Csont és szív a 3D nyomtatóból: a Pécsi Tudományegyetem laborában jártunk

„Nyitrai Miklós, aki ma már az egyetem orvosi karának dékánja, néhány éve felkarolt egy pályázatot, amelynek keretében az elnyert forrásból megindulhatott a 3D-s projekt tervezése” – mondja Péntek Attila, a PTE 3D Nyomtatási és Vizualizációs Központ szakmai koordinátora, miután érkezésemet követően körbevezet a pécsi laborban. Hozzáfűzi, akkoriban dőlt el, milyen nyomtatókat szerezzenek be, mely témákat karolják fel, hol helyezzék el a pályázaton beszerzett eszközöket, és megkezdték a hozzáértő munkatársak felkutatását.

Akkoriban utóbbi jelentette a legnagyobb gondot: olyan embereket találni, akik értenek a technológiához, vagy legalábbis szeretnék megtanulni.

Eleinte a biofizikai karon kaptak egy helyiséget, ám hamarosan új épületbe költöztek. Tíz darab egyszerű, úgynevezett FFF technológián alapuló nyomtatóval kezdtek, ezekkel indult meg a gyógyászati protézisek egy nagyon kezdetleges verziójának nyomtatása. Előfordult, hogy egy eszközt ötvennél is több órán keresztül nyomtattak. (Az említett FFF technológián alapuló egyszerűbb, olcsóbb, 300-400 ezer forintba kerülő gépek a labor felső szintjén még ma is dolgoznak, ottjártunkkor egyfolytában nyomtatnak. Az SLA rendszerű nyomtatók ezeknél már többe, 2-3 millió forintba kerülnek, de – általában – még mindig az átlagfelhasználót és a kisebb sorozatgyártással foglalkozó cégeket szolgálják ki.) 

Kép

Így néz ki egy 3D szív - Kép: PTE 3 Vizualizációs Központ

Ebben az időszakban orvostan- és mérnöktanhallgatókkal együtt tapasztalták meg a gépekben rejlő lehetőségeket. Bevonásukkal megkezdték különböző szimulátorok készítését, tesztelését. Egyre inkább kikristályosodott, milyen alapanyagokat milyen formába kell önteni ahhoz, hogy abból egy eladható, használható szimulátor legyen, s kicsivel többet tudjon, mint a piacon kapható versenytársai. Ebben segített, hogy az orvostanhallgatók folyamatosan tesztelték az elkészült prototípusokat.

Például a különböző csontokat, amelyek a hallgatók gyakorlati képzését segítik. Készítenek egy 3D-s nyomatott modellt, majd körbeöntik a szilikonnal, hogy a sorozatgyártáshoz elkészülhessen az öntőforma. Ezt követően előbb a „csont” külső, kemény része készül el, majd a puhább „csontvelő” anyagát öntik a szilikonformába.

Rengeteg munkaóra telik el kísérletekkel, avat be Attila, fűrészeléssel, fúrással, csavarozással, folyamatos (medikusi) visszacsatolással, hogy a csont anyaga megszólalásig hasonlítson a valódi emberi csontra, hiszen így segíti az oktatást a leginkább.

Segítség a műtétekhez

Az orvostanhallgatók képzése mellett nyomtatnak egyes műtéti beavatkozásokhoz is „gyakorlócsontot”. A kapott CT-felvételt beszkennelik, és arról nyomtatják ki az adott csontot. Ez a műtét előtti „gyakorlást” segíti, az orvos lepróbálhatja a beavatkozást, hol és hogyan járjon el.

Ezzel a lehetőséggel lerövidülhet a műtét ideje, kisebb a kockázat, mert az orvos magabiztosabban állhat hozzá a beavatkozáshoz.

Hosszasan időzünk ebben a teremben, ahol készülnek könyökök is, „bőrrel”, „hússal”, „ideggel”, emellett nyomtatnak szívet is, amelyen még a szívverést, a légzést is tudják imitálni.

Aztán megállunk egy kupac „vérző bőr” mellett, amely az egyik legsikeresebb szimulátora a labornak. Nagy a hasonlóság az emberi bőrrel összehasonlítva: metszete az emberi testnek, különböző rétegekkel, és egy kis tartály is megbújik a „bőr” alatt, amiben „vér” található, hogy az orvostanhallgatók ezen gyakorolhassák a sebészeti gégemetszést.

Sok kísérletezésen estek túl, mire az eszköz felülete leginkább hasonlított a bőr tapintásához. A gyártáshoz szilikon és habanyag keverékét használják, amivel próbálják úgy rekonstruálni az emberi bőrt, hogy az orvosok szerint is a leginkább hasonlítson a valódihoz. Ez a recept titkos, teljesen egyedi fejlesztés. Az is sok kísérletezést igényelt, hogyan lehet a több réteget összeragasztani, miként helyezzék el a vért tartalmazó tasakot a felszín alatt.

Közben továbbsétálunk az öntőhelyiségbe, ahol a demonstrációs eszközöket (a vérző bőrt, csontokat, szerveket), egyenként vagy kis szériában készítik. Mendler János, aki több évtizedes tapasztalattal rendelkezik a modellezés, a fröccsöntés területén, számítógépén éppen egy modellt tervez. Többek között az ő tapasztalata segített abban, hogy olyan szimulátorok irányába forduljon a PTE 3D Nyomtatási és Vizualizációs Központ, amelyek versenyképesek.

