2015. augusztus–szeptember: jegyzet, portré, tudomány, atomenergia, innováció, disszemináció, vízgazdálkodás, zöldkörnyezet, megújuló energia, egyetem, it
2015. augusztus 18.

Szerző:
B.szabó Edina

3D technológia a protézistervezésben

Az innovatív megoldások a társadalom számára minden esetben akkor a legértékesebbek, amikor átültethetők a humán tudományos-kutatási folyamatokba, amikor valamilyen problémára kínálnak megoldást. Ezek a területek jobbára az orvostudomány, az élelmezéstudomány, a mező­gazdaság, közvetve pedig minden, ami az életünkhöz kapcsolódik.


A megelőzésben – egészség-, környezetvédelem vagy akár várostervezés – végzett kutatás-fejlesztés mellett kiemelt helyet érdemel a már bekövetkezett, kárt okozó események következményeinek korrigálása, javítása, a létrejött hiányok pótlása. Az öröklött vagy szerzett betegségek, illetve balesetek okozta testi hiányok nagyban kihatnak a mindennapi életre, akár láthatóak, akár nem.

Hazánkban alig van példa a 3D technológia alkalmazására az orto­pédtechnikában. Ez egyértelműen nem a kevés, engedéllyel bíró, de szerény forrásokkal rendelkező vállalkozások rovására írandó. Az ilyen irányú fejlesztések ugyanis olyan óriási költségekkel járnak, aminek vállalását a hazai környezet nem teszi lehetővé. Ráadásul az egészségügyi bürokrácia is nagymértékben megnehezíti a protézisgyártással foglalkozó cégek életét. Ugyanakkor a nemzetközi projektekben, magyar egyetemekkel karöltve végzett fejlesztések, pályázati munkák eredményeiről – európai uniós vagy sem – a folyamat végén elsikkad a híradás… vagyis a kis költségvetésű magyar cégek „letörlődnek” a nemzetközi palettáról. Néha azt sem tudják meg, mi lett a közös pályázatuk eredménye.

Ha azonban más szemszögből tekintünk a protéziskészítés folyamatára, láthatjuk azt a kicsi, ám hatékony és folyamatosan fejlődő piaci szeletet, amit a gyártás itt jelent: tervezés + kivitelezés + utánkezelés = 3D tervezés + kézműves kivitelezés + digitális utánkezelés. A szakma alapjairól, innovatív megoldásairól és lehetőségeiről Szabó Zsolt rehabilitációs szakmérnökkel, egészségügyi szakértővel beszélgettünk.

Használhatjuk a 3D kifejezést?

– Igen, persze, de esetünkben a 3D a tervezési, mintázási (nem a konkrét gyártási) folyamatokra vonatkozik. Az ortopédiai eszközök készítése teljesen kézműves szakma. Minden egyes megrendelésünk külön-külön önálló terméket jelent, és ez tulajdonképpen egyedi tervezést is igényel. Minden ember más és más, minden megoldás más és más. Egyébként ez nem olyan jellegű tervezés, mint ahogy egy gépészmérnök tervez a gépiparban. Nem leméretezünk valamit, és azt egy az egyben elkészítjük, itt az egyedi igények határozzák meg, hogy a munka végén a protézis hogyan álljon össze.

Az általunk használt CAD/CAM rendszer (számítógéppel támogatott tervezés és gyártás) egyik előnye az is, hogy a számtalan egyedi jellemző nagyon egyszerűen hozzáadható a tervezéshez. Azon túl, hogy speciálisan az ortopédiai szabályrendszerre szabott folyamatokat lehet vele elvégezni, ugyanolyan grafikai program, mint az összes többi tervezői megoldás. Ugyanakkor egyszerű felhasználói tudást igényel, hiszen ezeket a szoftvereket nem IT szakemberek, hanem ortopédiai műszerészek használják. Természetesen a méretvételt nekik is meg kell tanulniuk, akármilyen gyártási procedúra szerint fognak dolgozni. A hagyományos (gipszes) mintavételnél ugyanis annak is jelentősége van, hogy – például egy láb megfogása során – érezni kell, hogy az mennyire edzett, vagy milyen speciális felülete van, vagy hogy mennyire feszítik meg a méretvevő centiméterszalagot. Ezt egy gépi méretvétel nem képes megállapítani. Minden másban tökéletes, azonban a jó mintavételhez erre az emberi képességre is szükség van. Ez az az emberi aspektus, a műszerészi ráérzés, szakmai tudás, tapasztalat, aminek helyességét aztán persze a gyártás és a tesztelés, viselés majd igazolja.

