3D spausdinimas otorinolaringologijoje – vakar, šiandien ir rytoj

2018-02-01

Agnė Laukaitienė1 , prof. habil. dr. Nora Šiupšinskienė1, 2

1 LSMU MA Ausų, nosies ir gerklės ligų klinika, 2 Klaipėdos universiteto Sveikatos mokslų fakultetas

3D spausdinimas, arba adityvus gaminimas (additive manufacturing) – tai trimačio, vientiso, praktiškai bet kokios formos objekto gaminimo procesas iš skaitmeninio modelio, kai skirtingomis formomis sudedami sluoksniai. Straipsnyje pateikiama informacinė apžvalga apie trimačio spausdinimo tipus, panaudojimo galimybes otorinolaringologijoje.

 

3D printing for otorhinolaryngology yesterday, today and tomorrow

Keywords: 3D printing, selective laser sintering, fused deposition modeling, termal inkjet printing, otorhinolaryngology.

Summary. 3D Printing, also known as Additive Manufacturing (AM), refers to processes used to create a three-dimensional objecs. Objects can be of almost any shape or geometry and typically are produced using digital model data from a 3D model or another electronic data source, when layers are composed of different shapes. Although this technology appeared in the 1980s until the second decade of the 21st century, such printers were used exclusively for commercial purposes. This paper provides an overview of the types of three-dimensional printing, and the possibilities of using it in otorhinolaryngology.

 

Trimatis, arba 3D, spausdinimas, arba adityvus gaminimas (additive manufacturing) – tai trimačio, vientiso, praktiškai bet kokios formos objekto gaminimo procesas iš skaitmeninio modelio, kai skirtingomis formomis sudedami sluoksniai [1]. Nors ši technologija atsirado dar XX amžiaus devintame dešimtmetyje iki XXI amžiaus antro dešimtmečio tokie spausdintuvai buvo naudojami tik komerciniais tikslais. 3D spausdinimo technologiją pradėjo amerikiečių mokslininkas Chuck Hull 1986 metais savo įkurtoje kampanijoje ,,3D Systems Corp“ [2]. Per pastaruosius kelis dešimtmečius ši technologija labai evoliucionavo, tapo populiari ir prieinama visuomenei. Yra labai daug 3D spausdinimo pritaikymo sričių – ji svarbi architektūroje, elektronikos pramonėje, komercinėje gamyboje, edukaciniuose procesuose ir, žinoma, odontologijoje ir medicinoje. Proceso metu ,,sluoksnis po sluoksnio“ dėliojamos įvairios medžiagos, kaip antai plastikas, metalas, keramika, nailonas, akrilas, popierius, gyvi audiniai.

Šiandien yra daug 3D spausdinimo technologijų, tačiau kelios iš jų yra dažniausios:

  • TIP – angl. termal inkjet printing [3];
  • FDM – angl. fused deposition modeling [4];
  • SLS – angl. ,selective laser sintering [5].

TIP – ,,Bekontaktė technika“. Šiuose spausdintuvuose, kaitinant spausdintuvo galvutę, sukuriami maži oro burbulai, kuriems subliūkštant sukuriami spaudimo pulsai, kurie išstumia rašalo ,,lašus“ iš išstūmiklio. Dydis – nuo 10 iki 150 pikolitrų. Dydis priklauso nuo temperatūros, pulso dažnio, rašalo klampumo [6].

 

FDM – vietoj ,,rašalo“ naudojami išlydyti plastiko rutuliukai. Spausdintuvo galvutei judant išstumiamas plonas būsimo objekto sluoksnis, procesas kartojamas daug kartų [4].

Kadangi medžiaga yra kaitinama ją išstumiant, ji sulimpa su prieš tai buvusiu sluoksniu. Sluoksniai laipsniškai kietėja.                     

SLS – spausdinimo medžiaga miltelių pavidalo. Lazeris piešia objekto figūrą milteliuose, juos kaitindamas. Kartojama pasluoksniui, kiekvienas sluoksnis dedamas aukščiau prieš tai buvusio. Procesas kartojamas, kol baigiamas objektas [5, 7, 8].

