hirdetés
hirdetés

Additív gyártás az egészségügyben

Nyomtatott protézis

A 3D-nyomtatás már ma hatalmas támaszt nyújt az orvostudománynak, a jövőt tekintve pedig gyakorlatilag elképzelhetetlen, hogy a módszer még hány területen és milyen minőségben mozdítja majd elő a páciensek felépülését. Ma a biokompatibilis nyomtatástól a műtéti segédeszközökig hódít az additív gyártás technológiája.

hirdetés

Szeptember 28-án gyárlátogatással összekötött előadássorozatot tartott az additív gyártás és az orvoslás kapcsolatáról a Varinex Zrt. Fejtegetésében Falk György, a cég stratégiai vezetője szemléletesen ismertette a módszer és az ágazat összefogásával megvalósítható lehetőségeket.

Az emberek és az állatok belső szerveinek szerkezetéről szkennerrel felvételeket készíteni képtelenség. Éppen erre feladatra fejlesztették ki a CT (komputertomográfia) technológiáját, amelynek adatai DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine, azaz digitális képkezelés és kommunikáció az orvostudományban) formátumban nyerhetőek ki. A DICOM formátumú képek  fekete, fehér és szürke sorozatos röntgenképek, melyek feldolgozásával lehet később térbeli képet alkotni. Hogy hogyan? Vegyünk pl. egy hengert, amelyet CT-vel „beszkennelünk”. Azért használjuk a „szkennelés” kifejezést, mert hasonlít a folyamathoz, de igazából röntgensugárral való átvilágításról beszélünk. Ezzel a technikával a hengert teljes hosszában végigszeletelve a metszetekről felvételeket készítünk, azaz számos keresztmetszeti röntgenképet. Fontos, hogy milyen sűrűséggel készülnek a rögzített felvételek, ettől függ ugyanis a vizsgálat pontossága. A fotók közötti centiméteres távolságokkal például csak elnagyolt fogalmat alkothatunk az analizált objektumok belsejéről, az egy milliméter alatti térközök azonban már nagyon jónak számítanak a mai orvoslás területén.

ízelítő a portfólióból
ízelítő a portfólióból

A következő lépésben ki kell választanunk egy területet, amelyet végig szeretnénk követni az összes felvételen. Ezután egy szoftver a kiválasztott szerv vagy szervrendszer képeit felnagyítja. A struktúrát felismerve a képeket összerakja, és szépen át is forgatja egy másik formátumra, majd ezeket összeköti. Először be kell állítanunk a kontrasztot – így tudjuk kiemelni a szükséges területet. Küszöbértéket kell meghatározni, azt az értéket, amelyet ha minden egyes képen a szoftver megtalál, tudja, hogy ez az a terület, ami érdekel minket.

Jön a 3D-s nagyítás. Ma már ingyenes szoftverek vannak, amelyek a DICOM formátumú röntgenfelvételeket át tudják alakítani 3D-s modellé. Azért kicsit szögletes a dolog – az egyes szeletek csupán 512 x 512 képpontosak. Ma az egészségügyben nincs nagyobb felbontás (talán nagyon nagy sugárterhelés lenne). Jó hír, hogy a nyomtatók pontosabbak ennél. Éppen ezért, ha egy combcsontot kinyomtatunk velük, akkor nem tudjuk elrontani. A nyomtatás .stl formátumú fájlból történik – ez rengeteg háromszögelem, ami az egész felületet beborítja, tehát ez egy felületi modell.

Biokompatibilis nyomtatás

Fontos feladata lehet egy tervezőszoftvernek a hiánypótlás. Ilyenkor az egészséges részt áttükrözik a hiányos területre. Eddig ezt egy gipszporos technológia oldotta meg. Rétegről rétegre húzott a masina gipszport, és egy ragasztó összeragasztotta ott, ahol a modell igényelte.

Az előadáson láthattunk egy betervezett koponyapótlást, amely nem beépíthető, mert nem biokompatibilis. Körbe lehet viszont önteni szilikon gumival (ez a kb. 140-150 °C sterilizálást is simán kibírja), és egy ilyen steril szilikon gumivázba kerül a csontcement, ami már biokompatibilis, vagyis be lehet építeni a beteg koponyájába. Ez az indirekt módszer. Ma már létezik direkt módszer is, ahol megtervezik, és már közvetlenül biokompatibilis anyagból nyomtatják ki a pótlást. Talán nemsokára lesz Magyarországon is olyan masina, amelyik szelektív lézer színterezéssel (SLS) a biokompatibilis titánnal fogja ugyanezt elvégezni. Az ilyen gép ára kb. félmillió euró.

