3D szimuláció és nyomtatás a gerincsebészetben

Átírás

1 3D szimuláció és nyomtatás a gerincsebészetben Dr. LazáryÁron PhD, Dr. Éltes Péter, Dr. Varga Péter Pál Országos Gerincgyógyászati Központ, Budapest

2 NYOMTATÁS:technológiai folyamat, mely során szöveget, képet hozunk létre - eredetileg - tintával papíron 1000 years The 100 BioChannel Life J. Gutenberg Time C. Colombus M. Luther People of the Millenium and Beyond ( Gutenberg nyomdagépe (1439) 2.évezred legfontosabb találmánya 2

3 3D NYOMTATÁS:additív elven működő gyártástechnológia, tárgyak létrehozása a tárgy rétegeinek egymásra építésével. Szubsztraktív gyártás felesleget elveszi hulladék limitált formai szabadság Additív gyártás a tárgy rétegeit építi egymásra nincs hulladék bonyolult, összetett formák A harmadik ipari forradalom (Jeremy Rifkin) 3

4 A 3D NYOMTATÁS TÖRTÉNETE a gyors prototípus készítéstől a precíziós micro-gyártásig Chuck Hull A 3D nyomtatás feltalálója A 3D nyomtatás születése Az első SLA (sztereolitográfia) technológiát alkalmazó gép legyártása Az SLS(selectivelasersintering) technológia elterjedése Az első önmaga részeit lemásolni képes nyomtató A világ első 3D nyomtatású robotrepülőgépe, 3D nyomtatású autója, 3D nyomtatású ékszerek aranyból és ezüstből RepRap projekt: nyílt forráskódú ösztönző cél az önmaga alkotórészeit reprodukálni képes 3D nyomtató Do-it-yourself készletek elérhetőek a piacon 4

5 3D nyomtatás a medicinában - mérföldkövek - Dr. Forgács Gábor elméleti fizikus, biológus University of Missouri-Columbia BIOPRINTING Első 3D nyomtatott szövet (húgyhólyagfal) beültetés Áttörés a végtagpótló protézisek terén 3D nyomtatással készült állkapocs protézis sikeres beültetése Működő miniatűr 3D nyomtatott vese Vérerek nyomtatása 3D bioprinter segítségével 5

6 D nyomtatás a medicinában - új tudományág születik - Tudományos közlemények száma "3D nyomtatás" témában

7 3D nyomtatás a medicinában - felhasználási területek - 70 A 3D nyomtatási technikák használata az összes közlemény százalékában % Műtéti célzó Modell műtét tervezéshez Egyedi implantátum Modell implantátum formálásához Formák protézisekhez Betegek kiválasztását segítő modell 7

8 3D nyomtatás a medicinában - szakterületek - Az orvostudomány egyes szakterületeinek előfordulási aránya a közlemények összességében (%) Ortopédia - térd 30,7 Szájsebészet 24,1 Kraniális sebészet 12,7 Ortopédia - csípő Gerincsebészet 7,5 8,3 Fogászat 4,8 Kardiovaszkuláris 3,5 Ortopédia - váll Ortopédia - kézfej Cerebrovaszkuláris Ortopédia - medence Általános sebészet Fül-orr-gégészet Ortopédia - boka Ortopédia - kar Ortopédia - könyök 2,2 1,8 1,3 0,9 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 8

9 A sebészek bevonása a technológia-transzferbe nemzetközi felmérés (AOSpine) 300 gerincsebész, 92 országból A 3D technológiák terjedésének fő gátjai Ismeretszint a beteg-specifickus sebészet időigényes Már használtam ezeket a technológiákat Tudományos cikkek, konferenciaelőadások a sebészek nem motiváltak új típusú implantátumok használatában a piac telített tradícionális megoldásokkal drága technológia Általános ismeretek médiából, hírekből Nincs érdemi ismeretem a témáról a sebészek nincsennek tudatában a 3D nyomtatás/modellezés adta lehetőségekkel "távolság" a kórház és a nyomtató/modellező központ között "távolság" a sebészek és a mérnökök között 9

10 A gerinc egyedi, 3D anatómiája 10

11 3D szimuláció, tervezés és nyomtatás Adatok (morfológia) Adatok (anyagi minőség, antropometria, járás, biológia) Szimuláció (in silico tudomány) 11

12 12

13

14 Simulation Simulation

15 Az Országos Gerincgyógyászati Központ InSilicoBiomechanikaLaboratóriuma Hardver Szoftver Adatbázis Szakmai kapcsolatrendszer Pályázatok: OTKA, H2020 Dr. Éltes Péter Endre laborvezető Dr. Kiss László PhD hallgató

16 Keresztcsonti chordoma teljes rezekcióés rekonstrukció Closed Loop Technique (2001)

17 A sebészi implantátum-konstrukció energia elnyelő szerepe

18 A csontos átépülés folyamatának modellezése és mérése A csontos remodelling véges-elem modellje

19 A csontos remodelling(fúzió) folyamata

20 A véges-elem modell elemeinek eloszlása A csontsűrűség változása 20

21 Sebészi navigáció 3D nyomtatott célzó segítségével

22 Beteg-specifikus modell

23 Beteg-specifikus véges-elem modell

24 A csavarimplantáció modellje S.I. ALA

25

26 Design

27 3D nyomtatás

28

29

30 Implantátumok a 3D nyomtatási technológia előnyének kihasználása egyedi implantátumok gyártása bioanyagok A. Jakus et al., Science Translational Medicine (2016) 30

31 Jövőkép 31

32