Nem mindegyik szakasz végezhető tehát digitálisan, de azért természetesen az egyes gyártók különböző bevett technikákkal dolgoznak. A fejlesztéseknek köszönhetően ezekből egyik vagy másik – vagy ahol rendelkezésre áll, minden – lépés programozható, gépesíthető.

Mik ezek a szakaszok és hozzáadható eszközök?

– Az egész precíziós folyamatnak az első nagyon fontos eleme a mintavételezés. A cél az, hogy a csonkolt testrészre a lehető legjobban illeszkedjen az elkészült protézistok, ezért már az első lépésnél rendkívül fontos a méret- és formabeli korrektség.

Mint említettem, nálunk – és Magyarországon általában – a mintavételezés az ortopédia területén hagyományosan gipszpólyával történik, a pozitív gipszmintán megjelölik az esetlegesen érzékeny méretezési pontokat. Ezek a pontok segítik a tengelyek meghatározását, ami alapul szolgál a gipszminta faragásához. A faragást követően kompozit szerkezetű tok készül, amelyre aztán felépítik a protézis további csatlakozó elemeit.

Mintavétel, fontos pontok jelölése

Az említett CAD/CAM rendszerben a rögzített méretvételi adatokat a kezdetektől át lehet vinni a mintáról a majdani eszközre. Végezhető digitális mintavétel is. Bár ez ettől még kifejezetten manufakturális munkafolyamat, a műszerészi feladatok – akár egészben, akár részfolyamatokra bontva –, illetve a csonk vagy testrészek digitalizálhatók.

A munka során jelentős szerepük van a különböző szkennereknek és az általuk nyújtott információkat feldolgozó szoftvereknek. A méretvétel és a formatervezés, majd ellenőrzés, módosítás mind szoftveres feladat, minden esetben megelőzi, illetve párhuzamosan követi a gyártást az igényeknek megfelelően.

A szkennelés többféle eszközzel is történhet, kézi szkennereink minden emberi testfelületet képesek feldolgozni.

3D szkenner

A BioSculptor rendszer a beviteltől a tervezésen át a kivitelezésig minden fázisban kiválóan alkalmazható. A szkennerek között van szkennelőágy, felfüggesztőszkenner – így a testsúlyos terhelés kiiktatható. A kézi eszközök között pedig az egyszerűbb letapogatótól a kétfejes beolvasóig vagy a tabletre kapcsolt miniszkennerig terjed a skála.

Mintavételezés 3D szkennerrel

A szkennerek technikai kiépítésében kétféle módszert alkalmaznak. Az első a lézer + optika, a másik az úgynevezett fotogrammetriás megoldás. A rögzített kép formátuma egyszerű object forma, ami lehetővé teszi, hogy több tervezőszoftver is felhasználhassa a kapott információt. A speciális (ortetikai és protetikai) tervezőprogramban az egyes testrészek, majd az egyes célok kiválasztása után egyszerűen formázható a kívánt minta.

