+420 312 247 763 prospon@prospon.cz

 

Princip činnosti

Všechna zařízení na výrobu 3D modelů pracují na principu rozložení počítačového modelu do tenkých vrstev a jejich následném sestavení do reálného modelu v pracovním prostoru tiskárny. Na rozdíl od klasického obrábění se materiál neubírá, ale naopak je po vrstvách přidáván, proto se pro označení používá pojem aditivní výroba.  

Jedná se o revoluční systém, který využívá pro výrobu implantátu přímo počítačový model, a převádí tento 3D objekt do stovek a tisíců řezů, které pak postupně „tiskne“ ze zvoleného materiálu. Tyto řezy mají tloušťku řádově v desítkách mikrometrů, a tedy při výrobě např. části náhrady nádorem zasažené stehenní kosti rozloží její model například do 4.000 samostatných řezů - ploch, které pak jednu po druhé vrství na sebe, spéká naprogramovaná místa a postupně tak vytvoří celý tvar implantátu. Proto tedy aditivní výroba. Tento postup, který je již ze své podstaty vysoce individualizovaný, umožňuje již na úrovni počítačového modelu tvorbu unikátních konstrukcí, přesně vymodelovaných podle konkrétní předlohy, v tomto případě na základě např. CT snímků konkrétního pacienta. Dále již přímo při konstruování může konstruktér resp. operatér zvolit místa, která budou opatřena trabekulárním povrchem pro rychlou integraci s kostní tkání, i s vhodnou porozitou a již s tímto povrchem je vytisknout. Z tohoto popsaného postupu je patrné, jak je možné velmi urychlit přípravu a výrobu takovéhoto implantátu.

Anatomicky biomimetická úroveň

3D tisk můžeme použít pro geometricky přesnější reprodukci náhrad kloubů. Výhodou je lepší přizpůsobení pro daného pacienta. Historicky se jedná o nejstarší použití 3D tisku. V dnešní době se používá např. v kraniofaciální chirurgii, nebo pro výrobu individualizovaných náhrad kolena a kyčle. Samotný materiál je homogenní v rámci možnosti dostupné metody.

 Příklady použití:

3d tisk 1

Náhrada dolní čelisti

3d tisk 2

Náhrada specifická pro pacienta

3d tisk 3

Upravená typizovaná náhrada v porovnání s klasickou náhradou

 

Mechanicky biomimetická úroveň

3D tisk se využije pro vývoj implantátů, které mají unikátní vlastnosti, jichž není možné dosáhnout pomocí klasických metod. Může se jednat o vlastnosti:
Povrchu: přímé vytvoření osteointegrační porézní struktury pro necementovanou aplikaci.

 

3d tisk 4

Porézní povrchem, vyrobena technologií

 

3d tisk 5

Vyrobena technologií EBD

3d tisk 6

 

 

Struktury: změna tuhosti a snížení hmotnosti změnou vnitřní struktury

3d tisk 7

Kyčelní drík s interní strukturou napodobující kost

3d tisk 8

Porézní meziobratlová rozpěrka

 

Acetabulární jamky

Titanová slitina
Monoblok s 3D strukturou na povrchu
Odpadá riziko uvolňování dodatečně nanášeného materiálu pro vytvoření dodatečné pórovitosti

3d tisk 9

Trvání operačního výkonu u individualizovaných implantátů

V případě 3D tisku dochází k plánování operace již předem. Jako součást náplně 3D tiskárny je možné přímo vytisknout šablony specifické pro danou náhradu a kosti pacienta. Proto je možné zrychlit operaci, zejména u komplikovanějších výkonů. Podle informací z Royal Perth Hospital, Australie, operace kyčelní jamky z vytištěné metodou SLS trvala 2 hodiny, přičemž standardní operace daného typy trvá 4 hodiny. 50% úspora času je velkým benefitem pro pacienta a sníží také zatížení lékařského personálu.

