3D-tulostus lääketieteessä ja 3D-tulostuksen materiaaliturvallisuus. Elintarvikepäivä Helsinki TkT Mika Salmi Aalto Yliopisto

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "3D-tulostus lääketieteessä ja 3D-tulostuksen materiaaliturvallisuus. Elintarvikepäivä 2016 17.5.2106 Helsinki TkT Mika Salmi Aalto Yliopisto"

Pirjo Keskinen
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 3D-tulostus lääketieteessä ja 3D-tulostuksen materiaaliturvallisuus Elintarvikepäivä Helsinki TkT Mika Salmi Aalto Yliopisto

2 3D-tulostuksen teolliset sovellutukset Prototyypit Komponentit Työkalut Tuomi J., Vihtonen L., Incremental Sheet Forming as Rapid Prototyping and Manufacturing Technology. International Conference on Manufacturing Automation, ICMA 07, CD-ROM ISBN , National University of Singapore, May 28 30, 2007.

Incremental Sheet Forming as Rapid Prototyping and Manufacturing Technology.

3 3D-tulostuksen lääketieteelliset sovellutukset 1. Lääketieteelliset mallit 2. Ulkopuoliset tuet, ohjaimet, lastat ja proteesit 3. Työkalut, instrumentit ja osat lääkinnällisiin laitteisiin 4. Inertit implantit 5. Keinokudospikavalmistus, Biomanufacturing Kuvat: Bioman project, Tsinghua University)

4 Lääketieteelliset mallit pre- ja postoperatiiviseen suunnitteluun, koulutukseen ja harjoittuluun Leikkauksen suunnittelu ja harjoittelu Opiskelijoiden harjoitukset, potilaan ja omaisten infoaminen Perustuu potilaan geometriaan, suurennus/pienennys mahdollista Anatominen tarkkuus riippuu käyttötarkoituksesta Kuljetettavuus, säilyvyys, haptinen vaste Kuvat: Mäkitie, A., Paloheimo, K. S., Björkstrand, R., Salmi, M., Kontio, R., Salo, J.,... & Tuomi, J. (2009). Medical applications of rapid prototyping--three-dimensional bodies for planning and implementation of treatment and for tissue replacement]. Duodecim; laaketieteellinen aikakauskirja, 126(2),

säilyvyys, haptinen vaste Kuvat: Mäkitie, A., Paloheimo, K. S., Björkstrand, R., Salmi, M., Kontio, R., Salo, J.,... & Tuomi, J. (2009).

5 Lääketieteelliset apuvälineet, ortoosit, lastat ja proteesit 3D-tulostettu osa kehon ulkopuolella ei invaasivinen Voidaan yhdistää standardi laitteisiin mahdollistamaan potilaskohtainen istuvuus Pitkäaikainen ja postoperatiivset tuet, (liike) ohjaimet ja fixaattorit Sisältää ulkoiset proteesit ja proteesiholkit, personoidut lastat, orthopediset sovellukset Kuva Björkstrand R, Tuomi J, Paloheimo M, Lindahl J, Salo J. 3D-Digitalization of ankle movement and 3D-CAD-method for patient specific external ankle support development and rapid manufacturing. Bártolo PJ et al., Innovative developments in design and manufacturing: Advanced research in virtual and rapid prototyping, Leiden, CRC Press / Balkema, , 2010.

sovellukset Kuva Björkstrand R, Tuomi J, Paloheimo M, Lindahl J, Salo J.

6 Työkalut, instrumentit ja osat lääkinnällisiin laitteisiin Mahdollistaa tai tehostaa lääketieteellistä toimenpidettä Potilaskohtaiset mitat ja muodot mahdollisia Invasiivinen, ei implantoitava, steriloitava 3D-tulostettu osa kontaktissa ruumiin nesteiden, limakalvojen, kudosten ja elinten kanssa rajoitetun ajan Ei myrkyllisiä tai allergisia reaktioita, ei irtoavia partikkeleita Sisältää esim. poraohjaimet, kirurgiset istrumentit, orthodonttiset sovellukset Kuvat: Mäkitie et al. (2009), Duodecim, J. Poukens (2006)

nesteiden, limakalvojen, kudosten ja elinten kanssa rajoitetun ajan Ei myrkyllisiä tai allergisia reaktioita, ei irtoavia