Az emberi csont imádja a titánt

A direkt megoldásokat például csonttumoroknál alkalmazzák. Ha a daganat jóindulatú is, esztétikai okokból szükség lehet az eltávolítására.  Ilyenkor kivágják a beteg területet és titánnal pótolják.
A csípőprotéziseknek azt az oldalát, amelybe majd a combfej kerül, vagyis a medencecsont vápáját régebben mesterségesen esztergálással vagy valamilyen egyéb fémmegmunkálási eszközzel állították elő. Az ilyen protéziseknek az volt a hibája, hogy sima, magyarán túl kicsi volt a felülete. A recés felszínű implantátum alkalmazása azért jó, mert a kis felületek közé a csont benő. Ennek az az oka, hogy – nem tudni miért – az emberi csont imádja a titánt. A dolog jelentősége abban rejlik, hogy a hagyományos csípőprotézist 10-15 évente ki kell cserélni a betegben. A csont és a titán közötti fajsúlykülönbség olyan nagy, hogy például séta közben, amikor az anyagok lépésenként egymásnak ütköznek, a protézis szinte „szétveri” a csontozatot. Ha az implantátumot a csont benövi, ez a reakció sokkal kevésbé jöhet létre. Az ilyen vápáknak az lehet a társadalmi haszna, hogy nem kell az operációt megismételni. A rétegről rétegre készült vápából az Egyesült Államokban évente 60 000-et hoznak létre.
Ha a gerinc csigolyáiból el kell távolítani valamelyiket, közöttük a távtartót szintén titánból készítik, egy olyan belső rácsszerkezettel, amilyen más technológiával nem gyártható.

A Varinex Fehér úti telephelye
A Varinex Fehér úti telephelye

Nyomtatott karrögzítő

Kartörés esetében a végtag gyakran gipszrögzítést kap. Ma már van olyan megoldás, hogy a kar külső felületének beszkennelésével megszerkesztik annak térformáját. Erre egy internetről letölthető szoftver generál egy hálót, és a program ez alapján tervezi meg a modellt, amelyet aztán szelektív lézer szinterezéssel poliamid porból le lehet gyártani. A gipsz olcsó, és ezért nagyon nehéz vele versenyezni. A lehetőség mindenesetre megvan, hogy egészséges és jobban viselhető rögzítőelemet tudjanak létre hozni.

Hódít az oktatásban

A Pécsi Tudományegyetemen szükség esetén csere helyett megpróbálják helyben megplasztikázni  a beteg szívbillentyűt. A Varinex az ilyen beavatkozásokhoz is rugalmas alapanyagból igyekezett elkészíteni egy olyan mintát, amelyen az orvosok gyakorolni tudják a műtéteket. Egyelőre a minta nem az igazi minőségű, részben az is problémát jelent, hogy a szövetek túlságosan hajlamosak a szakadásra.
Ugyanígy a Pécsi Tudományegyetem jóvoltából Falk György bemutatott egy combcsontmásolatot is. A modell (baloldali) eredetijét nem olyan régen vetették be, amikor egy páciens combcsontján egy jóindulatú daganatot azonosítottak. Ha egy ilyen modellel megmutatják a betegnek, hogy miként is fog meggyógyulni, akkor a páciens sokkal hamarabb meg tud békélni a beavatkozás gondolatával.

Sok orvostanhallgató vágya, hogy ne tetemeken keresztül kelljen megtanulni az anatómiát, hanem 3D-nyomtatott másolatokon. A diákok tanításánál lassan a tetem lesz az egyik legdrágább elem. Amerikában az előírások szerint a tetemnek szinte egészségesebbnek kell lennie, mint egy embernek. Semmilyen vírust vagy baktériumot nem tartalmazhat, és ha ez nem bizonyított, akkor a hallgató nem használhatja operációgyakorlásra. Éppen ezért a 3D-nyomtatású műtéti segédeszközök jelentősége idővel egyre nagyobb lesz. A hallgatók már ezeken is endoszkóppal vizsgálják a különböző szöveteket, amelyek szintén ki vannak nyomtatva, és mégis olyan érzést keltenek, mintha a sebész valós szöveteken operálna.

Zamaróczy Ádám
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés