YLÄKUVA: Baltimoren Johns Hopkinsin sairaalassa työskentelevä traumakirurgi Albert Chi valmistaa e-NABLE-kättä. ALLA: e-NABLE-käden 3D-kappaleiden suurennos. Photograph courtesy of e-NABLE and Jen Martin Studios.
3D-tulostuksen käyttö kehittyy nopeasti monilla teollisuudenaloilla, kuten ilmailu- ja avaruusalalla, puolustuksessa, autoteollisuudessa ja erityisesti terveydenhuollossa. Samaan aikaan teknologia on tuonut valmistusmahdollisuuksia toimistoihin, koteihin, luokkahuoneisiin, yliopistojen laboratorioihin ja pienyrityksiin vapauttaen luovuuden ja innovaation tsunamin.
”3D-tulostusta on ollut olemassa jo vuosikymmeniä….. Uutta on se, että 3D-tulostus on saavuttanut kuluttajaystävällisen hinnan ja jalanjäljen, uudet materiaalit ja tekniikat mahdollistavat uusia asioita, ja Internet sitoo kaiken yhteen”, todetaan Computer Sciences Corporationin (Falls Church, Virginia) vuonna 2013 julkaisemassa raportissa 3D Printing and theFuture of Manufacturing.
3D-tulostus on herättänyt kiinnostusta myös O&P-yhteisössä, mikä näkyy tutkimuksessa, esityksissä ammatillisissa ja tieteellisissä konferensseissa, tutkimus- ja kehityshankkeissa ja uusina tuotteina markkinoilla. O&P-ammattikunnan ulkopuolella tapahtuva uusi kehitys proteesin alalla on kuitenkin herättänyt sekä kiinnostusta että huolta O&P-yhteisössä. Vaikka tässä artikkelissa keskitytäänkin yläraajaproteesiin, tarkastelemme myös joitakin ortotiikan ja alaraajaproteesin innovaatioita.
Väestö saa auttavan käden
Kertomukset lukiolaisista ja yliopisto-opiskelijoista, insinööreistä, terveydenhuollon ammattilaisista ja harrastajista, jotka luovat proteesikäsineitä lapsille, joilla on amputaatioita tai synnynnäisiä raajojen puutoksia, ovat herättäneet huomiota tiedotusvälineissä ja herättäneet yleisön uteliaisuuden. Kiinnostus toisten auttamiseen yhdistyy luovaan intohimoon teknologista innovointia kohtaan, jota vauhdittavat kohtuuhintaiset 3D-tulostimet, edulliset materiaalit ja avoimen lähdekoodin ladattavat tulostustiedostot.Teknologia on lupaavaa myös humanitaarisen avun tarpeisiin vastaamiseksi kehitysmaissa tai sodankäynnin ja luonnonkatastrofien koettelemilla alueilla, sanoo Jeff Erenstone, CPO, Mountain Orthotic and ProstheticServices, Lake Placid, New York.
Poika käyttää e-NABLE-kättään pyöräilläkseen.
E-NABLE-vapaaehtoinen kokoaa 3D-tulostettua proteettista kättä vastaanottajan katsoessa. Valokuvat ovat e-NABLEn ja Jen Martin Studiosin suosittelemia.
Yksi eturivin organisaatioista on e-NABLE (www.enablingthefuture.org), jonka perusti vuonna 2013 tohtori JonSchull, tutkijatohtori Rochester Institute ofTechnologyn Media Arts Games Interaction CreativityCenterissä. Maailmanlaajuinen vapaaehtoisten verkosto kasvaa nopeasti; Schull arvioi, että sen määrä on nyt noin 6300 ja että se kasvaa noin prosentin viikoittain, ja tällä hetkellä laitteita tarjotaan vähintään yhdelle vastaanottajalle noin 40 maassa.
Koska lapset kasvavat nopeasti ulos proteeseista ja koska he ovat aktiivisia ja tarmokkaita ja kovia käyttämään laitteitaan, perinteisten proteesien hankkimisen kustannukset ovat suurimmalle osalle perheistä mahdottomia. Niinpä lapset jäävät ilman. ”Ja vaikka heillä olisikin perinteisiä proteeseja, he usein hylkäävät ne”, Schull kommentoi.
”Lasten kohdalla olemme itse asiassa suloisessa tilanteessa”, hän jatkaa. ”Siistit, supersankarimaiset muotoilut ja lelumaiset ominaisuudet tekevät niistä houkuttelevia lapsille, ja myös heidän ystävänsä pitävät laitteista. Siitä on siis sekä psykososiaalisia että toiminnallisia hyötyjä.”
”Kun teet laitteesta robottikäden näköisen ja annat sen kahdeksanvuotiaalle, hänestä tulee luokan suosituin lapsi”, lisää Erenstone, joka on vapaaehtoistyöntekijä e-NABLE:ssa.
e-NABLE: Mitä on saatavilla, mitä on tulossa
Suurin osa e-NABLEn vapaaehtoisten tarjoamista laitteista on osittaisia käsiä, jotka vaativat vastaanottajalta ehjän ranteen; transradiaalisia ja jopa transhumeraalisia laitteita kehitetään kuitenkin parhaillaan tai ne ovat beta-testauksessa ennen julkista julkaisua. Useat käden vastaanottajat ja perheenjäsenet maksavat eteenpäin ryhtymällä itse vapaaehtoisiksi ja tekemällä lisää laitteita, ja jotkut vastaanottajat toimivat vapaaehtoisina uusien laitteiden beta-testaajina.
E-NABLE:n verkkosivustolla on myoelektrinen proteesi transhumeraalisten raajojen erojen omaaville henkilöille, Limbitless arm, jonka on luonut Keski-Floridan yliopistossa (UCF) toimiva opiskelijaryhmä, jota johtaa insinööritieteiden tohtorikoulutettava Albert Manero. Vaikka avoimen lähdekoodin tiedostot ovat ladattavissa ja komponentteja ja materiaaleja voi ostaa laajalti saatavilla olevista vähittäismyymälöistä, suunnittelu edellyttää laajaa sähköalan asiantuntemusta, aikaa ja vankempaa tulostinta kuin mitä useimmilla vapaaehtoisilla on, e-NABLE huomauttaa. UCF:n tiimi on perustanut Limbitless Solutions (www.limbitless-solutions.org) -nimisen organisaation, joka voi tarjota proteeseja noin 350 dollarin materiaalikustannuksilla.
Turvallisuus, lainsäädännölliset huolenaiheet
O&P-yhteisö on ilmaissut huolensa vapaaehtoisten suunnittelemien ja tulostamien 3D-laitteiden turvallisuudesta.S.Food and Drug Administration (FDA).
American Orthotic & ProstheticAssociation (AOPA) antoi helmikuussa lausunnon, jossa ilmaistaan nämä huolet. ”Olemme kiinnostuneita useissa viimeaikaisissa TV-, printti- ja verkkopohjaisissa mediaraporteissa esitellyistä uusista 3D-teknologioista, mutta toteamme, että monissa tapauksissa esiteltyihin hoitotoimenpiteisiin liittyy tapauksia, jotka eivät täysin täytä FDA:n sääntöjä ja/tai liittovaltion tai osavaltioiden lisenssi- ja akkreditointivaatimuksia.” Schull huomauttaa jakavansa tämän huolen ja että FDA:n virkamiehet ovat tukeneet e-NABEn työtä, kuten FDA:n virkamies Matthew DiPrima ilmaisi Science in 3D: 2015 BioinformaticsFestival -tapahtumassa tammikuussa.
AOPA:n lausunto heijasteli myös proteesien tekijöiden huolta perinteisten yläraajaproteesien kustannusten epätarkasta ilmoittamisesta.
Ei täysimittaisia proteeseja
Turvallisuuteen ja sääntelyyn liittyviin huolenaiheisiin liittyy ehkä ero, jota tiedotusvälineet ja suuri yleisö eivät ymmärrä kovin hyvin, nimittäin se, että vapaaehtoisvoimin tulostetut 3D-laitteet eivät valmistajiensa mukaan ole varsinaisesti täysin toimivia proteeseja. Schull huomauttaa nopeasti osittaisen käden laitteiden rajoituksista. Kuten e-NABLE:n verkkosivuilla todetaan, sen suunnittelemista laitteista valmistettuja laitteita olisi pidettävä työkaluina eikä täysin toimivina proteeseina.Ne auttavat lapsia tekemään yksinkertaisia tehtäviä, kuten pitämään vesipulloa toisessa kädessä, pitämään välipalaa toisessa kädessä, käyttämään kahta kättä polkupyörällä ajamiseen tai nappaamaan palloa. Verkkosivustolla varoitetaan, että laitteet eivät kestä muutamaa kiloa suurempaa painoa, eikä otteen lujuus riitä leikkimiseen apinatangolla, polkupyörän jarrujen käyttämiseen, käsinseisontaan tai vastaaviin toimintoihin.Vapaaehtoisille ja vastaanottajille kerrotaan rajoituksista.
Erenstone mainitsee, että hänen keskustelunsa Schullin kanssa auttoivat lisäämään e-NABLE:n näkemystä siitä, kuinka arvokasta ja tarpeellista on ottaa mukaan ammattitaitoisia proteesihoitajia laitteiden kehittämiseen ja käyttöön. Schull on halukas tavoittamaan O&P-yhteisön.Hän ja Erenstone esittelivät äskettäisessä AOPA:n kansallisessa yleiskokouksessa aamupäivän yleisen istunnon aiheesta ”The Brave New World of 3D Printed Devices” (3D-tulostettujen laitteiden uljas uusi maailma): Challenges and Opportunities” (Haasteet ja mahdollisuudet) sekä iltapäivällä työpajan, jossa osallistujat pääsivät kokeilemaan 3D-tulostusta. Schull esitelmöi myös International Society for Prosthetics and Orthotics (ISPO) Canada SymposiumGeneral Session -tapahtumassa 2. lokakuuta.
”Olemme innokkaita tekemään yhteistyötä ja ottamaan ammattilaisia mukaan vapaaehtoisten ja neuvonantajien joukkoon”, Schull sanoo. ”Tavoitteena on kehittää uusia mahdollisuuksia ja luoda uusia vaihtoehtoja niin käyttäjille kuin ammattilaisillekin. Olen hyvin tietoinen siitä, että voimme palvella vain hyvin pientä osaa ihmisistä, jotka tarvitsevat apuvälineitä, proteeseja tai ortooseja.Proteesit ja ortoosit ovat olennainen osa terveydenhuollon ekosysteemiä, kun päätetään, mitkä tapaukset tarvitsevat millaisia järjestelmiä.” Hän jatkaa: ”Haluaisimme todella tehdä yhteistyötä O&P-yhteisön kanssa; kaikille näille ratkaisuille on paikkansa. Tarkoituksenamme ei ole heikentää sitä erittäin arvokasta ammattikuntaa, joka tekee mahdolliseksi sen, mitä me teemme, ja tekee sen, mitä me emme pysty tekemään.”
Väärää kuvaa päättäjille, yleisölle?
Jotkut O&P-klinikkalääkärit ja muut asiasta kiinnostuneet tahot ovat ilmaisseet huolestuneisuutensa mediamainonnan synnyttämästä mielikuvasta, joka näyttää rinnastavan 3D-tulostetun käden proteesin, jossa on suhteellisen yksinkertainen tekniikka ja rajoitettu toimintakyky, monimutkaisen, ammattitaitoisesti suunnitellun, valmistetun ja sovitetun yläraajaproteesin toimintakykyyn, lujuuteen ja kestävyyteen, ja lisäksi ammattitaitoisesti valmistettujen proteesien kustannukset paisuvat suureksi.
”Protetisteina tunnemme suurta luottamusta holkkien istuvuuteen, materiaaliominaisuuksiin ja työskentelyyn potilaiden kanssa”, huomauttaa Gerry Stark Jr, MSEM, CPO/L,FAAOP, johtava yläraajojen kliininen asiantuntija, Otto Bock HealthCare, Austin, Texas. ”Kaikki nämä taidot ovat edelleen erittäin arvokkaita ja merkityksellisiä 3D-tulostuksessa. Periaatteessa 3D-tulostusta voidaan pitää kehittyneenä ja uudenlaisena teknologiana, joka auttaa valmistusprosessissa. Minusta tuntuu, että proteesinsovittaja on edelleen kriittisessä asemassa tämän potilas-asiakassuhteen hallinnassa, jotta tämä teknologia voidaan ottaa käyttöön ja optimoida.” Stark jatkaa: ”Proteesinsovittajia huolestuttaa suuresti se, että jotkin poliittiset päättäjät olettavat virheellisesti, että amputoidut henkilöt voivat ohittaa sovitusprosessin. On olemassa tämä teknisesti naiivi käsitys, että potilaat voisivat yksinkertaisesti mitata ja skannata jäännöksensä ja lähettää tiedoston valmistuskeskukseen. Potilas saisi sitten täysin toimivan ja kestävän proteesin paljon halvemmalla kuin proteesilääkärin kautta. Tarvitaan kuitenkin aina koulutettu proteesialan ammattilainen, joka sovittaa ja optimoi tämän uuden teknologian.”
Muut proteesialan ammattilaiset ovat ottaneet kantaa julkisilla foorumeilla, kuten OANDP-L:n listapalvelussa. Monet heidän kommenteistaan voidaan tiivistää sanoihin: ”Ihmiset luulevat, että huijaamme yleisöä.”
Tytöllä on päällään 3D-tulostettu UNYQ-skolioosituki, jossa on erottuva esteettinen kuvio. Photo courtesy of UNYQ.
William Layman, CPO, BOCO,BOCP, osaomistaja vaimonsa Sharon Laymanin, CFOM, COF, CMF, kanssa Innovative Orthotics & Prostheticsof Louisiana, Kenner, sanoo: ”Therefs paljon harhaanjohtavaa tietoa perinteisten proteettisten laitteiden kustannuksista ja väitteistä, jotka koskevat sitä, mitä ne voivat tehdä.”Layman on 3D-tulostuksen mahdollisuuksien kannattaja, ja hän on kehittänyt 3D-tulostettua jalkaproteesia, josta on saatu hyviä tuloksia. Layman omistaa myös InnovativeDigital Manufacturing of Louisiana, Kenner, joka valmistaa monenlaisia 3D-tulostettuja tuotteita.
3D-tulostus koulutuksessa
”Enable Community Foundation kehittää tietovarastoa tiedoista ja kokemuksista, joita vapaaehtoiseen tulostukseen osallistuneet ovat saaneet, ja siitä on tulossa tutkimuskeskus useista aiheista”, Schull sanoo. ”Haluaisimme mielellämme jatkaa yhteistyötä ammattiprotetistien ja ortopedien kanssa.”
Ohjelmajohtaja Maria Esquelades kuvailee e-NABLE-kouluttajapörssiä ja e3STEAM-aloitetta. ”Ne antavat virallisille ja epävirallisille kouluttajille mahdollisuuden kehittää jotakin yhdessä tai kehittää sitä ja jakaa sen toisten kanssa, opettaa muita ja luoda makerspaceja.” Kirjoittajan huomautus: Makerspacesovat luovia tiloja, joita kutsutaan joskus nimellähackerspaces tai fablabs, joissa ihmiset kokoontuvat luomaan ja oppimaan.
Tyttö saa uuden 3D-tulostetun proteettisen kätensä vapaaehtoistyöntekijöiltä Prosthetistit kohtaavat tulostimet -konferenssissa. Photo courtesy of e-NABLE and Jen Martin Studios.
National Commission onOrthotic and Prosthetic Education(NCOPE) toteaa vuoden 2015 koulutushuippukokousta koskevassa raportissaan: ”3D-tulostus voi lopulta tarjota kätevän tavan valmistaa laitteita, mutta kehittyvän teknologian asianmukainen soveltaminen riippuu hyvin koulutetuista ammatinharjoittajista.Tällaiset teknologiat ovat ammatin mahdollisuuksia, eivät uhkia.”
