Czy gips na złamania to przeżytek?
Niewygodny i ciężki gips zakładany na złamane kończyny to zmora wielu pacjentów, szczególnie tych najmłodszych. Coraz więcej projektów naukowych proponuje jednak zamiennik w postaci lżejszych i wygodniejszych stabilizatorów, drukowanych w technologiach 3D.
Czy tradycyjny gips to przeżytek? Pytamy dra inż. Wojciecha Kajzera z Katedry Biomateriałów i Inżynierii Wyrobów Medycznych, opiekuna laboratorium druku 3D, które znajduje się w Europejskim Centrum Innowacyjnych Technologii dla Zdrowia – EHTIC, przy Wydziale Inżynierii Biomedycznej Politechniki Śląskiej.
– Gipsowanie jest podstawową metodą stabilizacji odłamów kostnych. Polega na doraźnym leczeniu częstych i niegroźnych złamań kończyn górnych i dolnych. Jest to szybki, tani i łatwo dostępny sposób, ale nie jest on idealny. Unieruchomione i nieobciążane podczas leczenia tkanki miękkie zanikają. Ponadto, gips uniemożliwia zachowanie odpowiedniej higieny leczonej kończyny i ogranicza możliwość oddychania skórze. Nie wspominając o jego wadze – gips jest ciężki, co jest uciążliwe m.in. dla najmłodszych pacjentów – powiedział naukowiec.
Według niego, lepszym rozwiązaniem w przypadku niegroźnych złamań, zwichnięć czy nadwyrężeń są drukowane, personalizowane stabilizatory.
– Ich zaletą jest to, że są lekkie i mają przestrzenną, ażurową konstrukcję, co pozwala oddychać skórze i prowadzić dodatkowe zabiegi np. elektrostymulacji zrostu kostnego. Są także personalizowane, czyli idealnie dopasowane do stabilizowanej kończyny konkretnego pacjenta – dodał.
Stabilizatory wytwarzane metodami druku 3D, najczęściej tworzone są z materiałów polimerowych. W zależności od technologii mogą to być polimery np. w postaci proszków. – W tym przypadku najczęściej wykorzystywany jest poliamid PA12. Z kolei w druku materiałem w postaci drutu (filamentu) często stosuje się ABS lub PLA. Niezależnie od metody druku 3D, stosowane materiały charakteryzują się wystarczającymi własnościami mechanicznymi, umożliwiającymi uzyskanie wymaganej stabilizacji leczonej kończyny. Ponadto można je dezynfekować, a po zakończeniu leczenia poddać recyklingowi. W przypadku ABS-u i PLA możliwe jest prawie natychmiastowe, ponowne wytworzenie filamentu – wyjaśnił.
Jak działa tworzenie takiej drukowanej ortezy? W pierwszym etapie skanuje się konkretną część ciała, następnie opracowywany jest kształt stabilizatora, kolejno ustala się parametry druku i drukuje. Brzmi prosto, ale to zaawansowana i nietania technologia.
W porównaniu do tradycyjnego gipsu, który nakłada się tu i teraz, w przypadku druku 3D problemem może być czas, ponieważ samo drukowanie jest czasochłonne. Jak podał Wojciech Kajzer, drukowanie elementu o wysokości kilku centymetrów, w zależności od zastosowanej technologii, może zająć kilka godzin. – W przypadku druku polegającego na spiekaniu proszków polimerowych, dochodzi do tego jeszcze konieczność studzenia elementu, co zazwyczaj trwa tyle, ile sam wydruk. Należy też wspomnieć o tzw. postprocessingu, który polega m.in. na usunięciu podpór, obróbce wykańczającej powierzchni, takiej jak szlifowanie czy polerowanie, obróbce chemicznej lub cieplnej. Na to też potrzeba czasu – podkreślił.
Dodał, że wadą drukarek 3D jest ich ograniczona przestrzeń robocza, co wymusza konieczność podzielenia większych wydruków na mniejsze, które następnie należy odpowiednio złączyć. Jest to też dużo droższe rozwiązanie niż tradycyjny gips.
Drukowane stabilizatory tworzy się jednak coraz częściej m.in. z myślą o dzieciach z problemami neurologicznymi. Rośnie też rynek drukowanych ortez dla zwierząt.
– W druku 3D wykorzystywanym w inżynierii biomedycznej, moim zdaniem, mamy obecnie dwa główne kierunki rozwoju. Pierwszy trend to planowanie operacji, gdzie druk 3D wykorzystywany jest do tworzenia modeli anatomicznych, wykorzystywanych przez lekarzy do przygotowania oraz przeprowadzenia symulacji zabiegu operacyjnego. Modele te są drukowane z materiałów nadających się do sterylizacji, więc można je wykorzystać także na sali operacyjnej. Drugi kierunek to omawiane wcześniej wytwarzanie wszelkiego rodzaju personalizowanych ortez, stabilizatorów oraz implantów ortopedycznych – tłumaczył Wojciech Kajzer.
Wracając więc do pierwszego pytania: czy gips na złamania to przeżytek? – Rzeczywiście powoli staje się on przeżytkiem, ale mimo wszystko ciągle stanowi jeden z głównych sposobów leczenia załamań kości kończyn dolnych i górnych. Z kolei dynamicznie rozwijająca się branża druku 3D oraz opracowywane systemy, wykorzystujące skanowanie 3D do opracowywania nowych postaci geometrycznych różnego rodzaju wyrobów, szczególnie w inżynierii biomedycznej, dają szerokie możliwości tworzenia spersonalizowanych wyrobów medycznych. Wraz z ich rozwojem, obniżeniem kosztów związanych z ich stosowaniem oraz zwiększającą się dostępnością odpowiednich narzędzi – szczególnie w ośrodkach medycznych, zajmujących się leczeniem złamań – uważam, że w najbliższych latach tradycyjny gips stanie się przeżytkiem, a nowoczesne, personalizowane i być może w pewnym stopniu „inteligentne”, drukowane stabilizatory, staną się powszechnie stosowane w praktyce klinicznej – podsumował naukowiec.
Obecnie, dr inż. Wojciech Kajzer zajmuje się badaniami na temat wpływu parametrów druku różnymi technologiami przyrostowymi na własności mechaniczne i fizykochemiczne obiektów wytwarzanych tymi technologiami. Innymi słowy, chodzi o sprawdzenie, jak zapewnić lepszą funkcjonalność oraz większą wytrzymałość wydruków poprzez zmiany w sposobie drukowania lub zastosowanie alternatywnych materiałów.
Dr inż. Wojciech Kajzer – opiekun laboratorium druku 3D w Europejskim Centrum Innowacyjnych Technologii dla Zdrowia (EHTIC); Katedra Biomateriałów i Inżynierii Wyrobów Medycznych, Wydział Inżynierii Biomedycznej.
tekst: Agnieszka Kliks-Pudlik
zdjęcia: Maciej Mutwil
tekst pochodzi z Biuletynu 2 (350) / 2023
