Home arrow Mef.hr časopis arrow Visoka tehnologija u ortopediji
Visoka tehnologija u ortopediji PDF Ispis E-mail
(3 glasova)

Mef.hr   
Friday, 24 July 2015

Sve bržim razvojem tehnologije tijekom proteklih godina, usko specijalizirane znanstvene grane na području računalne tehnologije, medicine i strojarstva proširile su se na gotovo sve aspekte istraživanja i proizvodnje nadomjestaka ljudskog tijela čineći ih lakšima, efikasnijima i efektivnijima te dostupnijima sve većem broju ljudi. Multidisciplinarni pristup te sinergija različitih grana znanosti, u kombinaciji s novim tehnološkim dostignućima, ubrzano mijenja pristup dijagnostici i liječenju lokomotornog sustava, što je evidentno kroz primjenu posljednjih 10 godina.

Virtualna rekonstrukcija pojedinih dijelova ljudskog skeleta na temelju CT podataka te mogućnost manipuliranja dobivenim modelima velik je korak naprijed na području prijeoperacijske pripreme, dijagnostike i u samom kirurškom postupku u koštanoj kirurgiji, a primjena 3D print tehnologije definitivno je označila revoluciju u samoj proizvodnji medicinskih implantata i kirurgiji lokomotornog sustava, zbog mogućnosti personaliziranog pristupa svakom pacijentu, te kreiranju jedinstvenih implantata koji dizajnom i oblikom odgovaraju isključivo samom pacijentu. Računalna tehnologija duboko prodire u sferu mehaničkog i biomehaničkog ispitivanja proizvoda pa je tako moguće računalnim pristupom ispitati biomehaničku stabilnost implantata metodom konačnih elemenata.

Aditivna proizvodnja popularno se naziva 3D print tehnologija i ona je stvorila revoluciju u proizvodnji medicinskih implantata zbog svoje brzine, točnosti i ekonomičnosti. Ova tehnologija se koristi CAD modelom implantata na osnovi kojeg se izrađuje gotov titanski proizvod te se upotrebljava u raznim sektorima hi-tech industrije, a posljednjih se godina iznimno brzo širi u medicini, odnosno industriji medicinskih proizvoda.

Paralelni razvoj visokih tehnologija u računarstvu i proizvodnji u kombinaciji s visoko obrazovanim kirurzima, koji su otvoreni prema novim metodama liječenja, dijagnostike i pristupa, omogućio je efikasno liječenje i pojedinih indikacija koje dosad nisu imale adekvatno rješenje. Primjena novih tehnologija u kirurgiji lokomotornog sustava je raznovrsna i mogućnosti su široke.

3D modeliranje na temelju CT-a

Osnova za 3D modeliranje su snimke dobivene kompjuteriziranom tomografijom – metodom koja u digitalnom obliku prikazuje aksijalni sloj željenog dijela tijela (organ, tkivo, strani objekt) mjerenjem apsorpcijskog faktora X zraka.

CT snimke su pohranjene u standardnom formatu za medicinsku slikovnu dijagnostiku, kojim se koriste svi medicinski uređaji kojima se obavljaju različite pretrage snimanja (uz CT uređaj npr. MRI, PET, rendgen uređaji, uređaji za ultrazvuk), nazvanom DICOM (engl. Digital Imaging and Communications in Medicine). Pri obradi slika presjeka bitno je razumjeti format pohrane slika i popratnih informacija, od kojih će se neke upotrijebiti pri obradi.

Digitalnom obradom 2D CT snimki moguće je dobiti 3D prikaz tijela ili nekog njegovog određenog dijela. Ovakvim postupkom dobiva se precizni model svakog pojedinog segmenta ljudskog skeleta, koji se poslije upotrebljava u prijeoperacijskoj pripremi, dizajniranju implantata ili kreiranju prijeoperacijskih plastičnih modela, a ortopedima omogućuje jasan uvid u stanje pacijenta prije same operacije i osnova je svakog navigacijskog uređaja.

 

Primjena virtualnih 3D rekonstrukcija u kirurgiji

Personalizirani ortopedski implantati – dizajn personaliziranih endoproteza i personaliziranih instrumenata

Virtualne rekonstrukcije i anatomski model pacijenta osnova su svakog personaliziranog pristupa u kirurgiji lokomotornog sustava. Zahvaljujući preciznosti CT uređaja, konstruktorima i inženjerima se daje jasan uvid u stvarno stanje pacijenta, a kirurg svojim idejama ima mogućnost kreirati implantat po vlastitoj želji. Konstruiranje i izrada implantata na 3D printerima čini cijeli proces brzim i učinkovitim, što je revolucionarna promjena u liječenju.

