedstawia prototypowy narząd słuchu wydrukowany na drukarce 3D. Taki organ składa się z: biożelu stanowiącego rusztowanie małżowiny, komórek macierzystych, które utworzą chrząstkę oraz swoistego czujnika-membrany.

5 – Wydruk zamiast gipsu?

Obecnie znajdziemy rozwiązania, które pomagają leczyć nie tylko górne kończyny. BoomCast w swojej idei jest ulepszeniem zwykłego gipsu, który zakłada się na nogę. Różnic jest kilka, przede wszystkim jest to urządzenie szyte na miarę.

BoomCast [5]

BoomCast [5]

Cała skorupa została zaprojektowana i wydrukowana z wykorzystaniem skanów nogi pacjenta. Tego typu podejście umożliwia szybsze leczenie oraz niweluje ryzyko nieprawidłowego zrostu. Dodatkowo BoomCast wyposażony został w opisywany na Forbocie Intel Edison. Moduł zbiera informacje z akcelerometrów, żyroskopu i zestawu czujników nacisku i na podstawie odczytów generuje informacje ważne podczas leczenia złamania. Dane mogą zostać udostępnione lekarzowi, który prowadzi pacjenta. Jest to przykład, jak można wykorzystać IoT w medycynie.

6 – Egzoszkielet dla osoby z porażeniem kończyn

Egzoszkielet dla osób chorych może być jedynym urządzeniem, które pozwoli im na chodzenie bez asekuracji drugiej osoby. Tutaj personalizacja komponentów jest na jeszcze wyższym poziomie niż we wcześniej wspomnianym BoomCast.

Egzoszkielet od 3D Systems [6]

Egzoszkielet od 3D Systems [6]

Do wykonania elementów przenoszących obciążenia stosuje się technologię generatywną, tak aby były dopasowane do anatomii ciała i uwzględniały kształt odcinków kręgosłupa. Dzięki temu komfort użytkowania egzoszkieletu jest zdecydowanie wyższy i zapewnia bardzo dobry rozkład masy ciała.

7 – Modele anatomiczne

Modele anatomiczne mogą nam się kojarzyć z pomocami edukacyjnymi dla studentów medycyny. Druk 3D idzie o krok dalej. Załóżmy, że chirurg przygotowuje się do operacji usunięcia guza. W standardowej procedurze, bazuje on na MRI lub tomografii komputerowej – czyli obrazowaniu 2D lub 3D. Może to być jednak niewystarczające do przeprowadzenia symulacji zabiegu.

Model anatomiczny serca - druk 3D [7]

Model anatomiczny serca – druk 3D [7]

Z pomocą przychodzi tutaj druk 3D. Model organu wydrukowany na drukarce pozwoli chirurgowi lepiej przewidzieć warunki panujące podczas operacji na żywym organizmie. Warto też zaznaczyć, że od przygotowania lekarza do zabiegu będzie zależał czas rekonwalescencji oraz ryzyko wystąpienia powikłań.

8 – Implanty czaszki

Takie implanty zaczyna się coraz częściej stosować i mogą one uratować życie osobom, które przeżyły poważny uraz głowy. Proces projektowania rozpoczyna się od wykonania skanów MRI czaszki i na jego podstawie modeluje się implant. Drukowanie 3D odbywa się z użyciem polimerów, dzięki czemu pacjent z takim implantem będzie mógł mieć wykonywane zdjęcia rentgenowskie bez uszczerbku na ich jakości.

Implant czaszki [8]

Implant czaszki [8]

Precyzyjne wykonanie takiego implantu za pomocą technologii generatywnych pozwala na skrócenie czasu operacji i zwiększa bezpieczeństwo pacjenta pod kątem powikłań – które mogą być śmiertelne, gdy w grę wchodzi uszkodzenie czaszki.

Piotr Cichalewski - O autorze:

Absolwent Wydziału Mechanicznego PWr, miłośnik systemów CAD, autor strony techtutor.pl. Zaangażowany w propagowanie idei niskobudżetowego druku 3d.

Źródła:

  1. http://enablingthefuture.org/upper-limb-prosthetics/the-raptor-hand/
  2. http://3dprintingindustry.com/wp-content/uploads/2014/07/3D-printing-skin-Wake-Forest-scan-and-print.gif
  3. http://www.bbc.com/news/technology-33772692
  4. http://mashable.com/2013/05/24/3d-printed-ear-princeton/#y71tkDe9viqc
  5. http://www.cnet.com/news/this-wacky-boomcast-brings-medical-casts-into-the-future/
  6. http://www.dezeen.com/2014/03/05/3d-printed-exoskeleton-helps-paralysed-users-walk/
  7. http://3dprintingindustry.com/2015/02/26/12-things-we-can-3d-print-in-medicine-right-now/
  8. http://www.medicaldaily.com/3d-printed-polymer-skull-implant-used-first-time-us-244583
  9. Grafika tytułowa: Background vector designed by Freepik

Powiadomienia o nowych, darmowych artykułach!

Komentarze

Nikt jeszcze nic nie napisał. Dodaj pierwszy komentarz.

FORBOT Damian Szymański © 2006 - 2017 Zakaz kopiowania treści oraz grafik bez zgody autora. vPRsLH.