Pastaraisiais metais 3D spausdinimas pradėtas naudoti ir otorinolaringologijoje. Pradėta medicininių implantų, protezų, edukacinių modelių gamyba pagal pacientų duomenis. Taip pat audinių ir organų gamyba, farmaciniai tyrimai [9].

 

Anatominiai modeliai

3D spausdinimu sukuriami tikslūs anatominiai modeliai pagal individualią organo struktūrą. Modeliai gaminami pagal konkretaus paciento KT ir MRT vaizdus [9-10]. Gaminiai iš dalies skaidrūs, pagaminti iš mažai kainuojančios akrilo dervos ar polivinilalkoholio medžiagų, kurių sudėtyje yra vandens ir jų tekstūra yra panaši į gyvus audinius, sukuriančius tikros chirurginės operacijos vaizdą. Jie – ekonomiški, aiškios struktūros – galimai be gretutinių ligų, juos galima naudoti neribotą kartų kiekį. Pavyzdžiui, mokslininkų sukurti nosies, sinusų ir kaukolės pamato modeliai naudojami endoskopinių operacijų treniravimuisi [11-12] Otorinolaringologijos rezidentai turi galimybę išmokti tikslią operacijos techniką, atskirti simuliacinėse operacijose anatomines struktūras kaip pleištinį antį, vidinę miego arteriją, regos nervą, turkišką balną ir pakylą [12]. Neseniai buvo sukurti modeliai, skirti nosies tamponados praktikavimuisi. Tokie modeliai sujungti su hidrauline sistema, galima stebėti priekines ir užpakalines etmoidalines arterijas, stabdyti kraujavimą iš užpakalinės nosies dalies, pavyzdžiui, iš a. sphenopalatina ir priekinės dalies kraujavimą – iš Kiesselbach rezginio [13]. Taip pat 3D modelių naudojimas padeda pacientams geriau suprasti patologijas, būsimas operacijas ir jų rezultatus. Pagerėja bendradarbiavimas tarp gydytojo ir paciento [9].

 

Otologija

3D spausdinimas svarbus klausos atkūrimui. Apie 60 proc. lėtinių vidurinės ausies ligų yra susiję su klausos kauliukų defektais, kurie lemia kondukcinį klausos sutrikimą [9]. Klausai grąžinti galima naudoti klausos kauliukų protezus, kurie geresni už įprastus, plastiškesni, ilgaamžiai, stabilesni, individualiai sukurti kiekvienam ligos atvejui [9]. 3D spausdinimą taip pat galima panaudoti klausos reabilitacijoje. Yra du tipai klausos aparatų: užausiniai ir vidiniai. Pastarieji yra efektyvesni, tačiau ir brangesni, kadangi individualiai pritaikyti pagal paciento ausies landą [9]. Šiandien pasaulyje yra daugiau nei dešimt milijonų 3D spausdintuvu pagamintų klausos aparatų, kurie yra patogesni ir pigesni nei naudojant įprastą gaminimo technologiją [ 9].

Lėtinis vidurinės ausies uždegimas esti labai dažna patologija, kas metus paliečianti apie 30 mln. pacientų, iš kurių daliai pasireiškia būgnelio perforacijos, reikalingos chirurginės intervencijos [9]. Šiandien perforacijos uždarymui dažniausiai naudojama m. temporalis fascija. Nors dažniausiai toks gydymas efektyvus, dėl fascijos struktūros, būdingų defektų, pasitaiko reperforacijų [9]. Buvo atlikti tyrimai su šinšilomis ir 3D spausdintuvu sukurtais būgnelio lopais, naudojant fibroblastus ir epiderminius augimo faktorius [14]. Rezultatai parodė, jog visų gyvūnų gijimas sklandus, geros klausos galimybės. Remiantis šiais rezultatais, galima tikėtis ateityje 3D spausdinimo pritaikymo būgnelio perforacijų gydyme.

Plačiau apie tai skaitykite „Otorinolaringologijos aktualijos“ 2017 m. Nr. 2

 

 
 

© 2006 Visos teisės saugomos.