SOPRA: Albert Chi, MD, un chirurgo traumatologo al Johns Hopkins Hospital, Baltimora, realizza una mano e-NABLE. SOTTO: ingrandimento di pezzi 3D della mano e-NABLE. Fotografia per gentile concessione di e-NABLE e Jen Martin Studios.
L’uso della stampa 3D si sta sviluppando rapidamente in una varietà di industrie, tra cui quella aerospaziale, della difesa, automobilistica e, soprattutto, sanitaria. Allo stesso tempo, la tecnologia ha portato le capacità di produzione in uffici, case, aule, laboratori universitari e piccole imprese, scatenando uno tsunami di creatività e innovazione.
“La stampa 3D esiste da decenni…. Ciò che è nuovo è che la stampa 3D ha raggiunto prezzi e impronte di consumo, nuovi materiali e tecniche stanno rendendo possibili nuove cose, e Internet sta legando tutto insieme”, secondo un rapporto del 2013, 3D Printing and theFuture of Manufacturing, di Computer Sciences Corporation, Falls Church, Virginia.
La stampa 3D ha acceso l’interesse della comunità O&P, che si riflette nella ricerca, presentazioni a conferenze professionali e scientifiche, iniziative di ricerca e sviluppo, e nuovi prodotti sul mercato. Tuttavia, un’ondata di nuovi sviluppi in protesi al di fuori della professione O&P ha suscitato sia interesse che preoccupazione nella comunità O&P. Anche se questo articolo si concentra sulla protesi dell’arto superiore, esamineremo anche alcune innovazioni nell’ortesi e nella protesi dell’arto inferiore.
La popolazione non servita riceve una mano d’aiuto
Le storie di studenti liceali e universitari, ingegneri, professionisti sanitari e hobbisti che creano protesi per bambini con amputazioni o deficienze congenite degli arti stanno attirando l’attenzione dei media e la curiosità del pubblico. L’interesse ad aiutare gli altri sta convergendo con una passione creativa per l’innovazione tecnologica alimentata da stampanti 3D a prezzi accessibili, materiali a basso costo e file opensource scaricabili per la stampa. La tecnologia è anche promettente nel soddisfare le esigenze O&P per le missioni umanitarie nei paesi in via di sviluppo o nelle aree colpite duramente da guerre e disastri naturali, dice Jeff Erenstone, CPO, Mountain Orthotic and ProstheticServices, Lake Placid, New York.
Un ragazzo usa la sua mano e-NABLE per andare in bicicletta.
Un volontario e-NABLE assembla una mano protesica stampata in 3D mentre il destinatario guarda. Fotografie per gentile concessione di e-NABLE e Jen Martin Studios.
Una delle organizzazioni all’avanguardia è e-NABLE (www.enablingthefuture.org), fondata nel 2013 da JonSchull, PhD, un ricercatore del Media Arts Games Interaction CreativityCenter al Rochester Institute ofTechnology. La rete mondiale di volontari sta crescendo rapidamente; Schull stima che ora conta circa 6.300 e sta crescendo di circa 1 per cento ogni settimana, con dispositivi attualmente forniti ad almeno un destinatario in circa 40 paesi.
Siccome i bambini crescono rapidamente le protesi e, essendo attivi ed energici, sono difficili sui loro dispositivi, il costo di fornire protesi tradizionali è proibitivo per la maggior parte delle famiglie. Così, i bambini ne fanno a meno. “E anche quando hanno protesi tradizionali, spesso le rifiutano”, commenta Schull.
“Con i bambini, siamo davvero in un bel posto”, continua. “I bambini li trovano attraenti grazie ai loro superdisegni e alle loro caratteristiche simili a quelle di un giocattolo; anche i loro amici apprezzano i dispositivi. Quindi ci sono benefici psicosociali e funzionali”
“Quando lo fai sembrare un robot e lo dai a un bambino di otto anni, sarà il bambino più popolare della classe”, aggiunge Erenstone, un volontario di e-NABLE.
e-NABLE: Cosa è disponibile, cosa sta arrivando
La maggior parte dei dispositivi che i volontari di e-NABLE forniscono sono mani parziali che richiedono che il destinatario abbia un polso intatto; tuttavia, dispositivi transradiali ed anche transomerali sono in fase di sviluppo o di beta testing prima di essere rilasciati pubblicamente. Diversi riceventi di mani e membri della famiglia stanno pagando in avanti diventando essi stessi volontari, facendo più dispositivi, e alcuni riceventi sono volontari come beta tester di nuovi dispositivi.