Kép

művégtag - Kép: PTE 3 Vizualizációs Központ

Remény a művégtaggal élőknek

Péntek Attila egy művégtagot emel fel az egyik asztalról. Ez az eszköz a labor másik sikertörténete. Belsejében két felületi jelet vevő szenzor található, amelyek két fő izomcsoport mechanikus jeleit detektálják.

Ezeknek az izomcsoportoknak egy csonkolás után is megmarad az a képességük, hogy a csuklót, az ujjakat mozgassák.

Így, ha az izmok elektromos jeleit hasznosító, úgynevezett myoelektromos szenzorokkal kiegészített tokot ráillesztik a végtagcsonkra, az izomcsoportok képesek mozgatni a tok végén található, 3D-vel nyomtatott műkézfej ujjait. (A protézis tokját a Corvus-Med gyógyászati segédeszközgyártó cég készíti, amellyel a labor szimbiózisban működik.) A működési elv miatt a tokot természetesen külön kell legyártani minden páciensnek.

A nyomtatás, a tervezés, a prototípus előállítása a labor feladata. A művégtagokat számos verzióban fejlesztették, sokat csak azért, hogy megtapasztalhassák, a különböző alkatrészek, a mechanika miként viselkedik a valóságban, s ez alapján hogyan, milyen úton továbbindulva folytassák a munkát. A közeljövőben induló második befektetői körben azt várja a Központ, hogy újabb források bevonásával további fejlesztéseket valósíthasson meg.

A nyomtatás és az oktatás mellett kutatással is foglalkoznak a laborban. Fogakat, fogszabályozót, de még a húzáshoz használt fogót is ki tudnak nyomtatni. Utóbbi eszközt teszteltették fogorvosokkal, akadt, amelyiket üvegszállal kellett megerősíteni, hogy felhasználhatóbbá váljon.

A számos termékből bevétele is származik az egyetemnek. A vérző bőröket például kórházakban található kutatóközpontoknak értékesítik. A gyógyászati fejlesztések mellett az ipartól, például a járműipartól is folyamatosak a megrendelések.

Sebészkedjen a Múzeumok Éjszakáján!
Aki kíváncsi a PTE 3D Nyomtatási és Vizualizációs Központ munkájára, és szívesen felvágna szikével egy nyomtatott vérző bőrt, a Múzeumok Éjszakáján megteheti ezt a Semmelweis Orvostörténeti Múzeumban (SOM). A számos érdekes program mellett már délután négytől lehetőség nyílik a 3D nyomtatás gyógyászatban alkalmazott módszereivel megismerkedni, az est során pedig több alkalommal is lesz mód a „foghúzásra” és a „sebvarrásra” egyaránt.

A jövő itt él velünk

Az épület alsó szintjén újabb izgalmakban van részünk, ahol hatalmas, ipari igényeket kiszolgáló nyomtatókat használnak. A Stratasys J750 polyjet nyomtató ára jóval 100 millió forint felett jár, cserébe ez a szerkezet már színesben is képes nyomtatni. Működési elve a hagyományos nyomtatókéhoz hasonlít, csak a 3D-ben a tintapatronhoz hasonló kazettákba nem festékport helyeznek, hanem műanyagot (fotopolimert).

A gép rétegről rétegre haladva építi fel a nyomatot, és ahol a modellnek kilóg egy kis része, oda a tálcaszinttől supportot (támaszanyagot) nyomtat, amelyet később el lehet távolítani a modellről. A támaszanyag funkcióját úgy kell elképzelni, mint egy épülő házban a tartópillért, amely a boltozatot támasztja alá.

A gép vákuum alatt beszívja a nyomtatófejbe az alapanyagokat, majd a fej összekeveri és lecseppenti az adott színű műanyagot a tálcára. A csepp tetejét egy penge vágja le, hogy a következő csepp pontosan illeszkedhessen rá. Végül a gép UV-fénnyel szilárdítja meg a nyomtatványt. A nyomtatás végén vízzel mossák le a támaszanyagot.

A nyomtatónak egy kisebb testvére fogászati nyomtatásokhoz ideális. Kapott CT-felvétel alapján szegmentálják a modellt, majd kinyomtatják a fogsort.

Felhasználása segít a fogszabályozók készítésekor, a fogtechnikus ugyanis elpróbálhatja a legideálisabb fekvést, illetve előre megépítheti a pótlást, amit később be tud majd építeni a páciens szájüregébe. A kinyomtatott fogsorra szilikonból ínyt is varázsolnak a laborban, mutatja Péntek Attila.

Kép

3D fej - Kép: PTE 3 Vizualizációs Központ

A laborban található egy terem, amely leginkább űrbázisra hasonlít. Itt található az a nyomtató, amelyik poliamidból nyomtat egy szigetelt kamrában. A kamra belsejét a gép felfűti 160 Celsius fokos hőmérsékletre, majd a befecskendezett, lisztnél is porózusabb alapanyag olvasztásához lézert használ. E folyamat során alakul ki a nyomtatni kívánt tárgy, úgy, hogy a nyomtató szintén rétegről rétegre halad. A művelet végén létrejön egy nagy portömb, amelyből óvatosan, akárcsak Indiana Jones a sivatagban, ki kell bontaniuk a nyomtatványt a szakembereknek.