Spina dorsale con tessuto connettivo realizzata con la stampante 3D J750 Digital Anatomy.
La stampante 3D J750™ Digital Anatomy™ di Stratasys, promette di cambiare il volto della modellazione medica stampata in 3D, permettendo ai produttori di dispositivi medici di superare le attuali limitazioni.
di Scott Drikakis (*)
L’uso della stampa 3D in sanità non è un fenomeno nuovo. Coloro che prestano attenzione agli sviluppi tecnologici del settore non saranno sorpresi del suo utilizzo. Negli ultimi anni, Stratasys ha lavorato con clienti in tutto il mondo per migliorare la metodologia di cura e la comunicazione con i pazienti, accelerare la convalida clinica e accelerare l’innovazione.
In Europa, ospedali come il CHU di Bordeaux e il Guy’s and St Thomas’ di Londra hanno utilizzato le ultime novità della stampa 3D avanzata e multimateriale per creare modelli medici 3D specifici del paziente per aiutare a pianificare operazioni complesse. Allo stesso modo, clienti come Nidek Technologies sono stati in grado di accelerare notevolmente gli studi clinici quando hanno incorporato la stampa 3D nel processo di test dei dispositivi.
Modello di cuore stampato in 3D con la stampante 3D J750 Digital Anatomy, che riproduce la sensazione, la reattività e la biomeccanica dell’anatomia umana.
TECNOLOGIE PER SUPERARE I LIMITI
Nonostante questi incredibili progressi, la stampa 3D ha avuto i suoi limiti in termini di realismo degli organi e di funzionalità biomeccanica e, a oggi, non ha ancora offerto un metodo di test che copra tutte le possibili aree di utilizzo. Ciò significa che molti produttori di dispositivi medici si affidano ancora ai metodi di test tradizionali. Queste coinvolgono principalmente l’uso di cadaveri umani, animali o modellazione virtuale. Tuttavia, come per le soluzioni di stampa 3D attualmente disponibili, ognuno di questi metodi ha le proprie limitazioni. Questi possono andare da preoccupazioni etiche a processi di sviluppo lunghi e costosi. Di conseguenza, le istituzioni mediche continuano a spingere le nuove tecnologie per superare tali problemi. Per indirizzare il problema, è essenziale creare una soluzione che risolva direttamente gli svantaggi specifici dei metodi tradizionali e superi le attuali limitazioni della stampa 3D stessa.
La stampa 3D permette a medici e ingegneri di esplorare nuove aree di applicazione, compresa la prostetica personalizzata. Crediti: Università della Florida Centrale (UCF) Ironman
NUOVA STAMPANTE, NUOVI MATERIALI
La stampante 3D J750 Digital Anatomy, presentata recentemente da Stratasys, affronta tutti questi problemi. Utilizzando nuovi materiali e software avanzati, può replicare la sensazione reale, la reattività e la biomeccanica dell’anatomia umana. Per le istituzioni mediche e i produttori di dispositivi medici, che ripetutamente chiedono una migliore replica degli scenari del mondo reale, questo ha il potenziale per cambiare le regole del gioco.
Per tutti i test dei dispositivi medici, uno scenario clinico accurato è una necessità. È estremamente difficile per uno qualsiasi degli attuali metodi di test crearli. I cadaveri umani sono talvolta difficili da ottenere e sono sempre molto elaborati. Mentre i produttori di dispositivi medici potrebbero a volte essere in grado di individuare la patologia corretta per i test, il cadavere manca di quella “sensazione di tessuto vivo”. Con i test sugli animali, la patologia corretta può essere solo approssimata, e il loro uso può spesso sollevare preoccupazioni etiche. D’altra parte, quando i clienti si rivolgono alla modellazione virtuale, qualsiasi tentativo di somiglianza con la vita è estremamente difficile, perché il tatto e la percezione della profondità si perdono all’istante. Con la stampa 3D, anche se si possono ricreare scenari specifici per il paziente, la somiglianza con il “mondo reale” non è stata finora possibile.
Lanciati in tandem con la nuova stampante 3D Digital Anatomy, una selezione di nuovi materiali può emulare scenari clinici reali meglio che mai. Inizialmente, questa tecnologia è più adatta per applicazioni cardiache, vascolari e ortopediche. Per esempio, con il nuovo materiale TissueMatrix™, i modelli possono simulare efficacemente funzioni come la resistenza allo strappo, la resistenza al taglio, la forza di trazione della sutura e il rigurgito di una valvola. Con i materiali GelMatrix™ e Agilus™, destinati alle procedure vascolari, possono replicare accuratamente la pressione, la forza di inserimento del filo guida e la pressione di scoppio di un aneurisma. Infine, BoneMatrix™ può simulare le proprietà dell’osso nativo per applicazioni di maschiatura, alesatura, allineamento spinale e taglio. Tutti questi materiali sono stati testati clinicamente e convalidati da terze parti, e si prevede che ogni anno verranno aggiunte altre anatomie specifiche al repertorio di questa stampante 3D.