BioSculptor modell szerkesztő program

Nem csupán pótlásokról beszélhetünk, hanem fűzőkről, fejvédőkről is, ezeknél rendkívül megkönnyíti a munkát az egyes ívek, a csonk befoglalási mintákhoz kulcspontok egyszerű bevitele, egyszerű módosíthatósága. A rendszer minden esetben figyelembe tudja venni az egyéb külső hatásokat is, azaz a felhasználás célját, a páciens életkörülményeit, az ezzel járó statikus terheléseket vagy rendszeres igénybevételeket. Másként tervezendő egy sporthoz viselt, másként egy fizikai munkához, megint másként egy nagyrészt otthon tartózkodó, kevesebbet mozgó személy segédeszköze, mert más a terhelési viszonyrendszer. Más és más tokformát, különböző ízületi megoldásokat kell alkalmazni, minden alkalommal figyelembe kell venni és betervezni azok módosításait. Nem mindegy, hogy a leendő eszköz milyen alapanyagból készül, és milyen mechanikai tulajdonságokkal kell rendelkeznie. Az ortopédtechnikai szakemberek minden egyes tervezési pontban többféle lehetőség közül választhatnak.

Szkennelt lábszárcsonk szerkesztése
Elkészült lábszárcsonkminta
BioSculptor rendszer
Az egyik legmegbízhatóbb és legnagyobb, hazánkban is alkalmazott szkenner- és szoftverrendszer az amerikai BioSculptor. Akár tíz másodperc alatt is képes – előkészítési munka nélkül – beolvasni a meghatározott területet. Ennek a szkennelésnek az egyik nagy előnye az, hogy nincs szükség markerek kijelölésére a célterület beméréséhez. Elegendő egyetlen kattintás a beolvasás megkezdéséhez.
Bizonyos méretbeli korlátozások mellett bármely testrész közvetlenül vizsgálható. Az igazán miniatűr transzmitter (jeladó) minden mozgást vagy változót képes észlelni. A szkenner képes negatív és pozitív modell leképezésére is, ez pedig lehetővé teszi az adott szakmai technikák szükség szerinti felhasználását minden egyes páciens esetében. Ha olyan segédeszközöket kell használni, mint a szkennerasztal vagy a függesztés, a szkennerfej a szükséges mértékben automatikusan korrigálja akár a fénytörést is. Mind a sebessége, mind a precizitása kiváló, az eszköz 0,178 milliméter-pontossággal képes dolgozni. A gyorsabb munkafolyamat érdekében a beolvasás, adatrögzítés egyenletes, így nincs szükség pluszidőre az adatok feldolgozásához.
A szkenner teljesen mobilis, elfér egy utazótáskában, lehetővé téve a páciensek felmérését helyszíntől függetlenül. Bizonyos környezeti tényezők befolyásolhatják a szkennelés hatékony elvégzését. A kapott adatok a rendszer saját szerverén is tárolhatók és feldolgozhatók, de természetesen más eszközre (PC vagy tablet) is küldhetők.
A szkennelést követő munkafázis a tervezés, amire a Bio­Shape Manipulation Software az egyik leghatékonyabb CAD megoldás. A kifejezetten ortetikai és protetikai rendszert a terület szakértői segítségével tökéletesítették.
A szoftverrel egyszerűen és ezáltal gyorsan módosíthatók a protézisek felhasználási területei (alsó vagy felső végtag protézis), tervezhető gerinc- vagy végtagortézis, gyermekgyógyászati formák, koponyasisakok vagy fűzők és álarcok. A megadott adatoknak és módosítási lehetőségeknek köszönhetően valóban határtalan a tervezhető termékek területe.

A mintavétel és a tervezés után a gyártáskor arra kell törekedni, hogy a tervezés precizitása ne vesszen kárba nem megfelelő alapanyagok használata vagy annak nem megfelelő beállításai miatt. A pontosság az utolsó pillanatig fontos, a cél, hogy a megfelelő alkatrészekkel összeszerelt kész protézisnek a lehető legjobban meg kell felelnie a méretvételkor felvett adatoknak. Sokéves szakmai tapasztalattal a hátam mögött is azt kell mondanom, hogy tökéletes digitális méretvételezés és protézistokminta nincsen, a korábban említett szakértő kezek és szemek által érzékelt tulajdonságokat a legjobb digitális rendszer sem tudja ugyanúgy érzékelni.

Módosított kész modell, még marásra vár
Rendkívül sok tényezőt kell figyelembe venni egy eszköz elkészítésekor. Lehet tudni, hogy ez az összetett munkafolyamat mennyibe kerül, mondjuk, a pácienseknek?

