Antti Alonen
TKI-asiantuntija
Savonia-ammattikorkeakoulu
http://alvo.savonia.fi/
Suomen pikavalmistusyhdistys FIRPA järjesti tänä vuonna 20v juhlaseminaarin Otaniemessä samaan aikaan Nordic 3Dexpo –tapahtuman kanssa 18-19.4.2018.Seminaari oli kaksipäiväinen: Ensimmäinen päivä keskittyi 3D-tulostuksen käyttöön medikaalipuolella ja toinen päivä teollisuuden käyttökohteisiin. Tähän kirjoitukseen on tiivistetty poimintoja ensimmäisen päivän ohjelmasta.
Päivän pohjusti Professori Antti Mäkitie (Helsingin yliopisto) yhdessä professori Ian Gibsonin kanssa (Deakin yliopisto, Australia). Seminaaripäivän anti oli monipuolinen ja kansainvälinen. Puhujat olivat Suomesta, Hong Kongista, Intiasta, Englannista ja Sloveniasta.
Päivän puheenvuoroissa oli useita esimerkkejä siitä, miten 3D-tulostusta voi hyödyntää medikaalipuolen sovelluksissa. Hammas-, suu- ja leukaluukirurgiaan liittyvät esimerkit olivat yleisimpiä, ja 3D-tulostuksen käytöstä näillä aloilla löytyy kokemusta suomalaisistakin sairaaloista. Suomessa hiljattain toteutetussa kyselyssä yliopistosairaaloille kallon ja kasvojen alueen sovellukset olivat toiseksi yleisin käyttöalue. Yleisesti ottaen 3D-tulostuksen käyttö sairaaloissa ei ole Suomessa vielä arkipäivää, sillä 41% vastanneista eivät hyödyntäneet 3D-tulostusta missään potilaskohtaisessa käytössä (mallit, implantit, työkalut, ohjaimet tms.).
Seuraaviin kohtiin on tiivistetty seminaariesityksistä 3D-tulostuksen käyttöä kliinisessä sairaalaympäristössä neljän käyttöalueen osalta.
- Suunnittelun mallit (preoperative models)
- Ohjaimet (Guides) ja Työkalut
- Implantit
- Proteesit ja apuvälineet
1. Suunnittelussa käytettävät mallit
Potilaskohtaisesta datasta (esim. CT-kuvat) valmistettujen näköismallien hyödyntäminen leikkaussuunnittelussa on yksi yleisimmistä tavoista hyödyntää 3D-tulostusta. Se on myös edullista ja materiaaliksi käy usein yleiset perusmateriaalit. Koska kyseessä ei ole ihmiseen asennettava implantti tai edes potilaaseen kosketuksissa oleva tuloste, myös viranomaismääräykset ovat kevympiä. Mikäli tulostetta aikoo käyttää leikkaussalissa, tulee sterilointitarpeet toki huomioida ja materiaalista liittyen siihen voi liittyä haasteita. Helppojakin ratkaisuja sterilointiin voi löytyä. Yhdessä esityksessä näytettiin kuva mallin hyödyntämisestä leikkaussalissa – 3D-tuloste oli siinä laitettu steriloidun muovipussin sisään.
Muovista tulostettua näköismallia voi käyttää esimerkiksi yleisimplantin tai rakenteen sovittamisessa ja muokkaamisessa haluttuun muotoon ennen leikkausta. Koska kyseessä on potilaan oma geometria, tulee sovittamisen tuloksena täydellisesti potilaaseen soveltuva ratkaisu joka on leikkaustilanteessa helpompi asentaa paikalleen. Jo pelkkä leikattavan kohteen näkeminen fyysisenä 3D-mallina auttaa lääkäreitä leikkauksen suunnittelussa, mutta tulosteen käyttäminen sovitteena on vieläkin selkeämpi etu.
Potentiaalisia etuja ovat siis parempi tarkkuus, parantunut turvallisuus sekä nopeammat operaatiot. Näköismallien käyttäminen myös mahdollistaa entistä laajemmat kirurgiset mahdollisuudet, kun operaatiota päästään suunnittelemaan ja harjoittelemaan konkreettisesti ennen leikkausta.
2. Ohjaimet ja työkalut
Toinen yleinen käyttökohde kliinisessä ympäristössä on erilaisten ohjainten valmistaminen leikkaustilannetta varten. 3D-tulostettuja ohjaimia käytetään maailmalla yleisesti hammaskirurgiassa, mutta niiden käyttö myös muissa kirurgisissa operaatioissa on lähtenyt yleistymään.
3D-tulostetut ohjaimet soveltuvat suoraan potilaan muotojen (esim. luurakenteen) päälle leikkaustilanteessa, ja mahdollistavat tarkat leikkaus/poraus/asennusoperaatiot.
Tohtori Christian Fangin (Department of Orthopaedics and Traumatology, The University of Hong Kong) esitti puheenvuorossaan useita esimerkkejä ohjureista, joita on käytetty leikkausoperaatioissa onnistuneesti. Esimerkkitapauksissa oli käytetty poraus-, leikkaus-, poisto- ja ruuvausohjureita jotka mahdollistivat paremman potilasturvallisuuden, tarkkuuden ja nopeammat leikkausoperaatiot. Joissakin tapauksissa (esim. selkäydinleikkauksissa) ruuvien kiinnittäminen potilaaseen turvallisesti ilman 3D-tulostettuja potilaskohtaisia ohjureita voi olla jopa mahdotonta.