3D-tulostusta käsitteleviä istuntoja ja esityksiä on alkanut esiintyä ammatillisissa konferensseissa, ja jotkut NCOPE:n ja CAAHEP:n (Commissionon Accreditation of Allied Health Education Programs) akkreditoimat O&P-koulut ovat lisäämässä ohjelmiinsa tietoa 3D-tulostuksesta.
Jotkut Prosthetists Meet Printers -konferenssin lapsista nauttivat auttamisesta 3D-tulostettujen käsien tekemisessä. Photo courtesy of e-NABLE and Jen Martin Studios.
Lyonissa, Ranskassa 22.-25. kesäkuuta pidetyn 15. ISPO:n maailmankongressin ohjelmaan sisältyi tämä huomautus: ”P&laitteissa nähtävien jatkuvien parannusten lisäksi…tänä vuonna on uusi kehitysalue-3D- tai additiiviset tulostustekniikat. Nämä soveltuvat erinomaisesti henkilökohtaisesti mukautettujen laitteiden valmistamiseen.”
Prosthetic Design Inc. (PDI), Clayton, Ohio, tekee yhteistyötä Century Collegen ja Baker Collegen kanssa kehittäessään 3D-istuntoa niiden O&P-teknikkoohjelmia varten, kertoo Brad Poziembo, LP. ”Rakennamme tulostimen Baker Collegelle; he kouluttavat teknikot tulostimella.” Hän lisää, että PDI-tulostimella voidaan valmistaa pistorasiat paljon nopeammin kuin perinteisellä valmistuksella ja siten nopeuttaa koulutusta. PDI on menestyksekkäästi kehittänyt Northwestern-yliopistossa kehitetystä teknologiasta sitkeän ja kestävän 3D-tulostetun alaraajaproteesipesän, kertoo Poziembos. ”Voin skannata ja sovittaa potilaan saman päivän aikana. He voivat mennä lounaalle, palata noin puolentoista tunnin kuluttua, ja minulla on hylsy valmiina.”
Uutta kehitystä alaraajojen proteeseissa ja ortooseissa
Jotkin 3D-tulostettujen ortoosien ja alaraajojen proteettisten suojusten kehittelyt osoittavat 3D-tulostuksen kykyä tuoda esiin käyttäjän yksilöllisyyttä.
Vuonna 2012 3D Systems, Rock Hill, Etelä-Carolina, ostiBespoke Innovationsin, San Francisco, joka on tunnettu teollisen muotoilijan ScottSummitin luomista alaraajaproteesin suojuksista. UNYQ, San Francisco, tekee yhteistyötä 3D Systemsin kanssa 3D Systemsin proteettisten säärisuojien, tukivarsien ja kipsien kaupallistamiseksi.UNYQ tekee yhteistyötä Ottobockin, Duderstadt, Saksa, kanssa tarjotakseen alaraajojen kosmeettisia säärisuojia, jotka on valmistettu eri materiaaleista käyttäjän valinnan mukaan. UNYQ tuo tässä kuussa markkinoille myös 3D-tulostetut yläraajojen proteesit.
Ortoosien alalla UNYQ on tuonut markkinoille 3D Systemsin kehittämän 3D-tulostetun kolioosiortoosin rajoitetun version. 3D Systemsin yksilöllisten lääkinnällisten laitteiden tiimi, joka työskenteli yhteistyössä Stanfordin yliopiston lääketieteen tohtori James Policyn ja Oaklandissa toimivan Laurance Orthopedicin Robert Jensenin kanssa, suoritti julkaisemattoman pilottitutkimuksen UCSF Benioff Children’s Hospitalissa, Oaklandissa, Kaliforniassa, mutta lapset ja teini-ikäiset suosivat sitä sen houkuttelevan ulkonäön vuoksi.
