Конечности из принтера: как 3D-печать и протезирование помогают людям с инвалидностью
По оценкам ВОЗ, около 30 миллионов людей нуждаются в протезировании конечностей или устройств для улучшения мобильности, но менее 20% их имеют. Кроме необходимых технологий для создания протезов, не хватает также специалистов.
ВОЗ утверждает – сейчас в бедных странах не хватает 40 000 обученных протезистов. Кроме того, некоторым пациентам необходимо преодолевать большие расстояния для лечения – это временные и финансовые затраты.
Развитие 3D-печати и ее доступность влияют на множество отраслей промышленности XXI века, в частности медицинскую. В материале расскажем, как аддитивные технологии повлияли на сферу протезирования конечностей и помогли людям с инвалидностью.
Также в конце материала оставляем ссылки на файлы для печати конечности.
3D-современность медицины
Чтобы оценить важность 3D-печати для медицины, вспомните, как с началом пандемии коронавируса Италия столкнулась с серьезной нехваткой медицинского оборудования в больницы города Брешии провинции Ломбардия.
Медикам требовались клапаны Вентури для аппаратов искусственной вентиляции легких. Через редактора местного издания Giornale di Brescia Нунцию Валлини медики связались с руководителем миланского фаблабу Массимо Темпорелли. Массимо вышел на директора инжиниринговой компании Isinnova Кристиана Фракасса, который согласился привезти FDM 3D-принтер прямо в больницу.
На месте Кристиан смоделировал клапан и напечатал первые образцы. Затем к делу присоединилась компания Lonati SpA, которая изготовила еще около сотни клапанов из полиамидного порошка на 3D-принтере по технологии селективного лазерного спекания (SLS).
Сейчас медики успешно тестируют 3D-печатную кожу для жертв ожогов, шины дыхательных путей для младенцев, детали для реконструкции лица для больных раком, ортопедические имплантаты для пенсионеров.
Также массово печатаются корпуса слуховых аппаратов, ежедневно производятся зубные модели зубных коронок и мостов с помощью цифрового сканирования зубов. Оно заменило традиционные методы моделирования воском, использовавшиеся веками.
Неудивительно, что эта технология вызывает заинтересованность у протезистов.
От индустрии развлечений до сети напечатанных протезов
Американский художник и мастер спецэффектов Иван Оуэн любит создавать реквизит для кукольных театров и бюджетных фильмов ужасов. Для стимпанк-фестиваля он разработал механическую металлическую руку, которой можно управлять с помощью веревок, привязанных к пальцам.
Оуэн опубликовал видео, его увидел столяр из ЮАР, который потерял четыре пальца во время несчастного случая с циркулярной пилой. Столяр связался с Иваном и обсудил возможность создания прототипа протеза, который функционировал бы с помощью той простой технологии, как и стимпанк-рука.
Впоследствии к Оуэну обратилась женщина из ЮАР, мать пятилетнего мальчика по имени Лиам, который родился без пальцев на правой руке.
Она хотела крохотную версию руки, но Оуэн понял, что ребенок быстро вырастет из протеза, поэтому он обратил внимание на использование 3D-печати. Ему пришло в голову, что можно создать универсальную модель, размер которой легко менялся бы с взрослением мальчика.
Оуэн убедил одного из производителей принтеров подарить ему две машины и разработал первую механическую руку с помощью 3D-печати. Он не патентовал свою модель и позволил другим свободно ей пользоваться и совершенствовать.
Подобные протезы прежде всего ориентированы на детей. Вони легкие, имеют яркий вид и лишены тех недостатков в употреблении, которые есть у фирменных современных протезов.
Доступность 3D-протезов и их недостатки
Самое главное преимущество – это цена. Заводской протез стоит примерно 1000 долларов и его необходимо менять каждые пару лет по мере роста ребенка. Версии с 3D-печатью стоят примерно 40 долларов.
