Stampa 3D per protesi ortopediche

La moderna tecnologia della stampa tridimensionale, conosciuta anche con il nome di Additive Manufacturing (AM), consente di realizzare opere che in passato erano praticamente impossibili.

L’innovazione e lo sviluppo raggiunti in questi anni nella stampa 3D permettono, quindi, di produrre elementi ortopedici complessi che possono garantire funzionalità aggiuntive alle pretesi articolari e agli impianti spinali e cranio-maxillofacciali. Abbiamo già visto in questo articolo, l’importanza della stampa 3D nel campo odontotecnico e nel campo medicale.

Ecco perché i produttori di dispositivi medicali di tutto il pianeta sfruttano sempre più la possibilità che viene fornita dalla stampa 3D di poter lavorare con metalli come il titanio o il cromo per la realizzazione di impianti e protesi che possono avere una lunga durata e garantiscono una qualità della vita nettamente migliore ai pazienti.

La medicina, in particolare il settore dell’ortopedia, si sta avvantaggiando di questo cambiamento epocale e dall’innovazione che questa tecnologia sta donando. Molte aziende, quindi, hanno deciso di investire sia tempo sia risorse nei progetti di stampa 3D. Sempre più pazienti, quindi, potranno ottenere grossi benefici da questa nuova tecnologia.

Ma cos’è la stampa 3D? Con questa tecnica si intende un preciso procedimento che consente di realizzare un progetto in tre dimensioni ponendo diversi strati materiali (scelti in base al tipo di utilizzo dell’oggetto) l’uno sull’altro, così da creare un oggetto finale che si sviluppa in verticale. Questo tipo di processo rimane invariato anche nel capo della stampa 3D per protesi, dando un supporto ai medici sia prima che dopo un intervento chirurgico ortopedico.

Stampa 3D per protesi e ortesi

Sempre più medici e ricercatori si affidano alla stampa 3D per diverse funzioni. Si va dalla prototipazione di prodotti nuovi fino alla progettazione di guide personalizzate.

La moderna tecnologia e i materiali della stampa 3D stanno apportando notevoli miglioramenti all’assistenza dei pazienti, dando ai medici la possibilità di lavorare con risultati più efficaci.

Quando si tratta, nello specifico, di protesi e ortesi, non esiste una taglia perfetta per tutti. Infatti, un medico può trovarsi di fronte a situazioni e organi individuali, oltre che specifiche fratture ossee e diverse malattie. In questi casi, le soluzioni applicabili e gli interventi chirurgici sono particolarmente complessi, e necessitano la conoscenza diretta dei bisogni del singolo paziente.

Grazie alla stampa 3D, invece, si aprono opportunità nuove in questo settore, grazie alle tecnologie molto precise e materiali che diventano sempre più realistici.

La stampa 3D nel campo delle protesi e delle ortesi, quindi, consente di ridurre la complessità grazie alla personalizzazione. Le nuove tecnologie, infatti, permettono di creare componenti personalizzati che si basano su dati ottenuti da radiografie del paziente.

A differenza di protesi e ortesi standard, queste create tramite stampa 3D sono progettate per il corpo specifico del paziente e riducono notevolmente le complicazioni. In più, tramite questo nuovo approccio, è anche possibile creare parti che non esistono, per portare a termine interventi chirurgici specifici e complessi.

Stampa 3D per protesi umane: un nuovo futuro per la medicina?

La stampa 3D rappresenta già un ambito di grande innovazione per la medicina in generale e, nello specifico, per il settore delle protesi umane. La ricerca non si ferma mai e viaggia veloce. Di recente, un team di ricerca statunitense sta sviluppando una nuova tecnologia di stampa 3D che punta a essere fino a 50 volte più rapida degli standard attuali. Questo tipo di crescita potrebbe ulteriormente rivoluzionare il mondo della medicina nel settore delle protesi.

Questo risultato dimostra come la stampa 3D, pur essendo una tecnologia recente, si stia sviluppando in modo rapido. Tale crescita è spinta anche dai risultati promettenti ottenuti per la qualità della vita dei pazienti. Il settore delle protesi è quello in cui le sperimentazioni si stanno evolvendo in maniera più veloce e proficuo.

Ad aumentare l’interesse verso questa tecnologia è anche la notevole riduzione dei costi per la produzione di una protesi che nei modelli standard può arrivare a migliaia di euro, con la tecnologia 3D, invece, tale spesa si riduce a poche centinaia di euro.

Uno degli aspetti che gli sviluppatori stanno cercando di implementare è la durata dei materiali di stampa 3D. Infatti, attualmente le pretesi tradizionali hanno una vita più lunga, ma i nuovi materiali che si stanno testando promettono di superare questi standard.

Altro aspetto che fa prevedere un futuro roseo per la stampa 3D nel settore medico e delle protesi è la personalizzazione. Infatti, si potranno trovare soluzioni perfette per casi specifici e complessi.