Zotavení pacienta

Jelikož je implantát připraven pro daného pacienta snižuje se velikost operačního výkonu, např. velikost resekované kosti a zrychlí se zotavení pacienta. Rychlejší zotavení sníží délku pobytu pacienta v nemocnici a tím výrazně sníží náklady.

Prodloužení životnosti umělých kloubů

Délka přežití kloubů, podle  American Academy of Orthopaedic Surgeons, Cleveland Clinic, NIH, eOrthopod.com, National Institute for Health and Clinical Excellence (U.K.)

Náhrada kloubu Přežití
Kyčel  15-20 let 
Koleno 

10-15 let

Kotník 5-8 let 
Rameno  12-20 let 
Loket  <10 let 
Zápěstí  10-15 let 

Z tabulky jasně vidíme, že délka přežití umělých kloubů v těle je omezená. Po uvolnění tak nastává nutná reoperace, která představuje výraznou zátěž jak pro pacienta, tak náklady na reoperaci jsou podstatně vyšší, než v případě primární operace. 3D tisk umožní prodloužit životnost kloubů, zejména u malých kloubů, kde je kritická otázka správné fixace.

 

Historie použití 3D tisku v ortopedii ČR a mezníky ve světě

Průkopníkem využití metod 3D tisku v oblasti ortopedie v České republice je ČVUT v Praze, kde od roku 1998 funguje Laboratoř rapid prototyping. Pomocí zařízení FDM firmy Stratasys Inc. USA je 3D tisk využíván jak pro tisk forem, tak pro vizualizaci nových výrobků, anatomickou vizualizaci a archeologickou antropometrii. Kromě ČVUT se 3D tisk pro ortopedii aktivně využívá na Technické univerzitě v Liberci a firmou 3D Laboratories Brno, která ho spojila s vlastními algoritmy segmentace obrazu.

1998 Využití FDM pro výrobů forem na výrobu keramického kolena Walter Medica, a.s. (nyní část firmy ProSpon), ČVUT v Praze

2002 Využití 3D tisku pro medicínske vizualizace CNS, ČVUT v Praze

2007 Individuální 3D tibiální augmentace pro náhrady kolenního kloubu, Walter Medica, a.s.(nyní část firmy ProSpon), ČVUT v Praze

2008 3D tisk forem pro vizualizaci kraniofaciální chirurgie na ČVUT v Praze
Tisk forem pro chirurgii – 3Dim Laboratories, Brno

2009 Novogen tisk agregátů buněk, USA
Model pro totální náhradu čelistního kloubu MEDIN Orthopaedics (nyní část firmy ProSpon), ČVUT v Praze

2010 3D tisk forem pro vizualizaci náhrad kraniálních defektů na TUL Liberec

2011 Experimentální 3D tisk vložek kolenního kloubu, Medin Orthopaedics (nyní část firmy ProSpon)

2012 Náhrada kolenního kloubu pro kočku, USA
Částečná náhrada pánve podle CT dat pacienta metodou DMLS, vyrobeno v Německu pro firmu Beznoska, Kladno
Implantována náhrada celé čelisti vyrobené 3D tiskem z titanu, Belgie

Výhody 3D tisku:

• Podstatné zkrácení výrobního (i vývojového) cyklu.

• Je možné podstatně snížit hmotnost výrobků a to až o 50% - porézní struktury či odlehčený design a to i pro nástroje (celková hmotnost kompletního instrumentária na koleno je kolem 25 kg a její snížení např. na 15 kg by bylo velmi vhodné)

• Design může být velmi progresivní – dají se dělat výrobky jinak nevyrobitelné či draze vyrobitelné, čímž se můžeme velmi odlišit od konkurence.

• 3D tisk můžeme použít pro geometricky přesnější reprodukci náhrad kloubů. Výhodou je lepší přizpůsobení pro daného pacienta. v kraniofaciální chirurgii, nebo pro výrobu individualizovaných náhrad všech velkých kloubů.

• Vývoj implantátů, které mají unikátní vlastnosti, jen není možné dosáhnout pomocí klasických metod.

Naše články o 3D tisku

Další články o společnosti

Zasílání novinek