3D printing, as a tool for planning orthopedic surgery

Małgorzata Cykowska-Błasiak; Paweł Ozga

doi:10.35784/bud-arch.1662

Wydruk 3D jako narzędzie do planowania zabiegów ortopedycznych

Małgorzata Cykowska-Błasiak

Katedra Technologii Laserowych, Automatyzacji i Organizacji Produkcji; Wydział Mechaniczny; Politechnika Wrocławska (Polska)

Paweł Ozga

Wydział Architektury Wnętrz oraz Dział Obsługi Informatycznej Akademii Sztuk Pięknych im. Jana Matejki w Krakowie (Polska)

DOI: https://doi.org/10.35784/bud-arch.1662

Abstrakt

Celem przeglądu literatury jest wyznaczenie zakresu zastosowań wydruków 3D uzyskiwanych w technologii druku przyrostowego CJP oraz 3DP w obrębie nauk przyrodniczych, ze szczególnym naciskiem na wykorzystanie ich do planowania zabiegów ortopedycznych o wysokim stopniu komplikacji. Badania nad stosowaną metodą będą związane w ścisłej korelacji z aspektem finansowym. Badacze przyjmują za aksjomat fakt, iż głównym nabywcą będzie jednostka poddana leczeniu (pacjent), odbiorcą natomiast podmiot lub osoba udzielająca jej pomocy (lekarz).

Przy wykorzystaniu dostępnych otwarto-źródłowych rozwiązań programowych oraz odpowiedniej metodzie obróbki wyników badań CT, bazującej na algorytmie filtrów dla plików RAW, udało się uzyskać pierwsze relatywnie satysfakcjonujące efekty. Pozwalają one na prawie całkowite wykluczenie ludzkiej pracy z jednego z najtrudniejszych i najbardziej czasochłonnych procesów – jaki wpisz. Koszt całkowity (brutto) komercyjnego wydruku 3D, z uwzględnieniem wszystkich procesów produkcyjnych oraz poprodukcyjnych, jest średnio do 50% niższy od stawek komercyjnych dla modelu (os coxae) miednicy wraz z „os femoris” kością udową nieprzekraczającą długości 20 cm. Jest to efekt ”względnie pozytywny”.

Mimo niewątpliwego sukcesu w zakresie kosztów druku 3D, będzie się dążyć do zmniejszenia kosztu wydruku o kolejne 30% (liczone od kwoty bazowej) poprzez wprowadzanie maszynowej obróbki oraz automatyzacji zadań oraz stosowanie innych metod druku. Zastosowanie wydruków 3D przy szeroko pojętym planowaniu zabiegów ortopedycznych, pozwala na znaczące zmniejszenie użycia instrumentarium oraz czasu zabiegu, w odniesieniu do przeprowadzonych podobnych działań, nieuwzględniających w swoim zakresie wydruku 3D.

Słowa kluczowe:

technologie przyrostowe, druk 3D, implant, planowanie operacji, technologia addytywna

Bibliografia

Bagaria V., Deshpandeb S., Rasalkar D.D., Kuthe A., Paunipagar B.K. Use of rapid prototyping and three-dimensional reconstruction modeling in the management of complex fractures. European Journal of Radiology 80 (2011) 814–820.
Google Scholar

Botsch M., Pauly M., Kobbelt L., Alliez P., Levy B., Bischoff S., Rossl C. Geometric modeling based on polygonal meshes. ACM SIGGRAPH '06, New York, NY, USA 2006.
DOI: https://doi.org/10.1145/1185657.1185839 Google Scholar

Brennan J. Production of anatomical models from CT scan data. Dublin Institute of Technology 2010.
Google Scholar

Choi J.Y., Choi J.H., Kim N.K., Kim Y., Lee J.K., Kim M.K., Lee J.H., Kim M.J. Analysis of errors in medical rapid prototyping models. Int. J. Oral Maxillofac. Surg. 31 (2002) 23–32.
Google Scholar