Erenstonen asiakas poseeraa tyttärensä kanssa esittelemässä hänen räätälöityyn alaraajapeitteeseensä kiinnitettyä Rosie the Riveter -mallia.Kuva on Jeff Erenstonen suosittelema.
”Jotain, mikä puuttuu teollisuudestamme, on ollut personalisointi, emmekä ole oikeastaan omaksuneet digitaalista vallankumousta samalla tavalla kuin aiemmin”, UNYQ:n toimitusjohtaja ja perustaja Eythor Bender sanoo. ”Seuraavien viiden vuoden aikana 3D-tulostus muuttaa teollisuuttamme monin tavoin. UNYQ:ssa työskentelemme O&P-teollisuuden kanssa maksimoidaksemme potentiaalin.”
Erenstone on perustanut uuden yrityksen, Create Prosthetics, Lake Placid, ja kehittänyt joitakin proteesin suojuksia. ”Meillä on yksinoikeus käyttää joustavaa materiaalia – ei haurasta muovia, joka halkeaa, jos osut johonkin”, hän selittää. ”Se on paljon kestävämpi ja mukautuu jalkaan. Aiomme erikoistua tekemällä siistiä estetiikkaa. Meillä oli hiljattain sotaveteraani, joka halusi proteesinpäällysteeseen Rosie the Riveterin, joten teimme sen. Voimme tehdä myös lihanvärisiä suojuksia, mutta on hauskaa tehdä suojuksia, jotka ilmaisevat kiinnostuksen kohteita.”
Nyt ja tulevaisuus
Vaikka 3D-tulostus on alkanut vaikuttaa O&P:ssä, pääpaino näyttää tässä vaiheessa olevan enemmän potentiaalisessa kuin nykyisessä käytössä. ”Luulen, että se on lähellä, mutta ei vielä aivan perillä kestävyyden ja kustannuksiltaan ja ajallisesti kilpailukykyisten rakenteellisten O&P-laitteiden perinteisten valmistusmenetelmien kanssa”, sanoo Jim Colvin, tutkimus- ja kehitysjohtaja, WillowWood, Mt. Sterling, Ohio. WillowWood on tutkinut 3D-tulostusta ja työstää parhaillaan hanketta. ”Materiaaleja ja prosesseja on parannettava, mutta uskon, että on vain ajan kysymys, milloin teknologia kehittyy niin pitkälle, että se on kaupallisesti kannattavaa valtavirran O&P-laitteita varten.”
”3D-tulostuksessa on joitakin rajoituksia”, sanoo Sam Hale, CPO, johtaja, Fillauer CompaniesInc., Chattanooga, Tennessee. ”Kestävyys ja rakenteellinen heikkous puuttuvat”. Materiaalia voidaan vahvistaa, mutta se on kallista. Seuraamme kuitenkin kehitystä ja käytämme saatavilla olevaa teknologiaa aina kun se on mahdollista.”
”Näen alan jatkossakin omaksuvan 3D-tulostuksen, millä tahansa tasolla, koska se on ehdottomasti tullut jäädäkseen”, sanoo TracySlemker, CPO/L, FAAOP, Dayton Artificial Limbin, Ohio, ja PDI:n presidentti ja perustaja.
”Se, miten valmistamme ortoosin tai proteesin, on toissijaista potilaan hoidon hallinnan kannalta”, sanoo Dennis Clark, CPO, presidentti, Clark& Associates Prosthetics and Orthotics and O&P1, Waterloo, Iowa. ”Aina kun keksimme uuden mittaus- tai valmistustavan, ihmiset sanovat: ’Se on niin helppoa, että kuka tahansa voi tehdä sen.’ Kaikki valmistustekniikat antavat meille mahdollisuuden keskittyä työhömme, joka on proteettisen ja ortoosisen hoidon hallinnointi, jonka tavoitteena on parantaa palvelemiemme potilaiden toimintakykyä, terveyttä ja elämänlaatua.”
Miki Fairley on Lounais-Coloradossa asuva freelance-kirjailija. Hänet tavoittaa sähköpostitse osoitteesta .