Inclusa nel sito web di e-NABLE è una protesi mioelettrica per persone con differenze di arto transomerale, il braccio Limbitless, creato da un team di studenti dell’Università della Florida Centrale (UCF) guidato dal dottorando di ingegneria Albert Manero. Anche se i file open-source sono disponibili per il download e i componenti e i materiali possono essere acquistati presso i rivenditori di consumo ampiamente disponibili, il design richiede una vasta esperienza elettrica, tempo e una stampante più robusta di quanto la maggior parte dei volontari abbiano, sottolinea e-NABLE. Il team UCF ha creato un nonprofitorganization, Limbitless Solutions (www.limbitless-solutions.org), che canprovide le protesi per circa $350 nel costo dei materiali.
Sicurezza, preoccupazioni regolamentari
La comunità O&P ha espresso preoccupazione per la sicurezza dei volontari progettati e stampati dispositivi 3D thatlack l’input di professionisti prosthetistsand non sono stati approvati dalla U.S.Food and Drug Administration (FDA).
L’American Orthotic & ProstheticAssociation (AOPA) ha rilasciato una dichiarazione a febbraio che esprime le preoccupazioni. “Siamo incuriositi dalle emergenti tecnologie 3D descritte in diversi recenti servizi televisivi, stampa e web-based media, pur notando che in molti casi la cura descritta coinvolge istanze che non sono pienamente conformi alle regole FDA e/o ai requisiti di licenza e accreditamento federali o statali”. Schull nota che condivide questa preoccupazione e che i funzionari della FDA hanno sostenuto il lavoro di e-NABLE, come espresso dal funzionario della FDA Matthew DiPrima durante la Scienza in 3D: 2015 BioinformaticsFestival in gennaio.
La dichiarazione AOPA riflette anche la preoccupazione dei protesisti per l’imprecisione del costo delle protesi tradizionali degli arti superiori.
Non sono protesi a tutti gli effetti
Per quanto riguarda la sicurezza e la preoccupazione regolamentare, c’è una distinzione che non è ben compresa dai media e dal grande pubblico: i dispositivi 3D stampati da volontari non sono in realtà protesi completamente funzionali, secondo i loro produttori. Schull si affretta a sottolineare le limitazioni dei dispositivi a mano parziale. Come notato sul sito web di e-NABLE, i dispositivi prodotti dai suoi disegni dovrebbero essere visti come strumenti e non come dispositivi protesici completamente funzionali, che aiutano i bambini a fare semplici compiti come tenere una bottiglia d’acqua mentre si tiene una merenda nell’altra mano, usare due mani per andare in bicicletta o prendere una palla. Il sito web avverte che i dispositivi non possono tenere più di qualche chilo di peso e la forza di presa non è abbastanza forte per giocare con le barre degli scimmioni, lavorare con i freni della bicicletta, fare verticale o fare attività simili.
Erenstone menziona che le sue discussioni con Schull hanno aiutato ad aggiungere un’idea a e-NABLE sul valore e la necessità di coinvolgere protesisti professionisti nello sviluppo e applicazione dei dispositivi. Schull è desideroso di raggiungere la comunità O&P. Lui ed Erenstone hanno presentato una sessione generale mattutina alla recente assemblea nazionale AOPA su “Il nuovo mondo coraggioso dei dispositivi stampati in 3D: Sfide e opportunità “insieme a un workshop pomeridiano per i partecipanti a provare la loro mano alla stampa 3D. Schull ha anche presentato alla International Society for Prosthetics and Orthotics (ISPO) Canada SymposiumGeneral Session il 2 ottobre.
“Siamo desiderosi di collaborare con e includere professionisti tra i nostri volontari, così come tra i nostri consulenti”, dice Schull. “L’obiettivo è quello di sviluppare nuove opportunità e creare nuove opzioni per gli utenti e i professionisti. Sono molto consapevole del fatto che possiamo servire solo una percentuale molto piccola delle persone che hanno bisogno di dispositivi di assistenza, protesi o ortesi; i protesisti e gli ortesisti sono una parte essenziale dell’ecosistema sanitario nel decidere quali casi hanno bisogno di quali sistemi”. Continua: “Vorremmo davvero lavorare con la comunità O&P; c’è un posto per tutte queste soluzioni. Non è nostro scopo minare la preziosissima professione che rende possibile ciò che facciamo e fa ciò che noi non possiamo fare.”
Falso quadro per i politici, pubblico?