Personalizirani pristup u totalnoj endoprotetici kuka prisutan je već više od 15 godina, te je pokazao izvrsne rezultate.

 

 3D modeliranje
Personalizirani implantat zdjelice
izrađen od titana na SLS printeru

Osnova za 3D modeliranje su snimke dobivene kompjuteriziranom

Virtualna rekonstrukcija i 3D printanje omogućuju ortopedima iznimno brz i efikasan pristup liječenju kada standardni ortopedski implantati nisu adekvatna reakcija na pojedini slučaj. Bliskom suradnjom konstruktora i medicinskog tima kreiraju se precizni modeli implantata koji se, nakon faze biomehaničkog ispitivanja i analize rizika, printaju na 3D printeru od različitih biokompatibilnih materijala.

3D printanje olakšava učinkovitost u kirurgiji lokomotornog sustava kreiranjem personaliziranih instrumenata za intraoperativnu primjenu.

 

Medicinski uređaji za navigaciju

Posljednjih godina kirurzima je predstavljena tehnološka platforma za pojednostavljenje operacija na kostima, koja se koristi navigacijom računalno kontroliranom slikom, čime se znatno smanjuje potreba za rendgenskim zračenjem, pojednostavljuje kirurška tehnika, procedura implantacije i skraćuje razdoblje oporavka. Ovakvi navigacijski sustavi primjenjivi su u kirurgiji lokomotornog sustava.

 

Virtualna prijeoperacijska simulacija, 3D templating

3D modeliranje na temelju dijagnostičkih podataka može se primijeniti u fazi prijeoperacijske pripreme. Svijest o nedostacima 2D prijeoperacijskog templiranja, na osnovi nepreciznih RTG podataka, usmjerava kirurge na primjenu tehnologija virtualne rekonstrukcije. Pritom je moguće odrediti veličinu i poziciju implantata na 3D modelu uporabom 3D CAD modela samog implantata. Preciznost i jednostavnost ove primjene je revolucionarna te je moguće očekivati da će se za prijeoperacijsku pripremu kompleksnijih slučajeva sve više primjenjivati ova računalna tehnologija. Npr. prilikom prijeoperacijske pripreme nekog slučaja može se veličina femuralne komponente odrediti tako što se izvrši 3D templiranje. U intramedularni femuralni kanal virtualno se implantira različite veličine femuralnih komponenti te se, u skladu s ekspertizom kirurga, na osnovi dimenzionalne analize i odnosa implantat – kost odredi odgovarajuća veličina za implantaciju.

 sl.2

Slika 2. Određivanje pozicije i veličine vijaka te simulacija implantacije (lijevo) i simulacija naprezanja i mikropomaka implantata u sklopu studije o biomehaničkoj stabilnosti implantata.

 

Aditivna tehnologija (3d print tehnologija) u proizvodnji implantata – 3D printanje

3D printanje je proces izrade trodimenzionalnih čvrstih proizvoda iz digitalne datoteke uporabom materijala kao što su plastika, keramika i metal. Proces tiskanja uključuje izgradnju objekta sloj po sloj. Proces je vrlo fleksibilan jer, kada se model primjenom 3D sustava za modeliranje napravi na računalu, dalje je potrebno jedino povezati računalo s 3D printerom i tiskanje može započeti. Za 3D printanje se vjeruje da bi u skoroj budućnosti moglo učiniti za proizvodnju ono što su računala i internet već učinili za stvaranje, obradu i pohranu podataka.

3D printer selektivno skenira svaki sloj materijala s glavom pisača koja oslobađa vezivnu tvar i uzrokuje da slojevi prianjaju jedni uz druge. Radna podloga se snizuje do sloja debljine koji dopušta novom sloju praha da se nataloži. Novi sloj se skenira, prilagođuje obliku sljedećeg gornjeg presjeka i prianja na prethodni sloj. Nakon izrade, tvorevina se ostavlja neko vrijeme u komori s prahom da se postigne potrebna čvrstoća, zatim se izvadi i s pomoću zraka se uklanja višak praha. Naknadni proces tempiranja i infiltriranja voska, epoksida ili cijanoakrilata primjenjuje se kako bi tvorevina očvrsnula.

 sl.3.

