Изготовление протезов с помощью 3D-принтера: как производить больше и дешевле

Новый подход в изготовлении протезов компании Ortigital

В настоящий момент в России более 1.5 млн человек нуждаются в технических средствах реабилитации, при этом в ряде регионов из-за бюджетных и функциональных ограничений срок ожидания протеза увеличивается до полутора-двух лет. Дефицит протезов верхних и нижних конечностей в 2022 году составил более 20 тыс. случаев, а цена на изделия растет с каждым годом. Подобное явление напрямую связано с имеющимися проблемами в сфере протезирования – это себестоимость изделий, повышенный спрос, срок изготовления, иностранные материалы и комплектующие. Проблема в большей степени связана с неэффективным методом производства культеприемных гильз, которые изготавливаются только на заказ в протезных компаниях, индивидуально для каждого пациента.

Индивидуальность культеприемной гильзы связана с анатомическими различиями пациентов и физиологическими особенностями остаточной конечности. Качество и точность изготовленной приемной части напрямую влияют на комфорт и здоровье клиента, а также безопасность. Неверно изготовленная гильза может привести к развитию болезней культи и к травмам, более того, протез просто будет неудобным и бесполезным для дальнейшего использования.

Производство культеприемных гильз – это трудоемкий процесс, который требует квалифицированных специалистов со знанием своего дела и пониманием особенностей каждого пациента.

Существует несколько способов изготовления культеприемных гильз, применяемых в современной практике: по традиционным методам, изготовление с применением ЧПУ и производство с применением аддитивных технологий (3D-печать).

Метод с использованием гипсовых слепков (или именуемый нами традиционный метод) в свое время стал революционным за счет индивидуализации культеприменых гильз.

К примеру, начиная с Первой мировой войны технические средства реабилитации изготавливали по заводской технологии массового производства (то есть, производили типовые изделия), и при ампутации конечности хирург подгонял культю к определенным типам протезов.

Переход к индивидуально-модульному принципу изготовления протезов позволил производить более анатомически точные гильзы из пластиков на смену типовым деревянным. Согласно нашим исследованиям, этот подход остается самым применяемым в протезной практике различных компаний, но по-своему устаревшим в свете технологических возможностей нашего времени.

Процесс создания культеприемной гильзы начинают со сбора информации о пациенте: особенность ампутации, пожелания по протезу и способу крепления, а также производят подбор необходимых комплектующих.

Далее снимают гипсовый слепок культи конечности и моделируют в соответствии с учетом разгрузки проблемных участков (то есть, создают негатив модели). После отливки модели гипсовым раствором и обработки получают «позитив» – основу для дальнейшего изготовления культеприемной гильзы методами вакуумного формования или ламинирования.

После первичного формирования гильзы проводят дополнительные корректировки для достижения комфорта и функциональности изделия: обрезку краев, добавление подкладок и изменение формы для корректировки зон разгрузки и нагрузки на участки конечности.

Это достаточно трудоемкий процесс, но, в то же время, сопряжен с определенными недостатками из-за устаревшей методики.

К примеру, в среднем на каждую культеприемную гильзу, изготовленную таким подходом, уходит до двух недель работы.

Также процесс производства подвержен человеческому фактору - это приводит к погрешностям на этапах снятия слепка и формования: так как происходит ручная обработка позитива, то некоторые ошибки при отливке формы могут остаться незамеченными, что приведет к образованию полостей в готовом изделии, а чрезмерно спиленная форма приведет к образованию выступов в готовой гильзе, которые могут способствовать образованию гематом. Подобные погрешности могут стать фатальными, полученная гильза будет неточной и в лучшем случае просто неудобной, а в худшем приведет к травмам.

Благодаря технологическому прогрессу в свое время появилась возможность автоматизировать процесс изготовления культеприемных гильз путем внедрения цифровых методов в производство посредством фрезерования позитива модели на станках с числовым управлением (ЧПУ).

Подобный подход обладает рядом преимуществ, такие как высокая точность модели в сравнении с гипсовым слепком из традиционного метода и скорость изготовления. В то же время, хоть этот подход и становится дешевле и быстрее первого, но дальнейшие производственные этапы не меняются, а затраты на обслуживание оборудования влетают в копеечку, поэтому экономия не является существенной.

Аддитивные технологии представляют собой метод изготовления трехмерных объектов посредством послойного наращивания материала с помощью компьютерных технологий и известны нам под другим названием - 3D-печать.

Инновационные возможности такого подхода позволяют практически полностью цифровизовать процесс изготовления культеприемных гильз и и получить готовое изделие к концу дня. Также, некоторыми исследованиями было доказано, что 3D-печать может обеспечить изготовление гильз с изменяемой жесткостью стенок, что повышает комфорт изделия и распределяет нагрузку по всей поверхности культи с уменьшением концентрации давления на отдельные участки.

На первом этапе используется лазерное или оптическое сканирование для получения точной 3D-модели культи - основы для проектируемой гильзы, соответствующей анатомическим особенностям пациента.

Далее в программном обеспечении CAD формируют цифровую модель гильзы с учетом зон разгрузки проблемных участков.

Параметры печати (толщина стенок, плотность материала и степень заполнения) устанавливают в соответствии с требованиями к прочности и гибкости гильзы. Для достижения наилучших результатов часто используется комбинация различных параметров.

После завершения печати гильза подвергается финальной обработке, которая может включать шлифовку, полировку и нанесение защитных покрытий для улучшения комфорта и долговечности. Возможна также интеграция дополнительных компонентов, таких как адаптеры для крепления к остальной части протеза, в зависимости от конфигурации изделия.

В глазах обывателей изделия, производимые 3D-печатью, могут производить впечатление несерьезного и недолговечного продукта с ассоциациями на уровне детских игрушек в виде 3D-ручек. Однако, сфера аддитивных технологий стремительно развивается, разрабатываются новые технологии 3D-печати, прочные и долговечные материалы и методики для их применения (от печати наноразмерных объектов до жилых домов).

Если рассматривать преимущества 3D-печати в области изготовления культеприемных гильз, то подобный процесс обладает массой достоинств:

Изготовление протезов и культеприемных гильз - это архаичный процесс, который модернизируют за счет технологических нововведений. Устаревающие процессы “традиционного” изготовления гильз заменяют инновационные методики, которые позволяют снизить затраты на изготовления протезов и насытить рынок нужными средствами технической реабилитации в кратчайшие сроки.

Технология 3D-печати в изготовлении культеприемных гильз представляет собой шаг вперед в области протезирования, обеспечивает высокую точность, комфорт и доступность, что важно для улучшения качества жизни людей с ампутациями. Благодаря индивидуализации и скорости производства, 3D-печать вместе с 3D-сканированием, становится более предпочтительным методом для создания культеприемных гильз, открывая новые горизонты в развитии протезных технологий.