Presso il Centre Hospitalier Universitaire (CHU) di Bordeau si utilizza il materiale trasparente VeroClear di Stratasys, così i chirurghi possono vedere all’interno del rene e stimare la posizione specifica e la profondità in cui risiede un tumore.
TEST DI CONVALIDA
Medtronic ha recentemente pubblicato i propri test di convalida sulla stampante Digital Anatomy e i suoi materiali e software. Anche se le capacità avanzate dei materiali sono essenziali, questa nuova soluzione include un software in cui vengono scelte anatomie specifiche, non materiali. Su richiesta, gli utenti possono generare le microstrutture richieste, fino a densità ossee individuali o irregolarità specifiche del paziente.
Riprodurre tali specificità nella modellazione del silicone, o cercare un cadavere animale o umano in cui la patologia sia il più vicino possibile ai requisiti specifici del paziente, spesso crea ritardi sostanziali nei cicli di sviluppo del prodotto. I produttori di dispositivi medici possono utilizzare i modelli di Digital Anatomy per migliorare la progettazione durante l’intero ciclo di vita del prodotto, eseguendo la verifica e la convalida del progetto, i confronti con la concorrenza e l’analisi dei guasti. Con la stampante 3D Digital Anatomy, i tempi di consegna e i cicli di sviluppo del prodotto possono essere ridotti fino al 70%.
IL REALISMO DEI MODELLI 3D
Naturalmente, il test dei dispositivi medici richiede anche un notevole investimento finanziario e logistico. I cadaveri umani e gli studi sugli animali richiedono ambienti controllati, entrambi costosi da mantenere. La stampante 3D Digital Anatomy elimina la necessità di un ambiente controllato. Il test dei dispositivi medici, e qualsiasi ulteriore addestramento clinico richiesto dopo la commercializzazione, può avvenire in un ambiente senza rischi. Ci aspettiamo che il ritorno sull’investimento sia molto più breve del previsto, spesso meno di 18 mesi.
Come parte dello sviluppo e del test di questa macchina, abbiamo lavorato a stretto contatto con il Jacob’s Institute, un centro di innovazione medica di New York focalizzato sull’accelerazione dello sviluppo di dispositivi nella medicina vascolare, e Medtronic, la più grande azienda di dispositivi medici del mondo. Il JI ha adottato la stampa 3D per ricreare anatomie specifiche del paziente e testare i suoi dispositivi, ma un problema chiave che si è presentato in precedenza era l’incapacità di replicare la sensazione di tessuto vivo e il realismo biomeccanico. Per i chirurghi come il Dottor Addan Siddiqui, Chief Medical Officer del Jacob’s Institute, il realismo biomeccanico e la sensazione di tessuto vivo dei nuovi materiali di anatomia digitale offrono un feedback tattile che prima non era disponibile. L’istituto riferisce livelli senza precedenti di realismo nei modelli 3D creati, che sta permettendo loro di studiare nuovi dispositivi in situazioni cliniche reali al fine di stabilire la loro efficacia, molto prima che siano introdotti nei pazienti.
MIGLIORARE LA CURA DEI PAZIENTI
Ogni giorno vediamo nuove istituzioni mediche migliorare la cura clinica grazie all’uso della stampa 3D. Inizialmente, ci aspettiamo che la stampante 3D Digital Anatomy aiuti i nostri clienti di dispositivi medici a far progredire la convalida clinica, a migliorare la verifica del design e a migliorare le pratiche di formazione del prodotto e sul campo. I centri medici accademici e gli ospedali pediatrici possono ora addestrare i futuri chirurghi su procedure complesse e rare su richiesta in qualsiasi ambiente facilmente disponibile per loro. Ci aspettiamo anche che gli utenti continuino a far progredire le procedure chirurgiche utilizzando questa soluzione per la pianificazione chirurgica. Stratasys è da sempre impegnata a migliorare la cura dei pazienti in tutto il mondo e sappiamo che la collaborazione con i nostri clienti è il modo migliore per raggiungere questo obiettivo. ©TECN’È
La visione più chiara offerta da un modello trasparente a colori stampato in 3D aumenta la capacità di eseguire una chirurgia kidney-sparing precisa e di successo.