7 Inertit implantit Suorasti tai epäsuorasti 3D-tulostettu kudospuutteen korjaukseen Kudosyhteensopivuus, tiukat materiaalivaatimukset, pitkät hyväksyntä prosessit Pitkäaikainen, kestävyys, mekaaniset ominaisuudet, pinnan ominaisuudet Ei juuri muutu potilaan sisällä Voi houkutella solujen tarttumista, mutta pääasiassa passiivinen Sisältää hammassovellukset: kruunut ja sillat Kuvat: J. Poukens (2006), Salmi, M., Tuomi, J., Paloheimo, K. S., Björkstrand, R., Paloheimo, M., Salo, J.,... & Mäkitie, A. A. (2012). Patient-specific reconstruction with 3D modeling and DMLS additive manufacturing. Rapid Prototyping Journal, 18(3),

pääasiassa passiivinen Sisältää hammassovellukset: kruunut ja sillat Kuvat: J. Poukens (2006), Salmi, M., Tuomi, J., Paloheimo, K. S., Björkstrand, R.

8 Biomanufacturing 3D tulostus + tissue engineering Polymeerit, keraamit ja komposiitit, huokoiset rakenteet Muoto personoitu vastaamaan kudospuutosta, optimaalinen morphologia riippuu kudostyypistä Biologisesti yhteensopiva ja aktiivinen Scaffoldit: osteoinduktiivisuus, osteokonduktiivisuus, resorboituvuus säädeltävissä Myös pehmyt kudokset ja elimet organ manufacturing Pictures from Mäkitie et al. (2009), Duodecim and Wang et al. (2006), Tissue Engineering

aktiivinen Scaffoldit: osteoinduktiivisuus, osteokonduktiivisuus, resorboituvuus säädeltävissä Myös pehmyt

9 Kolme esimerkki casea ja erilaiset vaatimukset Inertti 3D tulostettu implantti Salmi, M., Tuomi, J., Paloheimo, K. S., Björkstrand, R., Paloheimo, M., Salo, J.,... & Mäkitie, A. A. (2012). Patientspecific reconstruction with 3D modeling and DMLS additive manufacturing. Rapid Prototyping Journal, 18(3), Purentakiskon suora 3D tulostus Salmi, M., Paloheimo, K. S., Tuomi, J., Ingman, T., & Mäkitie, A. (2013). A digital process for additive manufacturing of occlusal splints: a clinical pilot study. Journal of The Royal Society Interface, 10(84), Kasvojen siirto naamio luovuttajalle

Rapid Prototyping Journal, 18(3), 209-214. Purentakiskon suora 3D tulostus Salmi, M., Paloheimo, K. S., Tuomi, J., Ingman, T., & Mäkitie, A. (2013).

10 Silmänpohja case Tietokonetomografia kuvat Potilaan 3Dmallit Digitaalinen suunnittelu Makrorakenne (3Data Expert ) 3D-tulostus SLS, PA 2200 Preoperatiivinen malli 3D-Tulostus EOS DMLS, Ti64ELI Kiillotus ja sterilisointi Implantti suoraan 3D tulostamalla leikkaus 2009

SLS, PA 2200 Preoperatiivinen malli 3D-Tulostus EOS DMLS, Ti64ELI

11 Leikkauksen jälkeen Preoperatiivinen Postoperatiivinen (2 viikkoa) Tietokonetomografia postoperatiivinen

12 Yhteenveto silmänpohja casesta Potilaskohtaisten implanttien digitaalinen suunnittelu ja 3Dtulostus Mahdollistaa implantin tarkan sopimisen paikalleen Vähentää leikkauksen kestoa Parantaa leikkauksen tarkkuutta Vähentää leikkaus morbiditeettiä Tilavuus verkko sallii kudosten ja solujen kasvaa lävitseen Pienempi massa vähentää herkkyyttä kuumalle ja kylmälle

Parantaa leikkauksen tarkkuutta Vähentää leikkaus morbiditeettiä Tilavuus verkko sallii

13 Materiaaliturvallisuus silmänpohja casessa Materiaalina titaaniseos vastaavaa käytetään implanteissa paljon Lääkereille tuttu materiaali Materiaali kiillotettavissa ja steriloitavissa Valmistuksen jälkeen koostumusanalyysi ja materiaalitestaus Seuranta

