Wydruk 3D jako narzędzie do planowania zabiegów ortopedycznych

• Autorzy: Cykowska-Błasiak M , Ozga P.

Warianty tytułu

EN

3D printing, as a tool for planning orthopedic surgery

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

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.

EN

The purpose of the literature review is to determine the scope of 3D printing, also known as RP (Rapid Prototyping) applications in manufacturing medical model based on CJP (Collor Jet Printing) technology, with emphasis on the use in orthopedic surgery planning. The research of the presented method will be focused on the financial aspect. Researchers accept as axiomatic fact that the main buyer of the MRP (Medical Rapid Prototyping) structure will be the patient while the recipient will be the doctor or surgeon that provides the operation. Using available open-source software solutions and suitable method for the treatment of CT (Computed Tomography) scans based on filtering RAW files managed we to get the best or relatively good results allowing to exclude a human work from one of the most difficult and time-consuming processes. Total cost of 3D printings including all production processes and post-productions are about 50% lower than commercial rates (on free market) for the model of: “oscoxae” including "osfemoris" (femur length not exceeding 20 cm). In our opinion it’s "relatively positive" effect. Despite the success in the field of lowering the cost of 3D prints our work is still focused on reducing it (at least up to another 30%) by using automated-machine processing and tasks automation, as well as using another printing methods. Using 3D printings as a tools to help plan complex orthopedic surgeries make possible to extremely reduce the time of using instrumentation and the treatment time (comparing to similar surgeries carried out without using 3D printings).

Słowa kluczowe

PL

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

EN

rapid prototyping; 3D Printing; implants; surgery planning; addictive manufacturing

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Budownictwo i Architektura
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 14, nr 1
• Strony: 15--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Cykowska-Błasiak M

• Katedra Technologii Laserowych, Automatyzacji i Organizacji Produkcji, Wydział Mechaniczny, Politechnika Wrocławska

autor

Ozga P.

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

Bibliografia

• 1. 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.
• 2. 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.
• 3. Brennan J. Production of anatomical models from CT scan data. Dublin Institute of Technology 2010.
• 4. 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.
• 5. 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.
• 6. 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.
• 7. Frame M., Huntley J.S. Rapid prototyping in orthopaedic surgery: A Users Guide. OrthopaedicDepatment, Royal Hospital for Sick Children, Glasgow UK 2012.
• 8. 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.
• 9. 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.
• 10. 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.
• 11. 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.
• 12. MCT, An introduction to MICRO CT SCAN okt., 2008.
• 13. 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.
• 14. 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.
• 15. 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.
• 16. 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.
• 17. 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.
• 18. 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.
• 19. 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.
• 20. 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.