Индивидуальные шины, изготовленные с помощью 3D-печати, облегчат состояние больных артритом

Ревматоидный артрит — это инвалидизирующее аутоиммунное заболевание, болезненное состояние, способное вызвать серьезные отклонения и в конечном счете снизить работоспособность человека. В число симптомов входят опухание и тугоподвижность сустава, из-за чего больной чувствует себя очень некомфортно. Но теперь благодаря технологии 3D-печати в помощь страдающим от этой изнурительной болезни была разработана новая шина. Такие индивидуальные шины на запястье смогут создавать даже врачи без опыта 3D-моделирования.

Разрушающее действие ревматоидного артрита на суставы (вид спереди)
Надписи на рисунке: bone — кость, erosion into corner of bone — разрушение костной ткани, thinning of cartilage — истончение суставного хряща, muscle — мышца, capsule (ligaments) — соединительная капсула inflamed synovium spreading across joint surface — воспаление синовиальной оболочки сустава, sinovial fluid — синовиальная жидкость, tendon — сухожилие, inflamed tendon sheath — воспаленное сухожильное влагалище

Разрушающее влияние артрита на суставы

Ревматоидный артрит является причиной воспаления в синовиальной оболочке. Это сопоставимо с воспалением пореза или раны — краснота, опухание, выделение излишней жидкости и боль. Краснота вызвана увеличением притока крови, что способствует тому, что воспаленный сустав может быть теплее на ощупь, чем обычно. Воспаление вызвано скоплением жидкости в синовиальной оболочке. Суставы повреждаются по двум причинам: нервные окончания раздражены химическими веществами, выделяемыми при воспалении, или капсула растягивается из-за отечности в суставе.

Предположительно, распространенность заболевания ревматоидным артритом колеблется между 0,3% и 1% [1] и наиболее характерна для женщин и жителей развитых стран. Однако во многих странах оценить частоту случаев этого заболевания на основе данных информационных систем общественного здравоохранения невозможно [2]. Исключениями являются Финляндия и Швеция, где созданы журналы учета лиц, имеющих право на возмещение затрат на лечение. Эти журналы могут быть связаны с данными о количестве смертей и злокачественных опухолей. Еще одним заметным исключением является Великобритания, где врачи-терапевты записывают причины каждой консультации. В одной только Великобритании зафиксировано около 690 тысяч [3] взрослых, живущих с этим заболеванием. Через 10 лет после обнаружения болезни, по крайней мере, 50% пациентов в развитых странах уже не в состоянии работать на полную ставку. Экономические затраты, которые приносит эта болезнь, в целом по Великобритании составляют 3,8–4,75 млрд фунтов стерлингов в год. Кроме того, в стране также зафиксировано около 12 тысяч детей в возрасте до 16 лет с ювенильной формой болезни.

И как раз в Великобритании университетским преподавателем была разработана концепция компьютерной программы, которая позволит врачам без опыта 3D-моделирования спроектировать и напечатать на заказ трехмерные наручные шины для страдающих ревматоидным артритом. Доктор Эбби Патерсон из Школы дизайна при Университете Лафборо разработала программное обеспечение для изготовления по индивидуальному заказу 3D-печатных шин, у которых есть все шансы стать гораздо более удобным, привлекательным и потенциально менее затратным решением, чем существующие в настоящее время.

Д-р Патерсон рассказывает: «Я хотела дать врачам возможность создавать такие шины, которые они не могли сделать раньше. Они могут улучшить внешний вид, посадку и интегрировать дополнительную функциональность, и это все результат нашего устройства 3D-печати, разработанного здесь, в Университете Лафборо. Благодаря нашему принтеру Objet Connex мы можем объединить несколько материалов в одной шине, таких как эластичные цельные петли или амортизаторы, но, что еще более важно, специализированное программное обеспечение, прототип которого мы разработали, позволит врачам самостоятельно проектировать такие шины для своих пациентов».

Эти шины стали результатом исследований, которые доктор Патерсон начала во время работы над кандидатской диссертацией в Университете Лафборо в 2009–2012 годах под руководством д-ра Яна Кэмпбелла и д-ра Ричарда Бибба, предлагавших изготавливать индивидуальные шины на запястье еще в конце 1990-х. Д-р Бибб, ведущий курс «Применение трехмерной печати в медицинской сфере» в Университет Лафборо, сказал: «Мы находимся на стадии развития. Исследования доказали, как это востребовано и как этого хотят врачи. Мы знаем, что у этой технологии есть большой потенциал».

Инновационные шины изготавливаются путем сканирования руки пациента в соответствующем положении для определения точных размеров и обеспечения максимально удобной посадки. Затем 3D-цифровую модель можно распечатать, выпустив столько шин, сколько потребуется. Исследователи пользовались 3D-принтерами Objet Connex, в которых применяется множество цветов и различных материалов для достижения максимально комфортной посадки шины. Благодаря этим устройствам удается точно определить сложную геометрию при формировании решетчатой конструкции шины для дополнительной вентиляции, а кроме того, пациент может выбрать удобный ему тип крепления.

В настоящее время доктор Бибб и доктор Патерсон проводят тщательный анализ затрат на производство индивидуальных шин. По их оценкам, изготовление шин с помощью технологий трехмерной печати должно быть экономически более выгодно, чем их традиционное производство. Разработчики надеются, что, получив соответствующую финансовую поддержку, они могли бы за 18 месяцев подготовить программу для использования ее врачами.

[1] Хронический ревматизм — Всемирная организация здравоохранения
[2] Распространенность в мире ревматоидного артрита в 2000 году — Дебора Симмонс, Колин Мэтерс, Брюс Флегер
[3] Что такое ревматоидный артрит? — Эйлса Босворт, Национальное общество по изучению ревматоидного артрита
Источники изображений: верхнее — Arthritis Research UK; нижнее — Университет Лафборо

Статья подготовлена для 3DToday.ru