Lääkereille tuttu materiaali Materiaali kiillotettavissa ja

14 Purentakisko case - ongelma Ristipurenta oikeall ja vasemmalla, kuluneet hampaat, kipeät purentalihakset Horisontaalinen ylipurenta 4 mm (overjet), vertikaalinen ylipurenta 2mm (overbite)

ylipurenta 4 mm (overjet), vertikaalinen ylipurenta 2mm

15 Purentakisko case miksi 3D-tulostus? Perinteinen prosessi 1. Kipsimallit ylä- ja alahampaista purenta indeksi 2. Valmistus hammaslaboratoriossa hammasteknikon toimesta 3. Laatu vaihteen taidon, olosuhteiden yms. mukaan 4. Toimitusaika kohtuu pitkä (1-2 viikkoa) 3D-tulostuksen mahdollisuudet 1. Vähentää käsityötä 2. Tarkemman purentakiskot 3. Tasainen laatu 4. Lyhyempi toimitusaika (yön yli / muutama päivä)

Valmistus hammaslaboratoriossa hammasteknikon toimesta 3. Laatu vaihteen taidon, olosuhteiden yms.

16 Purentakisko case - prosessi Potilas Nyt Kipsimallit Kipsimallien 3D-skannaus Intraoraalinen 3D-skanneri Tulevaisuus Muutama hammas mahdollista koko kaari vaikeahko Purenta kiskon 3D-suunnittelu Hampaiston 3Dmalli 3D-tulostus - Stereolitografia Purentakisko

Muutama hammas mahdollista koko kaari vaikeahko Purenta kiskon

17 Yhteenveto Purentakisko case Kliinisesti toimiva purentakisko suora 3D-tulostus Ei käsityötä hammaslaboratoriossa Trimmaus yhtä hyvä kuin parhailla perinteisillä Kustannusten lasku, lyhempi hammaslääkärikäynti, nopeampi toimitus, tarkemmat purentakiskot Stereolitografia riittävän tarkka & materiaali tuntuu toimivalta (läpinäkyvä photopolymeeri, Somos WaterShed XC 11122) Lisätutkimuksia vaaditaan kaupallistamiseen Laitoksen nimi

hammaslääkärikäynti, nopeampi toimitus, tarkemmat purentakiskot Stereolitografia riittävän tarkka & materiaali

18 Materiaaliturvallisuus purentakisko casessa Fotopolymeeri, ISO biocompatibility testing Käytetty esim. kuulokojeiden kuorissa Sterilointi isopropanolilla Miten reagoi syljen ja muiden suun eritteiden kanssa? Kuluminen? Seuranta

kuulokojeiden kuorissa Sterilointi isopropanolilla Miten

19 Kasvojen siirto naamio luovuttajalle Suomen ensimmäinen kasvojen siirto -Luovuttajan rekonstruoiminen -Ei tarvita bioyhteensopivuutta, ei tiukkoja materiaalivaatimuksia -Aineiston luottamuksellisuus -Vaatimuksena nopeus 12h toimitusaika Yhteistyössä: HUS Laitoksen nimi

ei tiukkoja materiaalivaatimuksia -Aineiston luottamuksellisuus

20 Huomioita elintarvikkeiden kanssa Bakteerien viihtyminen monimutkaisissa rakenteissa tai huokosissa Vieraita kemikaaleja materiaaleissa, eri omaisuudet ennen ja jälkeen valmistuksen Muuttaako valmistusprosessi materiaalia? Lämmitys? Nesteen kovetus laserilla? Vaikka materiaali on hyväksyttyä onko laitteen osat sellaisia? Esim. kotitulostimen pronssisuuttimissa voi olla lyijyä. Miten osa steriloidaan kestääkö autoklaavin? Gamma sterilointi? Muista hyväksynnät ja omat testaukset, sekä varmennukset

Nesteen kovetus laserilla? Vaikka materiaali on hyväksyttyä onko laitteen osat sellaisia? Esim.

21 Kysymyksiä? Kommentteja? Osallistu 3D-tulostus tutkimukseen ja vaikuta: 3D2DE.par Participate in 3D-printing survey and influence B85DB.par TkT Mika Salmi Aalto Yliopisto, Koneenrakennustekniikan laitos

Samankaltaiset tiedostot

3D tulostus lääketieteessä. Firpa vuosiseminaari 13.5.2014 Lappeenranta TkT Mika Salmi Aalto Yliopisto

3D tulostus lääketieteessä. Firpa vuosiseminaari 13.5.2014 Lappeenranta TkT Mika Salmi Aalto Yliopisto 3D tulostus lääketieteessä Firpa vuosiseminaari 13.5.2014 Lappeenranta TkT Mika Salmi Aalto Yliopisto 3D tulostuksen teolliset sovellutukset Prototyypit Komponentit Työkalut Tuomi J., Vihtonen L., 2007.