Il futuro riguarda anche l’abbattimento delle tempistiche. Gli studi, infatti, stanno portando la tecnologia 3D a ridurre sempre più i tempi di stampa di una protesi. Un recente test ha dimostrato che è possibile stampare una mano umana a grandezza naturale in poco meno di 20 minuti. Questo è un passo avanti gigantesco e una speranza per il futuro di questo settore che vedrà sempre più organi e tessuti umani realizzati tramite tecnologia di stampa 3D.

Accanto a questa realtà, che in futuro sarà sempre migliorata, si affianca anche l’ambito dell’Intelligenza Artificiale. I ricercatori stanno lavorando per creare tecnologie in grado di far controllare le protesi tramite il pensiero. Il focus del lavoro, al momento, è sulle persone che hanno perso l’uso degli arti.

Quindi, grazie a questi sviluppi che renderanno le protesi sempre più democratiche, in futuro la stampa 3D porterà milioni di persone a poter usufruire di questa tecnologia.

Ma una delle evoluzioni future che potrebbero ulteriormente stravolgere il mondo della stampa 3D sono le protesi dotate di tatto. Quest’ultime, infatti, oltre a poter simulare i movimenti della parte del corpo riprodotta, potranno dare al paziente la sensazione di percepire, di toccare e di sentire.

A tal proposito, la ricerca scientifica si sta dirigendo verso la realizzazione di una pelle sintetica e smart (con all’interno tanti sensori) che riesca a dare le sensazioni tattili della pelle umana. Questo permetterà al paziente di poter sentire la pressione, l’umidità e anche la temperatura.

Alcuni studi recenti hanno lavorato sull’alimentazione di questi sensori incorporati all’interno di questo prototipo di pelle sintetica. La soluzione testata riguarda una tecnologia che sfrutta i raggi solari per alimentare la pelle.

Ottenendo l’energia da una fonte naturale, questa pelle artificiale potrebbe avere un’efficacia maggiore rispetto ad altri materiali alimentati tramite batterie.

Quali sono i vantaggi della protesi stampata in 3D?

Il primo ed evidente vantaggio delle protesi stampate in 3D è la capacità di riuscire a superare i grossi limiti di quelle standard, così come indicano molti esperti del settore.

La ricerca in questo campo, infatti, non si ferma mai e, al contrario, viaggia sempre veloce ottenendo sempre maggiori conquiste, innovazioni e novità. Ecco perché questo sviluppo ha portato la stampa 3D a garantire un enorme vantaggio, ovvero dare la possibilità di scegliere la protesi più adatta al caso del singolo individuo.

Stampare una protesi personalizzata su misura del paziente garantisce la creazione di un impoanto esclusivo e unico. Per ottenere questo risultato, la tecnologia 3D si avvale anche di altri strumenti avanzati e di esami specifici come il TC o l’RMN che consentono di effettuare una valutazione molto più accurata e precisa delle necessità del paziente, analizzando ogni singolo dettaglio.

Grazie alle moderne e innovative protesi 3D, è possibile godere di un altro vantaggio: superare le complicazioni. Infatti, l’utilizzo di questa tecnologia permette al paziente di evitare il dolore e l’infiammazione successivi all’intervento chirurgico e che solitamente si verificano quando si inserisce una protesi non stabile o non adatta alle caratteristiche del paziente.

La ripresa post-operatoria, quindi, è molto più rapida e sicura, dando al paziente l’opportunità di tornare velocemente alla qualità della sua vita di sempre.

Altro aspetto di cui tener conto, parlando di vantaggi della stampa 3D di protesi, è la netta riduzione dei costi. Molti pazienti, infatti, si trovano a dover vivere situazioni spiacevoli che possono peggiorare in modo drastico la qualità della vita.

In questo contesto, non si può trascurare l’aspetto economico dovuto al doversi affidare a interventi specialistici molto costosi. Grazie alla stampa 3D, invece, è possibile ottenere risultati anche migliori, ma a costi nettamente inferiori rispetto alle protesi standard.

La stampa 3D, quindi, è una tecnologia che consente di diminuire i passaggi che servono alla creazione di una protesi, riducendo di conseguenza i costi. I ricercatori stanno lavorando per poter garantire la costruzione di prodotti di alta qualità, ma a un ritmo rapido in grado di soddisfare la grande richiesta.

Il processo di costruzione della protesi

Lo studio che c’è dietro la costruzione di protesi è un’attività lunga secoli che permette di aiutare i pazienti che hanno perso funzionalità.

Nell’ultimo periodo di tempo, oltre all’aspetto tecnico e al design, si è cercato di intervenire nelle diverse fasi di riabilitazione e di accettazione da parte del paziente.

Una delle applicazioni più comuni della stampa 3D di protesi è quella che riguarda gli arti superiori. La perdita di funzionalità, in questi casi, può essere dovuta a svariate cause. Le principali sono: patologie, traumi e malformazioni di tipo genetico.

