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. Incremental Sheet Forming as Rapid Prototyping and Manufacturing Technology. International Conference on Manufacturing Automation, ICMA 07, CD-ROM ISBN 978-981-05-8089-6, National University of Singapore, May 28 30, 2007.
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)
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), 143-151.
Lääketieteelliset apuvälineet, ortoosit, lastat ja proteesit Pikavalmistettu 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, 199-204, 2010.
Työkalut, instrumentit ja osat lääkinnällisiin laitteisiin Mahdollistaa tai tehostaa lääketieteellistä toimenpidettä Potilaskohtaiset mitat ja muodot mahdollisia Invasiivinen, ei implantoitava, steriloitava Pikavalmistettu 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)
Inertit implantit Suorasti tai epäsuorasti pikavalmisettu 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), 209-214.
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
Kaksi esimerkki casea Inertti 3D tulostettu implantti Purentakiskon suora 3D tulostus 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), 209-214. 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), 20130203.
Yksilöllisen implantin valmistamismahdollisuuksia Käsin muotoilu standardi osista leikkaussalissa Potilaan 3D malli Digitaalinen suunnittelu 3D tulostus Vahamalli AM & viimeistely Koneistus Vahamalli 3D tulostamalla Silikonimuotti Valaminen Implantin 3D tulostus Implantti koneistamalla Implantit epäsuorasti 3D tulostuksen avulla
Silmänpohja case Tietokonetomografia kuvat Potilaan 3D mallit 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
Leikkauksen jälkeen Preoperatiivinen Postoperatiivinen (2 viikkoa) Tietokonetomografia postoperatiivinen
Yhteenveto silmänpohja casesta Potilaskohtaisten implanttien digitaalinen suunnittelu ja 3D tulostus 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
Purentakisko case - ongelma Ristipurenta oikeall ja vasemmalla, kuluneet hampaat, kipeät purentalihakset Horisontaalinen ylipurenta 4 mm (overjet), vertikaalinen ylipurenta 2mm (overbite) http://www.dent.cmu.ac.th/thai/diag/cai/docc381/chapter2/doc42.html
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 tulotuksen mahdollisuudet 1. Vähentää käsityötä 2. Tarkemman purentakiskot 3. Tasainen laatu 4. Lyhyempi toimitusaika (yön yli / muutama päivä)
Purentakisko case - prosessi Potilas Nyt Kipsimallit Kipsimallien 3D skannaus Intraoraalinen 3D skanneri Tulevaisuus Muutama hammas mahdollista koko kaari vaikeahko Purenta kiskon 3D suunnittelu Hampaiston 3D malli 3D tulostus - Stereolitografia Purentakisko
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) Lisätutkimuksia vaaditaan kaupallistamiseen Laitoksen nimi 16.5.2014 17
Kysymyksiä? Kommentteja? TkT Mika Salmi Aalto Yliopisto, Koneenrakennustekniikan laitos +358 50 512 2746 mika.salmi@aalto.fi