Як технологія 3D-друку вплинула на якість медичного обслуговування

3D-друк — одна з найважливіших і найперспективніших галузей для медицини. Завдяки адитивним технологіям пацієнти отримують імплантати й протези. Лікарі можуть одержати копії людських органів, щоб на них відпрацювати навички та краще підготуватися до операції. У цій статті ми розповімо, як медики використовують 3D-друк і яку роль у цьому відіграє MJF-технологія.

Як у медицині використовують 3D-друк

Надрукувати на 3D-принтері можна все: меблі, інструменти, корпуси, дитячі іграшки й навіть житлові будинки. Технологію використовують і в медицині. З допомогою адитивних технологій друкують протези, ортези, імплантати, прототипи людських органів, ортопедичні корсети й навчальні моделі. Розповімо про них докладніше.

Стоматологи. Найчастіше 3D-друк використовують у стоматології. Лікарі роблять 3D-сканування ротової порожнини й на 3D-принтері виготовляють протези, що точно відповідають анатомії пацієнта. Використовуючи прототипи щелеп, лікарі створюють вініри, коронки й елайнери. Це звільняє замовників від потреби кілька разів відвідувати стоматолога, щоб доробити вироби. Достатньо використати надрукований прототип щелепи. Тому процедура протезування стала швидше й менш болісною для пацієнта.

Ортопеди. 3D-друк дуже популярний в ортопедичній галузі. Наприклад, його використовують для створення індивідуальних ортопедичних корсетів. Зазвичай їх виготовляють для лікування сколіозу у дітей. 3D-друк дає змогу зробити легкий, практичний і непомітний під одягом корсет.

Імплантати. 3D-друк уможливлює створювати частини тіла під конкретного пацієнта. Наприклад, стегновий, колінні й плечові суглоби. Імплантати виготовляють з біосумісних металів (титану, танталу). Щоб створити такий імплантат, лікарі використовують складні й дорогі технології друку. Наприклад, плавлення металевих порошків лазером. Однак, перш ніж надрукувати імплантат з металу, виготовляють прототип чи майстер-модель. Для цього застосовують дешевші способи друку (FDM, MJF).

Протези. Адитивні технології значно вплинули на галузь протезування. Наприклад, під час традиційного виготовлення протеза ноги використовують гіпсові накладки. Для пацієнта важливо, щоб протез був зручним і не завдавав болю, тому для вищої точності треба зробити не менш як 10 гіпсових зліпків. Матеріал довго твердне на нозі, і ще потрібен час для оброблення зліпка. Як наслідок, лише підготовчий процес триває більше ніж 2 робочі дні.

З допомогою 3D-сканування та 3D-друку протез можна виготовити впродовж одного дня.

Прототипи. Завдяки технології 3D-друку можна створювати прототипи органів людини. Це допомагає лікарям, що виявили рідкісне захворювання: лікарі друкують модель хворого органа чи життєво важливої системи, ретельно вивчають готовий прототип і краще готуються до операції. Завдяки цьому підвищується точність хірургічного втручання, а ймовірність лікарської помилки — знижується.

Навчальні моделі. Друк застосовують для створення навчальних моделей. Їх використовують студенти-медики. На таких виробах практиканти знайомляться з особливостями анатомії людини й детально вивчають будову частин тіла. Раніше хірурги й студенти могли практикуватися й вивчати патології тільки на справжніх тілах, що не завжди було доступно. З 3D-друком можна надрукувати частини тіла й органи з будь-якою відомою патологією.

Для создания учебных моделей не важна скорость и высокая точность печати. Но бывают случаи, когда нужно быстро изготовить серию прототипов с высокой детализацией и в кратчайшие сроки. Например, партию ортопедических стелек или формы для изготовления элайнеров. В этом случае используют технологию MJF. Расскажем о ней подробнее и в чем ее преимущества.