I traumi rappresentano una delle motivazioni principali di amputazione in tutto il mondo. Nel caso degli arti superiori, l’amputazione avviene quando la funzionalità della mano è ormai compromessa. Solitamente si interviene amputando al di sotto del gomito. Riuscire a preservare l’articolazione del gomito dà la possibilità al paziente di accettare con più facilita una protesi 3D di braccio e di integrarla nelle sue attività.

Il caso contrario, quello che prevede l’amputazione completa, ovvero sopra il gomito, è il più complesso da adattare a una protesi. Questo è causato dal maggior numero di articolazioni da dover sostituire.

Generalmente, le protesi degli arti superiori sono composte da tre componenti: una eventuale articolazione del gomito, l’invasatura e il dispositivo terminale.

Il primo elemento, l’articolazione del gomito, è una sorta di cerniera che permette di piegare ed allungare l’avambraccio, così che il dispositivo terminale o la mano possa condurre oggetti al corpo o alla bocca.

Si può piegare il gomito tramite un tirante o aiutandosi con l’altro braccio. Sfruttando un sistema di bloccaggio, è possibile tenere il gomito in una posizione precisa mentre il paziente usa la mano.

L’invasatura, invece, ha un ruolo molto importante. Infatti, si tratta dell’elemento che collega la protesi e la pelle. Proprio per questo motivo deve essere comoda, altrimenti il paziente non riuscirà a usare in maniera idonea la protesi.

Per la costruzione di queste ed altre protesi occorre seguire un processo ben preciso. Solitamente questi supporti vengono prodotti dopo delle attente analisi e studi approfonditi della morfologia del singolo paziente.

Esistono diverse tecniche di produzione delle protesi e variano in base al tipo di tecnologia, di materiale e di budget. Un processo tradizionale prevede le seguenti fasi. La prima consiste nella misurazione che sfrutta dei calchi realizzati in gesso. Successivamente, si costruisce una protesi provvisoria.

La seconda fase è quella in cui si procede alla costruzione della protesi definitiva, mentre successivamente avviene la fase di adattamento per il paziente.

Questo tipo di lavoro è caratterizzato da ripetibilità. Infatti, in base ai cambiamenti biologici del paziente o l’usura della protesi è possibile eseguire di nuovo questo processo nel tempo.

Attualmente, per effettuare le misurazioni è possibile utilizzare degli scanner 3D o la fotometria. Durante questa particolare fase è importante fare un’analisi statica e una dinamica, ovvero sotto sforzo.

Tramite l’utilizzo di software specifici CAD si possono portare in digitale le misure e facilitare la realizzazione e la ripetibilità di questo processo.

I diversi step di produzione delle protesi vengono realizzati tramite l’adattamento di parti già esistenti o per mezzo della tecnologia 3D di alcuni di essi.

La stampa 3D, in questo campo, viene usata da diversi anni e permette di costruire delle protesi. Quello che garantisce, rispetto ad altre tecniche, è l’alta precisione e la possibilità di realizzare facilmente dei componenti unici e adatti alle singole esigenze del paziente.

In alcuni casi vengono integrati componenti elettro-meccanici che servono a garantire una funzionalità ulteriore. Questo è quello che differenzia tali protesi da quelle statiche.

Nel nostro Paese, il punto di riferimento nella realizzazione delle protesi è il centro protesi dell’INAIL. Questa struttura sfrutta sia la tecnica tradizionale che quelle più avanzate e innovative, così da poter garantire la produzione di protesi per 11 mila pazienti italiani.

Considerazioni finali sulla stampa 3D per protesi

Da quanto abbiamo visto in questo articolo negli ultimi anni lo sviluppo delle tecniche 3D e dei materiali ha consentito notevoli passi avanti nel settore delle protesi, ambito che ha giovato maggiormente di tali innovazioni.

La tecnologia di stampa 3D è ormai disponibile da diversi anni. Per diverso tempo, però, è stata caratterizzata da elevate spese gestionali che ne hanno limitato l’applicazione in molti ambiti. Per fortuna, di recente, grazie anche a un abbassamento dei costi, è nettamente aumentata la sua diffusione soprattutto in campo medico e del settore ortopedico.

Dal futuro di questa tecnologia ci aspettiamo l’applicabilità sul paziente di supporti personalizzati dal punto di vista biologico. Questo elemento renderà rivoluzionaria la stampa 3D in campo medico. Ovviamente, si tratta di una sfida molto complessa da portare a termine. Tale difficoltà sta spingendo sempre più professionisti del campo medico e ortopedico a concentrarsi sulla ricerca e sulle sperimentazioni nel settore delle protesi, ambito molto appetibile dal punto di vista del mercato.

In generale, sarà fondamentale anche scegliere di affidarsi ad aziende di stampa 3D professionali, competenti ed esperte come Fama 3D che utilizza la migliore tecnologia, grazie anche a un’esperienza di più di 140 anni nella realizzazione di componenti industriali.