– Hazánkban alapvetően az OEP támogatási rendszere határozza meg a finanszírozás lehetőségeit. Az alkatrészek árai igen széles skálán mozognak. Van például olyan térdízület, amelyik ötvenezer forintba kerül, de olyan is van, amelyik közel tízmillióba. Az sem mindegy, hogy a szerkezeti csövek milyen anyagból készülnek: alumínium (a repülőiparból) vagy karbon, kompozit szerkezetű. Ezekből ma már nem csupán a csöveket, hanem, mondjuk, a lábfejeket is készítik. Az már a biomechanikai része a dolgoknak, hogy például különböző energiatárolásra alkalmas lábfejek is készülnek. Ezek a lépés fázisaiban – sarokfogás, gördülés, lábujjakra támasztás, ellökés – segítik a lábat előrelendíteni. Hasonló kiképzésük van, mint a médiából, internetről ismert futólábaknak: ezek is „rugórendszer” alkalmazásával segítik a láb előrelendítését minden lépésnél. Egy-egy ilyen megoldás magasabb költségkategóriába esik, amit a normatív támogatási rendszer már nem finanszíroz.

Nyers habminták a marási folyamathoz
NC marógép

Aztán persze léteznek már különböző hidraulikus rendszerrel kombinált végtagok is, amelyek beültetett mikrochipek révén folyamatosan érzékelik a tengelyekben mérhető átfolyási sebességet, szögsebességet. Az érzékelők közti kommunikációt követően pedig a külső körülményeknek megfelelően korrigálják a mozgást. A processzorral vezérelt végtagot meg lehet tanítani a különböző mozgásformákra: séta, andalgás, tánc, futás, járás sima vagy göröngyös talajon. A környezeti tényezőkből vett információk alapján már tudni fogja, hogy melyik mozgásmintára van éppen szüksége. Ezek kontrollja egyébként már úgy működik, hogy a műszerész gyakorlatilag egy IT felületen keresztül, például bluetooth használatával állítja be és vezérli az egyes szakaszokat, miközben a páciens járkál és visszajelez.

Már-már a digitális autószervizeléshez hasonlít…

– Igen, nyugodtan lehet mondani, hogy a modern, high-tech technológia betört, és egyre jobban terjed ezen a szakterületen is. Egy ilyen komoly protézis viszont csak akkor tud érvényesülni, ha a használójának megfelelő izomereje van, így kicsit más a megközelítés. Ha egy hasonló protézisnek látatlanban kellene árat kalkulálnunk, mondhatjuk, hogy csak a térdízület C-Leg – az egyik, Magyarországon is elérhető nagymárkáról van szó –, 8-10 millió forintba kerül. Ehhez egy megfelelő, energiatárolásra alkalmas lábfej 400-600 ezer forint, az egyéb alkatrészekkel, csövekkel együtt körülbelül 10-12 millió forint lehet a végösszeg.

A társadalombiztosítási lista szerint viszont a felírható protézisek ára 250–500 ezer forint között mozog. Kihordási idejük egy vagy két év. Ez úgy egymillió periódust, vagyis átlagos lépést jelent. A nagyon drága eszközökből keveset gyártanak, de ezek már-már csodaszámba mennek, igazi high-tech kategória mindegyik. Ezek IT hátterének titkát száz lakat alatt őrzik a gyártók, az egyes fejlesztésekbe jószerével lehetetlen bekapcsolódni. De ha adódna is alkalom, egyelőre nincs anyagi fedezete. Amíg a jogszabály azt írja elő, hogy minden papíralapú jegyzetet meg kell őriznünk, miközben a szakma teljes digitalizációra törekszik, ami nagyban segítené a nyomonkövethetőséget és ellenőrizhetőséget… Mindenesetre a digitális mintavétel, tervezés és gyártás jócskán csökkent ezeken az archiválási terheken, azzal együtt, hogy a munkánk során a cél elsősorban a páciensek életének segítése.•

 
Innotéka