Довідка:

MJF (Multi Jet Fusion) — унікальна порошкова технологія 3D-друку від компанії Hewlett-Packard. Щоб створити вироби, промисловий принтер спікає інфрачервоним випроміненням поліамід PA 12. Речовину розробили спеціально для 3D-друку. Технологія та матеріал друку дають змогу отримувати щільні вироби з високою деталізацією та гладкою поверхнею. Готова продукція стійка до вологи, ультрафіолету, теплових і механічних впливів.

Як медики використовують технологію MJF

Технологія MJF надала нові можливості для індивідуального лікування пацієнтів. Наприклад, її застосовують для створення елайнерів, ортопедичних шоломів та устілок.

Ортопедичні шоломи використовують для лікування деформації голови в однорічних дітей. Дитина з викривленим черепом носить такий шолом 23 години на добу. Виріб щільно прилягає до голови дитини, і в міру того, як зростає пацієнт, череп вирівнюється за формою шолома. Іншими словами, лікування не перешкоджає росту голови, а змінює напрямок росту.

Дуже важливо, щоб такий виріб був легким і безпечним. Технологія MJF уможливлює надрукувати шолом з перфорованою структурою: шкіра голови дитини дихає, і потовиділення скорочується. Виріб друкують з біосумісного поліаміду PA 12. Цей матеріал не спричиняє подразнень чи будь-яких побічних явищ під час тривалого контакту зі шкірою. Крім того, ґратчаста структура значно зменшує вагу шолома, що також важливо для комфорту дитини.

Ортези. Діти з центральним паралічем змушені носити ортези на надп’ятково-гомілковий суглоб. Виріб надівають на ногу пацієнта, завдяки чому нога фіксується та поліпшується контроль рухів. Недолік ортезів у тому, що вони великі й важкі.

MJF-друк уможливлює надрукувати тонкі ортези, що легко вміщаються у взуття. Такі вироби міцні, їх легко знімати і надівати. Матеріал друку дає змогу регулярно їх мити й чистити.

Ортопедичні устілки. З допомогою технології MJF друкують ортопедичні устілки. Їх використовують для лікування плоскостопості й зменшення болю в стопах. Вироби також популярні серед спортсменів. Ефективність тренувань підвищується завдяки тому, що устілки контролюють рухи й стабільність стопи. 3D-технологія вможливлює надрукувати ортопедичні устілки навіть для класичного взуття.

Ортопедичні устілки — продукція, що має попит. У такі клініки звертаються сотні людей. Щоб надрукувати велику кількість устілок, потрібна виробнича лінія друку. За цим принципом працює MJF. За один цикл можна надрукувати десятки пар устілок. Готові вироби охолоджують, очищають і відсилають замовникові. Процес займає не більше ніж 3–5 днів.

Елайнери. Для вирівнювання зубів зазвичай застосовують скоби або брекети. Скоби завдають пацієнтам фізичного й естетичного дискомфорту. Використання брекетів потребує регулярних відвідин лікаря.

Інновацією стало використання елайнерів. Це капи, що щільно прилягають до щелепи. Конструкція чинить тиск на зуби, через що вони поступово зсуваються на часточки міліметрів.

Коректування триває 3–18 місяців. Елайнери замінюють що два тижні. Тому для повного курсу може знадобитися від 5 до 50 кап. Кожен пацієнт потребує набору відмінних одна від іншої кап, а одна стоматологічна клініка може мати сотні клієнтів.

Щоб виготовити елайнер, потрібен зліпок щелепи пацієнта. Для цього лікарі сканують ротову порожнину клієнта. Модель завантажують у програмне забезпечення і створюють її відкоректовані копії. Потім їх друкують на 3D-принтері. За готовими формами виготовляють елайнери.

На MJF-принтері за один цикл можна надрукувати сотні моделей щелеп. Це займе не більше ніж добу. Зважаючи на охолодження, чищення та доставляння виробів, клініки отримують замовлення протягом 3–5 днів.

3D-друк за технологією MJF оптимальний для розв’язання медичних завдань, де потрібна точність виробів. Вироби виготовляють швидко і високої якості: вони міцні, стійкі до впливу УФ-випромінювання, хімічних речовин і вологи. Матеріал друку біосумісний і може торкатися тіла людини без негативних наслідків для здоров’я.