Chrzan R., Urbanik A., Karbowski K., Moskała M., Polak J., Pyrich M. Cranioplasty prosthesis manufacturing based on reverse engineering technology. Med SciMonit, 2012: 18(1): MT1-6; PMID: 22207125.
DOI: https://doi.org/10.12659/MSM.882186 Google Scholar

Esses S.J., Berman P., Bloom A.I., Sosna J. Clinical applications of physical 3D models derived from MDCT data and created by rapid prototyping. AJR. 2011; 196: W683–W688.
DOI: https://doi.org/10.2214/AJR.10.5681 Google Scholar

Frame M., Huntley J.S. Rapid prototyping in orthopaedic surgery: A Users Guide. OrthopaedicDepatment, Royal Hospital for Sick Children, Glasgow UK 2012.
DOI: https://doi.org/10.1100/2012/838575 Google Scholar

Hetroy F., Rey S., Andujar C., Brunet P., Vinacua A. Mesh repair with user-friendly topology control. Computer-Aided Design 43(1) (2011) 101–113.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.cad.2010.09.012 Google Scholar

Hurson C., Tansey A., O’Donnchadha B., Nicholson P., Rice J., McElwain J. Rapid prototyping in the assessment, classification and preoperative planning of acetabular fractures. Injury, Int. J. Care Injured 38 (2007) 1158–1162.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.injury.2007.05.020 Google Scholar

Markowska O., Budzik G. Innovative methods of manufacturing bone implants using the reverse engineering (RE) and the rapid prototyping (RP) techniques. Artykuł Autorski z X Forum Inżynierskiego ProCAx, Sosnowiec/Siewierz 6–9 X 2011r.
Google Scholar

Mashiko T., Otani K., Kawano R., Konno T., Kaneko N., Ito Y., Watanabe E. Development of three-dimensional hollow elastic model for cerebral aneurysm clipping simulation enabling rapid and low cost prototyping. WORLD NEUROSURGERY, October 2014.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.wneu.2013.10.032 Google Scholar

MCT, An introduction to MICRO CT SCAN okt., 2008.
Google Scholar

Petzold R., Zeilhofer H.F., Kalender W.A. Rapid prototyping technology in medicine – basics and applications. Computerized Medical Imaging and Graphics 23 page: 277–284, Munich, Germany, Received 23 February 1999.
DOI: https://doi.org/10.1016/S0895-6111(99)00025-7 Google Scholar

Potamianos P., Amis A.A., Forester A.J., McGurk M., Bircher M. Rapid prototyping for orthopaedic surgery. Rapid Prototyping For Orthopaedic Surgery, Vol 2012 Part H, 1998.
DOI: https://doi.org/10.1243/0954411981534150 Google Scholar

Rengier F., Tengg-Kobligk H., Zechmann C., Kauczor H.U., Giesel F.L. Beyond the eye – medical applications of 3D rapid prototyping objects. Eur.Med.Imag.Rev. 1 (2009) 76–80.
Google Scholar

Sailer H.F., Haers P.E., Zoilikofer C.P.E., Warnke T., Cads F.R., Stucki P. The value ofstereolithographic models for preoperative diagnosis of craniofacial deformities and planning of surgical corrections. Int. J. Oral Maxillofac. Surg. 27 (1998) 327–333.
Google Scholar

Seitz H., Tille C., Irsen S., Bermes G., Sader R., Zeilhofer H.F. Rapid prototyping models for surgical planning with hard and soft tissue representation. International Congress Series 1268 (2004) 567–572.
Google Scholar

Wang C.S., Wang W.H.A., Lin M.C. STL rapid prototyping bio-CAD model for CT medical image segmentation. Computers in Industry 61 (2010) 187–197.
Google Scholar

Webb P.A. A review of rapid prototyping (RP) techniques in the medical and biomedical sector. Journal of Medical Engineering & Technology 24(4) (2000) 149–153.
DOI: https://doi.org/10.1080/03091900050163427 Google Scholar

Winder J., Bibb R. Medical rapid prototyping technologies: State of the art and current limitations for application in oral and maxillofacial surgery. American Association of Oral and Maxillofacial Surgeons 63 (2005) 1006–1015.
Google Scholar

Pobierz

Opublikowane

2015-03-10

Cited By / Share