Антон Шаронов, главный технолог
SharonovAA@dipaul.ru
Ежедневные новости позволяют убедиться в покорении новых рубежей аддитивными технологиями (АТ). Сегодня сложно указать отрасль, где применение 3D-принтеров было бы невозможным, а в некоторых областях такое оборудование стало едва ли не единственной эффективной альтернативой уходящим технологиям прошлых лет. В авангарде использования аддитивных технологий находится и медицинский кластер, особенно в сфере эндо- и экзопротезирования.
Говоря о применении аддитивных технологии в медицине, можно указать четыре основных направления.
Эндопротезы
Для печати внутренних элементов (имплантаты, стержни, кейсы и т. д.) в основном применяются SLM-машины (SLM — выборочное лазерное плавление), позволяющие изготавливать индивидуальные эндопротезы с помощью компьютерной томограммы (КТ) пациента.
Образец кейса для эндопротезирования
Пример 3D-печати из полимерного материала. Вставка в череп
Экзопротезы
Для печати внешних элементов (экзопротезов), которые в процессе эксплуатации подвергаются серьезным нагрузкам, в основном применяются принтеры, использующие для печати высокопрочный пластик.
Пример 3D-печати при экзопротезировании
Пример 3D-печати при экзопротезировании
Биопечать
Биопечать — это печать на биопринтере с применением биоматериала. Пока об этой технологии можно говорить, как о перспективной. На сегодня данное направление еще не получило широкого распространения и находится в основном в секторе научных испытаний и исследований.
Образцы результатов биопечати
Подготовка к операциям
В данном направлении AТ применяются для визуализации, что подразумевает подготовку и планирование сложных операций, изготовление шаблонов для хирургических операций, подготовку макетов для тестовой операции и многое другое.
3D-печать и эндопротезирование
Подробней хотелось бы остановиться именно на этом направлении медицинского применения аддитивных технологий. О его важности говорит статистика: по сведениям Министерства здравоохранения США, в этой стране запатентовано свыше 85 видов различных имплантов, напечатанных на 3D-принтерах (в России данные технологии пока находятся на начальной стадии).
Один из практических примеров подобного использования 3D-принтеров — создание индивидуального эндопротеза тазобедренного сустава. Пациентка, которой большинство российских клиник отказало в операции на тазобедренном суставе, была вынуждена смирится с жизнью в инвалидном кресле. Но совместная работа команды медиков известной травматологической клиники и сотрудников одного из крупнейших технических институтов России помогла пациентке встать на ноги.
Этот процесс проходил в несколько этапов. Сначала была получена КТ пациентки. Причем, как оказалось, для создания хорошей 3D-модели на основе КТ необходимы особые настройки сканирования томографа. И весь процесс получения качественной 3D-модели кости без цифровых шумов и дефектов не может проходить без контроля и консультаций медиков.
После получения качественной 3D-модели (в формате stl) она была отправлена для печати на SLS-установке с использованием классического полиамидного порошка. За несколько часов были напечатаны модель кости и проблемного участка скелета, подлежащего корректировке (поскольку кости пациентки находились в раздробленном состоянии, пришлось использовать дополнительный мостик для соединения частей в 3D-модели). Тем временем команда медиков приступила к планированию операции и обдумыванию конструкции импланта — задача, важность и сложность которой трудно переоценить. Было необходимо учесть множество факторов, включая возрастные изменения в организме человеке (предполагалось долгосрочное использование импланта).
Итогом первых совещаний и консультаций с медиками стал образец планируемого имплантата, выполненный из пластилина и медицинской глины. Для оцифровки модели использовался 3-мерный сканер.
Надо отметить, что в типовых ситуациях можно обойтись без этапа сканирования, но визуальное воплощение позволяет лучше понять проблему и заранее избежать многих ошибок. Итак, получив первую модель имплантата в 3D, мы также печатаем его на SLS-принтере (SLS — выборочное лазерное спекание). Далее идут повторяющиеся несколько раз этапы перепроектирования, во время которых необходимо совместить в конечном изделии работу медиков, инженеров по 3D, инженеров по расчетам нагрузок и металлургов.
Наконец, после получения окончательного образца имплантата можно было перейти к следующему этапу — расчету нагрузок. По результатам расчета были внесены дополнительные коррективы — в толщину лепестков чашки имплантата и их размеры.
Перед запуском SLM-принтера был напечатан последний образец, и уже в нем просверлены отверстия и примерены болты для крепления имплантата к кости.
Далее полученный имплантат и ряд простых образцов были отправлены на печать для проведения технических и медицинских тестов, занявших чуть больше месяца. Когда все заключения были получены и завершился последний этап физической медицинской отчистки, медики начали готовить пациентку к операции.
Окончательная операция прошла успешно, подарив пациентке возможность ходить. По ряду причин мы не разглашаем имен людей, благодаря профессионализму которых была реализована столь сложная задача, но хотим отметить, что, помимо прочего, еще одним итогом этой работы стало оформление двух патентов с предоставлением отчета председателю правительства РФ.
Работа над этим проектом указала на определенные сложности и вызвала ряд важных вопросов, ответы на которые нам предстоит найти. Так, активное использование АТ в медицине ограничивается отсутствием четкой системы сертификации. При этом отсутствует понимание, что именно сертифицировать: технологию, производство или конечное изделие?
Можно заметить, что в США, которые мы уже приводили в пример, процесс сертификации налажен и благодаря использованию АТ в медицине разработка новых интересных решений идет полным ходом. Многие спросят, а имеет ли смысл внедрять АТ в медицину, ведь в обычной операции нет ничего нового и стандартные имплантаты устанавливаются каждый день тысячами? Например, только эндопротезов тазобедренного сустава в США устанавливается более 40 000 в год (в России, по официальным данным, чуть меньше 10 000 штук). Но дело в том, что, по статистике, 10–15% таких операций в дальнейшем требуется повторное ревизионное эндопротезирование с использованием индивидуальных имплантатов, а это выражается в 4–5 тысячах операций в год. Внушительная цифра, особенно учитывая, что речь идет только о тазобедренном суставе.
Думаю, на вопрос о целесообразности медицинского внедрения АТ лучше всех ответят те, кто попал в эти 10–15% и теперь благодаря новым технологиям может самостоятельно и успешно передвигаться. Трудно переоценить возможность жить полноценной жизнью. Поэтому можно сделать вывод о том, что есть все предпосылки для того, чтобы в ближайшие годы произошел существенный прирост спроса на аддитивные технологии в медицине.
Компания «Диполь» — ведущий поставщик решений по оснащению предприятий аддитивными комплексами. В ходе обслуживания проводится анализ предприятия и возможного технологического переоснащения с учетом его пожеланий и потребностей. Составление производственных цепочек включает не только подбор обоснованных аддитивных технологий, но и полный спектр оборудования для постобработки с возможностью получения продукции самого высокого уровня. Все специалисты по установке оборудования имеют соответствующие сертификаты. Обучение сотрудников заказчика может проводиться по базовой либо углубленной программе с выдачей документов государственного образовательного образца. Перечень оборудования, поставляемого «Диполь», включает машины технологий SLM и SLS.