Slika 3. Komora titanskog SLS printera tijekom postupka izrade personaliziranog implantata zdjelice.

Rezultat postupka su tvorevine s gotovo potpunom gustoćom koje se mogu naknadno obrađivati ili polirati jer nakon tiskanja tvorevine imaju visoku hrapavost. Dobivene tvorevine vrlo su precizno izrađene s vrlo dobrim dimenzijskim tolerancijama. Zahvaljujući preciznosti i brzini aditivne tehnologije, moguće je rekonstruirati svaki segment ljudskog skelata zbog čega se personalizirani pristup koristi u ortopedskoj i traumatološkoj kirurgiji, neurokirugiji i maksilofacijalnoj kirurgiji.

 Različite vrste 3D printanja

 Ovisno o vrsti i namjeni proizvoda koji se izrađuje te materijalima od kojih se izrađuje, dostupno je nekoliko različitih vrsta 3D printanja. Sve vrste se temelje na selektivnom skeniranju sloja materijala, njegovom učvršćivanju te ponavljanju toga postupka dok se ne izradi konačni model. Svaka od njih ima svoje prednosti i nedostatke koje treba uzeti u obzir pri odabiru postupka proizvodnje. Najzastupljeniji postupci su: stereolitografija (engl. Stereolithography – SLA), selektivno lasersko srašćivanje (engl. Selective Laser Sintering – SLS), taložno srašćivanje (engl. Fused Deposition Modeling – FDM), proizvodnja laminiranih objekata (engl. Laminated Object Manufacturing – LOM), hibridni postupak 3D printanja i stereolitografije (engl. Polyjet), taljenje snopom elektrona (engl. Electron Beam Modeling – EBM), tonografski postupak (engl. Solid Ground Curing – SGC).

sl.4                                                          

Slika 4. Primjeri primjene visoke tehnologije u onkoortopedskoj kirurgiji u Hrvatskoj. Zbog tumora distalnog humerusa izvršena je resekcija i rekonstrukcija s 3D modeliranim implantatom (gore), te primjer rekonstrukcije zdjelice s 3D printanim implantatom.

 

Zakonodavni okvir za proizvodnju personaliziranih implantata

Direktiva Europske Komisije 93/42 EEC temeljni je dokument koji definira osnovne zahtjeve za medicinske proizvode te se nacionalna zakonodavstva usklađuju s tom direktivom i njoj pripadajućim uredbama, zahtjevima i uputama. Prema Direktivi o Medicinskim proizvodima 93/42/EEC, specifični implantati izrađeni po mjeri pacijenta kategorizirani su kao „Personalizirani implantati“. To znači da su posebno izrađeni prema pisanoj izjavi kvalificiranog medicinskog djelatnika kojom su definirane konstrukcijske značajke i namjena za pojedinog pacijenta. Personalizirani implantati koji se stavljaju na tržište s ciljem upotrebe, ne mogu biti označeni CE oznakom, ali to ne uklanja mogućnost njihove proizvodnje i implantacije.

I na kraju, kao što smo rekli, brzim razvojem tehnologije proteklih godina, usko specijalizirane znanstvene grane na području računalne tehnologije, medicine i strojarstva proširile su se na gotovo sve aspekte izrade nadomjestaka ljudskog tijela, čineći medicinske postupke lakšima, efikasnijima i efektivnijima te dostupnijima sve većem broju ljudi. Multidisciplinarni pristup te sinergija različitih grana znanosti, u kombinaciji s novim tehnološkim dostignućima, ubrzano mijenja pristup dijagnostici i liječenju lokomotornog sustava i daju veliki zamah personaliziranoj medicini.

 Autori:

prof. dr. sc. prim. Robert Kolundžić, (Klinika za traumatologiju KBC Sestre milosrdnice)
prof. dr. sc. Vladimir Trkulja (Zavod za farmakologiju Medicinskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu )

 robert kolundžić, vladimir trkulja

 

 

Kalendar

« < Kolovoz 2020 > »
P U S C P S S
27 28 29 30 31 1 2
3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29 30
31 1 2 3 4 5 6

Nadolazeći događaji

Bez dogadaja

Tko je online

Gostiju online: 1

Statistika

Korisnika: 174
Novosti: 1625
Linkova: 0