Alcuni clinici O&P e altre parti interessate hanno espresso preoccupazione per l’immagine generata dalla copertura mediatica che sembra equiparare una mano protesica stampata in 3D che ha una tecnologia relativamente semplice e una funzione limitata con la funzione, la forza e la durata di una protesi complessa, professionalmente progettata, fabbricata e adattata all’arto superiore, gonfiando inoltre notevolmente i costi delle protesi fornite professionalmente.
“Come protesisti, ci sentiamo molto sicuri con l’adattamento della presa, le proprietà del materiale e il lavoro con i pazienti”, sottolinea Gerry Stark Jr, MSEM, CPO/L, FAAOP, specialista clinico senior dell’arto superiore, Otto Bock HealthCare, Austin, Texas. “Tutte queste competenze sono ancora estremamente preziose e rilevanti con la stampa 3D. Fondamentalmente, la stampa 3D potrebbe essere considerata come una forma sofisticata e nuova di tecnologia per aiutare nel processo di fabbricazione. La mia sensazione è che il protesista sia ancora fondamentale nella gestione di questo rapporto paziente-cliente per implementare e ottimizzare questa tecnologia. “Stark continua, “Ciò che preoccupa molto i protesisti è che alcuni responsabili politici stanno facendo l’ipotesi sbagliata che gli amputati possano evitare il processo di adattamento. C’è questa nozione tecnologicamente ingenua che i pazienti potrebbero semplicemente avere il loro arto residuo misurato, scansionato e il file inviato a un centro di fabbricazione. Il paziente riceverebbe quindi una protesi completamente funzionale e durevole molto più a buon mercato che attraverso un protesista. Tuttavia, ci sarà sempre bisogno di un professionista protesico addestrato disponibile per adattare e ottimizzare questa nuova tecnologia.”
Altri professionisti della protesi si sono espressi su forum pubblici, come il listerv OANDP-L. Molti dei loro commenti potrebbero essere riassunti in: “La gente penserà che stiamo fregando il pubblico.”
Una ragazza indossa il tutore per scoliosi UNYQ stampato in 3D, con un caratteristico motivo estetico. William Layman, CPO, BOCO, BOCP, co-proprietario con sua moglie Sharon Layman, CFOM, COF, CMF, di Innovative Orthotics & Prostheticsof Louisiana, Kenner, dice: “Ci sono molte informazioni fuorvianti sui costi delle protesi tradizionali e su quello che possono fare.”Layman è un sostenitore del potenziale della stampa 3D e ha sviluppato una gamba protesica stampata in 3D con buoni risultati. Layman possiede anche la InnovativeDigital Manufacturing della Louisiana, Kenner, che produce un’ampia varietà di prodotti stampati in 3D.
La stampa 3D nell’istruzione
“La Enable Community Foundation sta sviluppando un archivio di dati ed esperienze acquisite da coloro che sono coinvolti nel processo di stampa volontaria e sta diventando un centro di ricerca su diversi argomenti”, dice Schull. “Saremmo lieti di avere l’opportunità di proseguire la collaborazione con protesisti e ortesisti professionisti”
La direttrice dei programmi Maria Esqueladescrive l’e-NABLE Educators’Exchange e l’iniziativa e3STEAM: “Danno agli educatori formali e informali la possibilità di sviluppare qualcosa insieme o di svilupparlo e condividerlo con altri, insegnare ad altri e creare makerspaces.”Nota dell’autore: i makerspaces sono spazi creativi, a volte chiamati hackerspaces o fablabs, dove le persone si riuniscono per creare e imparare.
Una ragazza riceve la sua nuova mano protesica stampata in 3D dai volontari alla conferenza Prosthetists Meet Printers. Foto per gentile concessione di e-NABLE e Jen Martin Studios.
La National Commission onOrthotic and Prosthetic Education(NCOPE) nota nel suo rapporto sull’Educational Summit del 2015, “La stampa 3D può alla fine offrire un mezzo conveniente per produrre dispositivi, ma l’applicazione appropriata della tecnologia emergente dipenderà da professionisti ben qualificati.Tali tecnologie sono opportunità per – non minacce per – la professione.”
Sessioni e presentazioni sulla stampa 3D stanno cominciando ad apparire nelle conferenze professionali, e alcune delle scuole O&P accreditate da NCOPE e dalla Commissionon Accreditation of Allied Health Education Programs(CAAHEP) stanno aggiungendo informazioni sulla stampa 3D ai loro programmi.
Alcuni dei bambini alla conferenza Prosthetists Meet Printers si sono divertiti ad aiutare a fare le mani stampate in 3D. Foto per gentile concessione di e-NABLE e Jen Martin Studios.