В результате разработок Оуэна и других заинтересованных лиц появилась сеть Enabling the Future, которая насчитывает 7000 членов в десятках стран и имеет доступ к 2000 принтеров, которые помогают изготавливать руки тем, кто в этом нуждается.
Одним из достижений Enabling the Future является протез Cyborg Beast, разработанный инженерами Небрасского университета в Омахе. Если вы хотите его собрать, можете загрузить необходимые файлы для печати по ссылке и прочитать инструкцию по сборке на сайте исследовательского заведения.
Стоит понимать, что 3D-протезы не являются панацеей. Представители Enabling the Future – не профессиональные протезисты, которые проходят многолетнюю подготовку. Их продукция не сертифицирована и не проходит тестирование. Поэтому изделия ломаются гораздо чаще, чем традиционные протезы.
Если неправильно собран механизм, то при сгибании протеза пластиковые детали могут легко сломаться. Кроме того, печатники-волонтеры не сразу выставляют правильные настройки на принтере, что влияет на прочность продукции.
Столкнувшись с этими проблемами, волонтеры Enabling the Future объединились с британским инженером Стивом Вудом, чтобы разработать что-то более прочное и гибкое. Они использовали материал Filaflex для создания успешного протеза, но готовое изделие сейчас стоит около 2000 долларов – это большая сумма по сравнению с большинством изделий сети.
Несмотря на недостатки, главным преимуществом напечатанных протезов является то, что они являются выходом из сложной ситуации для людей, потерявших конечность, но не имеют денег, чтобы приобрести профессионально изготовленную продукцию.
Новые ноги для ощущения ходьбы
В 2020 году компания Exoneo представила Upya – протез стопы, который можно изготовить с помощью 3D-печати. Таким образом протезирование должно стать более доступным для стран третьего мира. Детали изготавливаются с расчетом на то, чтобы их можно было адаптировать к каждому владельцу, а также легко и быстро собирать.
Этот протез использует биомимикрию, чтобы передать максимально приближено к реальности ощущение ходьбы. Его форма имитирует фактическую анатомию лодыжки, пятки и пальцев ног, а также использует систему амортизации пружин для имитации сухожилий стопы человека.
Люди, которые прошли испытания, говорят, что это самое реалистичное ощущение ходьбы после того, как они потеряли ногу.
Протез ноги разработали преподаватель индонезийского технологического института Сепулух Нопембер Агунг Две Джуниант в сотрудничестве с Джоко Кусванто с M. Biotech. Его загрузили на сайт Thingiverse, а поэтому он находится в открытом доступе.
Этот проект достаточно подробный. Вы сможете использовать следующие параметры для печати из ABS-пластика на своем принтере. Также можно загрузить четыре доработанных модели, которые также оказались функциональными. Более того, они доступны в различных размерах для людей разного роста.
Интересную модель представили Джонатан Япа и Джанни Рэнди из Технологического университета Свинберна в Мельбурне. Их исследования направлены на изучение потенциала 3D-печати в протезировании. Они разработали прототип стопы, который можно напечатать на недорогих принтерах за 11 долларов США.
Сейчас молодая компания по протезирования Unyq производит накладки для протезов ног, изготовленные с помощью технологии 3D-печати. Основная цель – дать возможность владельцам получить стильный протез по индивидуальному заказу. Для этого они используют 3D-печать и приложение с функцией фотограмметрии. Все накладки прошли сертификацию ISO.
Со временем методы и материалы только совершенствоваться и развиваться. Международная корпорация данных (IDC) уже сообщила, что 3D-печать для медицинских имплантатов и устройств выросла на рынке почти на 13% и для стоматологических на 15% в 2020 году.
Если вас интересует развитие технологий и печать на 3D-принтерах, почитайте нашу статью о том, как на 3D-принтере научились печатать оружие и почему это (предсказуемо) не нравится власти.
Также имеем гайд, как собственноручно собрать дома простые и прикольные устройства – от автоматического выключателя света до пианино.
