DML - Εργαστήριο Σχεδιομελέτης και Κατεργασιών







 

Αντίστροφη Μηχανική - Τρισδιάστατη Ψηφιοποίηση

 

(back to previous page)

   

Εμβιομηχανική

ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ  ΤΑΧΕΙΑΣ ΠΡΟΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗΣ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΠΡΟΣΘΕΤΙΚΩΝ ΜΕΡΩΝ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΣΚΕΛΕΤΟΥ.
ΜΙΑ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΚΡΑΝΙΟΠΛΑΣΤΙΚΗΣ

(Συνεργασία με το Πανεπιστημιακό Γενικό Νοσοκομείο Ηρακλείου)

 

Μία από τις πρόσφατες δραστηριότητες του Εργαστηρίου Σχεδιομελέτης & Κατεργασιών είναι η μελέτη και κατασκευή μοντέλων ιατρικών εμφυτευμάτων. Εδώ και ένα περίπου χρόνο το Εργαστήριο σε συνεργασία με δύο Πανεπιστημιακά Νοσοκομεία της Ελλάδας δραστηριοποιείται σε σύγχρονες εφαρμογές εμβιομηχανικής που παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον, καθώς εφαρμόστηκαν με επιτυχία σε πραγματικά περιστατικά ασθενών. Μία από αυτές τις περιπτώσεις περιγράφεται στην συνέχεια.
 


Το μοντέλο του κρανίου του ασθενούς μετά από επεξεργασία της αξονικής τομογραφίας

Ένας 19χρονος ασθενής εγχειρίστηκε πρόσφατα με μεγάλη επιτυχία, μετά από συνεργασία του Εργαστηρίου Σχεδιομελέτης & Κατεργασιών και Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου της Ελλάδας (δεν αναφέρονται λεπτομερή στοιχεία για το Νοσοκομείο στο οποίο έγινε η επέμβαση καθώς και για τoν ασθενή για λόγους προσωπικών δεδομένων). Ο ασθενής, μετά από αυτοκινητιστικό δυστύχημα είχε συντριπτικό κάταγμα στο μετωπιαίο οστό και κατάγματα στα οστά του προσώπου, με αποτέλεσμα μετά την αρχική χειρουργική επέμβαση, να παραμένει ένα μεγάλο έλλειμμα (9.5 x 5.2 εκατοστά) στο πρόσθιο αριστερό μετωπιαίο χώρο του κρανίου. Το έλλειμμα αυτό αποτελούσε σοβαρό κίνδυνο για την υγεία του μια και άφηνε απροστάτευτο τον εγκέφαλο ενώ παράλληλα υπήρχε και θέμα αισθητικής. Τα παραπάνω προβλήματα έκαναν αναγκαία την προσαρμογή ενός εμφυτεύματος στην περιοχή του ελλείμματος.

 

Μέχρι τώρα, ανάλογες περιπτώσεις στα περισσότερα νοσοκομεία της χώρας, αντιμετωπίζονταν με επιτόπου διάπλαση του εμφυτεύματος με το χέρι και δοκιμαστικές εφαρμογές του κατά την διάρκεια της εγχείρησης, καθώς δεν ήταν δυνατόν να προκατασκευαστεί ένα εμφύτευμα με την απαραίτητη μεγάλη ακρίβεια στις διαστάσεις και το σχήμα του. Επιπλέον, κατά την διάρκεια τέτοιων εγχειρήσεων κρανιοπλαστικής, ο χειρουργός δεν έχει συνήθως καλή εικόνα της συμμετρίας του κρανίου με αποτέλεσμα την παράταση του απαιτούμενου χρόνου εφαρμογής του εμφυτεύματος στην πιο επικίνδυνη φάση της εγχείρησης στην οποία εκτίθεται το εσωτερικό μέρος του κρανίου. Εκτός αυτών, η όλη διαδικασία τοποθέτησης του εμφυτεύματος δημιουργούσε επιπρόσθετα προβλήματα μια και το βιοσυμβατό υλικό από το οποίο κατασκευάζονται τα εμφυτεύματα προκαλούσε κατά τη διαδικασία της διάπλασής του εξώθερμη αντίδραση και έτσι αναπτύσσονταν μη επιτρεπτές θερμοκρασίες πολύ κοντά στον εγκέφαλο (περίπου 60C).

 


Το μοντέλο του κρανίου σε φυσικό πρωτότυπο
 

Για την αντιμετώπιση της συγκεκριμένης περίπτωσης συγκροτήθηκε μία ομάδα εργασίας αποτελούμενη από μέλη του Εργαστηρίου και Ιατρούς από το Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο. Συζητήθηκαν και αναλύθηκαν οι νέες τεχνολογίες CAD και αντίστροφης Μηχανικής που προσφέρονται για την κατασκευή τρισδιάστατων αντικειμένων με μεγάλη ακρίβεια διαστάσεων και μορφής και αποφασίστηκε η παραγωγή ενός αντιγράφου του κρανίου του ασθενή με ταχεία πρωτοτυποποίηση και αντίστοιχα σχεδίαση και κατασκευή του εμφυτεύματος.

