Már a sebészek is használják a 3D-s nyomtatást

Az egyedi műtéti tervezést és a páciens testébe pontosan illeszkedő mesterséges szervek létrehozását egyaránt lehetővé teszi a rohamléptekkel fejlődő 3D-s nyomtatási technológia.

Néhány héttel ezelőtt egy idős hölgy csontgyulladás miatt felszívódott alsó állkapcsát háromdimenziós nyomtatás útján készített titán-implantátummal pótolták belga orvosok. Az eset első a maga nemében, ám jól illeszkedik az utóbbi évek kibontakozó trendjébe: az eredetileg feltalálók, tervezőmérnökök által kifejlesztett 3D-s nyomtatási technológia, a gyors prototípus-készítés (rapid prototyping) egyre szélesebb körű alkalmazást nyer a gyógyászatban is.

A módszer vonzereje mérnökök és orvosok számára ugyanaz: gyorsan és minimális költséggel teljesen egyedi, tetszőleges alakú, sőt nagymértékben kontrollálható belső szerkezetű térbeli formák állíthatók elő a legkülönfélébb anyagokból. A testeket a speciális 3D-s nyomtatók lépésről lépésre, vékony rétegenként hozzák létre. Például úgy, hogy a por formájú alapanyagot összeragasztják vagy összeolvasztják, esetleg oly módon, hogy a nyomtatófejből folyékony anyagot préselnek ki, amely a levegőn megszilárdul. A nyomtatófej mozgását és működését számítógép vezérli egy tervezőszoftverben elkészített 3D-s modell alapján.

A gyors prototípus-technika orvosi felhasználása sokrétű. Bonyolult műtétek tervezéséhez, az operálni kívánt szervek pontos anatómiai viszonyainak áttekintéséhez valódi, körbeforgatható és tapintható térbeli modelleket ad a sebészek kezébe, s hasonló modellek az orvosok és nővérek képzésében is hasznosíthatók. Segítségével sérült vagy hiányzó csontok helyére pontosan illeszkedő, egyedi implantátumok gyárthatók, ami fontos lépés a manapság sokat emlegetett személyre szabott orvoslás irányába.

Nincs messze az az idő sem, amikor a térben nyomtatott hálók, állványzatok - optimális esetben a beteg saját sejtjeivel benövesztve - komplex lágyrészek pótlását teszik majd lehetővé. A 3D-s nyomtatás óriási előnye a hagyományos anyagmegmunkálási technikákkal szemben a tervezhető belső szerkezet: a felépített testek belseje lehet porózus, nagy felületet kínálva a megtapadó sejteknek, és tartalmazhat előre tervezett "csatornahálózatot" az erek, idegek számára. Így egyre inkább a valódi mesterséges szervek léphetnek majd a hagyományos átültetett szervek helyére, lerövidítve a transzplantációra szorulók várakozási idejét, és kiküszöbölve a szövetkilökődés súlyos problémáját.

Mintacsontok, próbaszívek

Az anatómia gyönyörűen leírható a tankönyvekben, de a valóságban nincs két egyforma ember. Ez még az egészséges szervezetre is igaz, a különböző betegségekre és sérülésekre pedig hatványozottan: ahány fejlődési rendellenesség, ahány deformitás, ahány sebesülés, annyiféle. A mai sebészek eleve óriási előnyben vannak harminc-negyven évvel ezelőtti kollégáikhoz képest, akiknek néhány statikus röntgenfelvétel alapján kellett elképzelniük, mivel találkoznak majd a páciensben, amikor felnyitják - már ha a műtendő szerv egyáltalán ábrázolódott a röntgenképen -, s ezen ismeretek birtokában kellett megtervezniük a beavatkozást.

Ma olyan képalkotó eljárások segítik az orvosokat, amelyek a lágyszöveteket is láthatóvá teszik, sőt azokról térbeli, a számítógép képernyőjén tetszőlegesen forgatható-tanulmányozható virtuális modelleket készítenek. Azonban a virtuális modellen még mindig nem lehet előre kipróbálni a mozdulatokat; tesztelni, hogy a műszerek hogyan férnek hozzá a műtéti területhez. Erre a 3D-s nyomtatás kínál megoldást: a műtendő szerv képalkotó módszerekkel - CT-vel, MR-rel - létrehozott számítógépes modelljét valóságos, tapintható és manipulálható testté alakítja, amelyen az elváltozás részletei kiválóan tanulmányozhatók, és a műtét előre "lejátszható". A majdani valóságos műtétet lényegesen lerövidítheti, és sok váratlan komplikációt előre kivédhet, ha a sebészi team a modell segítségével mintegy elpróbálja az operációt, és nem a műtőasztalon fekvő kinyitott betegben szembesül először a tényleges anatómiai helyzettel.

Titánból készült az állkapocs-implantátum

Napjainkban a sebészek már a világ számos részén élnek a gyors prototípus kínálta lehetőséggel a műtéti tervezésben. A rapid prototyping-technikáról nemrég megjelent nemzetközi kötetben egy indiai-hongkongi-ausztrál szerzőcsoport például arról számol be, hogyan egyszerűsíti és gyorsítja a komplex törések és deformitások műtéti korrekcióját az, hogy a rögzítésre szolgáló csavarok pozícióját, hosszát és lefutásának irányát a 3D-modell segítségével előre meg tudják határozni. Hasonló tapasztalatokat osztott meg egy londoni sebészcsapat, akik a szív és a belőle induló nagyerek születési rendellenességeivel foglalkoznak. Elmondásuk szerint a 3D-modellek felbecsülhetetlen segítséget nyújtanak az optimális műtéti technika megválasztásában, az egyes lehetséges beavatkozások kivitelezhetőségének előre megítélésében, így komoly kockázatoktól kímélik meg a pácienseket.

Koponyafoltozás magyar módra

A 3D-s modelltestekkel nemcsak eljátszani lehet az operációt, de azok ténylegesen be is kerülhetnek a páciensbe. A 3D-s nyomtatáson alapuló csontpótlás hazai úttörője a Debreceni Egyetem dr. Csernátony Zoltán vezette Ortopédiai Klinikája, ahol a Biomechanikai Laboratórium foglalkozik a gyors prototípus-technológia sebészi célú alkalmazásának kutatásával és fejlesztésével. Már 2008-ban, a klinika saját folyóiratának, a Biomechanica Hungaricának a bemutatkozó számában ismertettek egy baleseti koponyasérüléses esetet, ahol a homlokon keletkezett nagyméretű, szabálytalan alakú csontfolytonossági hiányt 3D-s nyomtatás révén sikerült tökéletesen kipótolniuk.

A beteg koponyájáról készített CT-felvételek alapján egy erre specializált szoftver segítségével 3D-s modellt hoztak létre, majd - kihasználva a koponya természetes szimmetriáját - a hiányzó darab alakját az ellenoldali koponyaterület tükrözésével és illesztésével határozták meg. Ezt követően kerülhetett sor a hézagba precízen illeszkedő pótdarab kinyomtatására. A modell ezúttal még nem volt közvetlenül felhasználható, mert anyaga sem a csonttal szemben támasztott mechanikai elvárásoknak, sem a sterilizálhatóság követelményének nem felelt meg. Azonban a pótdarabot szilikonnal körülöntve, majd a megkötött szilikonból azt kiemelve és a képződött üregbe csontcementet préselve megkapták az immár beültetésre alkalmas, teljesen személyre szabott implantátumot.