3. Implantit
Esillä oli luonnollisesti myös esimerkkejä metallista (yleensä titaani tai kobolttikromi) tulostettujen implanttien asennuksesta potilaisiin. Slovenia on asian suhteen Euroopan kärkimaita – maassa asennettiin ensimmäinen 3D-tulostettu implantti potilaaseen jo vuonna 2008. Useat laitevalmistajat tarjoavat jauhepetitekniikkaan pohjautuvia metallin 3D-tulostimia jotka soveltuvat implanttien valmistamiseen. Valmistus vaatii kuitenkin laitteiston sertifioinnin, joka on hidas ja raskas prosessi. Vastuukysymyksistä johtuen sertifiointi voi myös olla mahdollista ainoastaan yrityksille – esimerkiksi Sloveniassa Mariborin yliopisto, joka on euroopan pioneeri alalla, ei voi itse valmistaa implantteja vaan joutui ulkoistamaan valmistuksen yritykselle, joka haki sertifioinnin.
Useimmissa maissa 3D-tulostettujen implanttien käyttäminen leikkauksessa on erittäin tiukan säätelyn takana. Sekä Sloveniessa että Englannissa hyväksynnän saaminen kestää vähintään puoli vuotta, mikä voi olla joissakin tapauksissa potilaille liian myöhäistä.
Tiukasta säätelystä huolimatta 3D-tulostus on niin merkittävä edistusaskel lääketieteelle, että joissakin sairaaloissa potilaskohtaisesti valmistetut implantit ovat jo normaali osa operaatiota. Igor Drstvensek Mariborin yliopistosta kertoi erään ortopediakirurgin todenneen että 5 vuoden kuluttua 3D-tulostus ja –suunnittelu ovat yleistyneet siihen pisteeseen, että niiden hyödyntämättä jättäminen voi olla kiellettyä!
4. Proteesit ja apuvälineet
3D-tulostuksen käyttö proteesien valmistuksessa on erinomainen esimerkki käyttökohteesta, johon valmistusmenetelmä sopii hyvin. Proteesit ovat yksilöllisiä ja niiden valmistaminen perinteisin menetelmin on työlästä. Lisäksi proteesin käyttäjän elämäntavat (ikä, painon vaihtelut, voimaharjoittelu, urheilu) voi vaikuttaa olennaisesti proteesin soveltuvuuteen ja proteesilta vaadittaviin ominaisuuksiin. Markkinoilta löytyykin jo useampia yrityksiä, jotka ovat erikoistuneet 3D-tulostuksen hyödyntämiseen proteesien valmistuksessa. Yksi tällainen on saksalainen mecurius, joka on ollut viime vuosina esillä myös Formnextissä, eurooppalaisessa 3D-tulostuksen suurtapahtumassa joka järjestetään vuosittain Frankfurtissa.
Proteesien lisäksi yksi nousussa oleva käyttöalue on lastojen ja erilaisten ”väliaikaisten tukien” valmistus. 3D-tulostetun lastan valmistukseen liittyvät edut ovat vastaavia kuin proteesipuolellakin, mutta markkinoilla on myös tulossa lastoja joihin integroidaan erilaisia antureita ja lisälaitteita. 3D-tulostus myös mahdollistaa uudentyyppiset kiinnitysmekanismit.
Abby M. Paterson Loughboroughin Yliopistosta Englannista esitteli seminaarissa tutkimustyötään 3D-tulostettujen lastojen parissa. Yliopisto on aiemmin tutkinut 3D-tulostettujen lastojen hyötyjä ja kustannusrakennetta ja nyt meneillään on suunnittelun ongelmakohtiin perehtyminen. Yleiset suunnitteluohjelmat eivät ole erityisen helppokäyttöisiä, ja niissä on suuri määrä tarpeettomia ominaisuuksia ja valintoja, jos tavoitteena on lastan suunnittelu. Mikäli 3D-tulostetut lastat halutaan saattaa yleiseen käyttöön, on tarpeen helppokäyttöinen ohjelmisto jolla voi nopeasti räätälöidä asiakkaan tarpeisiin soveltuvan lastan. Tähän mennessä tutkimuksessa on kartoitettu tarvittavia ominaisuuksia ja seuraavaksi edessä on ohjelman luominen.
Parhaaksi materiaaliksi lastojen valmistuksessa oli osoittautunut jauhepetitekniikkaan perustuvat laitteet, mutta tulevaisuudessa tilanne voi muuttua. Esimerkiksi multimateriaalitulosteet voivat tuoda mielenkiintoisia mahdollisuuksia tämän osa-alueen sovelluksiin erityisesti joustavien materiaalien osalta. Tietyltä alueelta joustava materiaalirakenne mahdollistaisi entistä paremmin potilaskohtaisesti soveltuvat kappaleet. Tällä hetkellä ongelmana on vielä joustavien multimateriaalien osielta kulutuskestävyys.
Päivän viimeisenä esityksenä oli puhujien paneeli, jossa asiantuntijat kävivät ajankohtaisia teemoja läpi. Esille nousi selvä tarve siitä, että maailmasta löytyisi puolueeton, kansainvälinen ryhmä joka keräisi tilastotietoa ja käyttökokemuksia 3D-tulostuksen käytöstä sairaalaympäristössä. Tiedon yhteensopivuutta varten tulisi kehittää standardimalli/pohja, jonka perusteella tietoa kerättäisiin.