 

Με κατάλληλη επεξεργασία το μοντέλο σημείων μετατράπηκε σε μοντέλο κλειστής επιφανειας, το οποίο είναι απαραίτητο για την παραγωγή του αντιγράφου και τελικά σε περίπου 12 ώρες κτίστηκε το μοντέλο του κρανίου του ασθενή με τρισδιάστατο εκτυπωτή.

Στη συνέχεια, από το δεξί υγιές τμήμα του κρανίου, με κατάλληλες τεχνικές αντίστροφής μηχανικής (μετατόπιση, κατοπτρισμός και τομή στερεών) προσδιορίσθηκε το συμμετρικό κομμάτι του ελλείμματος το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή του μοντέλου του εμφυτεύματος. Το μοντέλο αυτό, όπως φαίνεται στο σχήμα 4 ταίριαξε ακριβώς στο αριστερό ελλειμματικό χώρο του κρανίου. Από το μοντέλο του εμφυτεύματος με κατάλληλο λογισμικό δημιουργήθηκε στη συνέχεια με ταχεία πρωτοτυποποίηση ένα φυσικό καλούπι στο οποίο χυτεύθηκε το εμφύτευμα με κατάλληλο βιοσυμβατό υλικό



Χρήση του συμμετρικού υγιούς τμήματος του κρανίου για τη δημιουργία του μοντέλου του ελλείμματος


Μοντελοποίηση του εμφυτεύματος και κατασκευή καλουπιού
 

Έχοντας πλέον το αντίγραφο του κρανίου του ασθενή και το εμφύτευμα στα χέρια του, ο χειρούργος μπορούσε να κάνει όλες τις απαραίτητες δοκιμές για τη σωστή εφαρμογή του εμφυτεύματος πριν ακόμα καν ξεκινήσει η εγχείρηση. Κατά τη διάρκεια της εγχείρησης, η εφαρμογή του εμφυτεύματος που σχεδιάσθηκε και κατασκευάσθηκε με την ταχεία πρωτοτυποποίηση ήταν άψογη και με απόλυτη συμμετρία με το δεξί υγιές τμήμα του κρανίου. Η όλη διαδικασία κατασκευής του εμφυτεύματος εκτός χειρουργείου έδωσε τη δυνατότητα μείωσης του χρόνου της εγχείρησης κατά 40% χρόνος ιδιαίτερα σημαντικός για την αποφυγή επιπλοκών ενώ παράλληλα είχε ως αποτέλεσμα την καλή μετεγχειρητική πορεία και την εξαιρετική, τελικά, εμφάνιση του ασθενή



Η εφαρμογή του εμφυτεύματος στην εγχείρηση και η εμφάνιση του ασθενή μετεγχειρητικά
 

Ο Διευθυντής του Εργαστηρίου Δρ. Μηχ. Μαραβελάκης Μανόλης αναφέρει χαρακτηριστικά:

Η εφαρμογή των αρχών της αντίστροφης μηχανικής και της ταχείας παραγωγής πρωτοτύπων στη βιοτεχνολογία έχει ξεκινήσει από πολύ παλαιά. Σημαντική είναι η πρόοδος στην οπτικοποίηση και αναπαράσταση στις τρεις διαστάσεις των δεδομένων που λαμβάνονται από μαγνητικές και αξονικές τομογραφίες. Η βασική αρχή είναι η εξαγωγή του επιφανειακού μοντέλου από τα σημεία που δίνει μια μαγνητική ή αξονική τομογραφία. Επίσης, η ταχεία παραγωγή πρωτοτύπων και η ταχεία κατασκευή εμφυτευμάτων είναι μια περιοχή της επιστήμης που πρόσφατα έχει λάβει αυξημένο ενδιαφέρον. Σήμερα η έρευνα στον τομέα αυτό ακολουθεί την εξέλιξη που γίνεται στα συστήματα αντίστροφης μηχανικής και ταχείας πρωτοτυποποίησης και έχουν αναφερθεί πειραματικές μηχανές οι οποίες μπορούν να κατασκευάσουν απευθείας βιοσυμβατά εμφυτεύματα.

Μέχρι σήμερα το Εργαστήριο Σχεδιομελέτης & Κατεργασιών έχει συμμετάσχει σε αρκετές παρόμοιες δραστηριότητες ενώ είναι σε εξέλιξη η αντιμετώπιση αντίστοιχων προβλημάτων σε περιπτώσεις αποκαταστάσεων δυσμορφιών του προσώπου. Ο τρισδιάστατος εκτυπωτής σε συνδυασμό με τον τρισδιάστατο ψηφιοποιητή που διαθέτει το Εργαστήριο, δίνει τη δυνατότητα μεγάλης ακρίβειας στην παραγωγή καλουπιών για εμφυτεύματα ή αντίστοιχων μοντέλων, όπου χρειάζεται.
 

 
3 Romanou Str., 73-100, Chania, Greece, +3028210-23045 - dml@chania.teicret.gr
2002-2006, All Rights Reserved. This site is maintained by DML.