Il programma del 15° Congresso Mondiale ISPO tenutosi dal 22 al 25 giugno a Lione, in Francia, includeva questa nota: “Oltre ai continui miglioramenti che si vedono nei dispositivi P&O…quest’anno c’è una nuova area di sviluppo: le tecnologie di stampa 3D o additive. Queste sono estremamente adatte per fare dispositivi adattati personalmente.”
Prosthetic Design Inc. (PDI), Clayton, Ohio, sta lavorando con il Century College e il Baker College per sviluppare una sessione 3D per i loro programmi di tecnici O&P, secondo Brad Poziembo, LP. “Stiamo costruendo una stampante per il Baker College; formeranno i loro tecnici sulla stampante”. La stampante PDI può fare prese molto più velocemente della fabbricazione tradizionale e quindi fornire una formazione accelerata, aggiunge. PDI ha sviluppato con successo una robusta e durevole presa protesica dell’arto inferiore stampata in 3D dalla tecnologia sviluppata alla Northwestern University, dice Poziembos. “Posso scansionare e adattare il paziente nello stesso giorno. Il paziente può uscire per il pranzo, tornare dopo circa un’ora e mezza e io posso avere la presa pronta per lui”.
Nuovi sviluppi nella protesi dell’arto inferiore, ortesi
In un incrocio dove si incontrano estetica, design industriale e O&P, alcuni sviluppi nelle ortesi stampate in 3D e nelle coperture protesiche dell’arto inferiore mostrano la capacità della stampa 3D di mostrare l’individualità dell’utente.
Nel 2012, 3D Systems, Rock Hill, South Carolina, ha acquisito Bespoke Innovations, San Francisco, nota per le carenature protesiche degli arti inferiori create dal designer industriale ScottSummit. UNYQ, San Francisco, sta collaborando con 3D Systems per commercializzare le carenature protesiche, i tutori e i calchi di 3D Systems.UNYQ sta collaborando con Ottobock, Duderstadt, Germania, per fornire carenature cosmetiche per gli arti inferiori realizzate in vari materiali a seconda della scelta dell’utente. UNYQ sta anche rilasciando questo mese dei rivestimenti protesici per gli arti superiori stampati in 3D.
Nel campo delle ortesi, UNYQ ha lanciato una versione limitata di un’ortesi per scoliosi stampata in 3D sviluppata da 3D Systems. Il tutore ha raggiunto un livello di correzione delle curve simile a quello del Boston Brace, ma è stato preferito dai bambini e dagli adolescenti per il suo aspetto attraente, secondo uno studio pilota non pubblicato condotto all’UCSF Benioff Children’s Hospital, Oakland, California, dal team di dispositivi medici personalizzati di 3D Systems in collaborazione con James Policy, MD, della Stanford University e Robert Jensen, CPO, Laurance Orthopedic, Oakland.
Il cliente di Erenstone posa con sua figlia, mostrando il disegno di Rosie the Riveter sulla sua copertura personalizzata degli arti inferiori.Foto per gentile concessione di Jeff Erenstone.
“Qualcosa che manca nella nostra industria è stata la personalizzazione, e non abbiamo davvero abbracciato la rivoluzione digitale come,” dice il CEO e cofondatore di UNYQ Eythor Bender. “Nei prossimi cinque anni, la stampa 3D cambierà la nostra industria in molti modi. A UNYQ stiamo lavorando con l’industria O&P per massimizzare il potenziale”.”
Erenstone ha lanciato una nuova società, Create Prosthetics, Lake Placid, e ha sviluppato alcune coperture protesiche. “Abbiamo l’uso esclusivo di un materiale flessibile, non come la plastica fragile che si rompe se si colpisce qualcosa”, spiega. È molto più durevole e si adatta alla gamba”. Ci specializzeremo facendo un’estetica cool. Recentemente abbiamo avuto un veterano di guerra che voleva Rosie the Riveter sulla sua copertura protesica, quindi è quello che abbiamo fatto. Possiamo fare anche copertine color carne, ma è divertente fare copertine che esprimono interessi.”
Ora e il futuro
Anche se la stampa 3D sta cominciando ad avere un impatto in O&P, l’enfasi a questo punto sembra essere più sul potenziale che sull’uso attuale. “Penso che sia vicina, ma non ancora abbastanza in termini di durata e di costi e tempi competitivi con i metodi tradizionali di produzione di dispositivi strutturali in O&P”, dice Jim Colvin, direttore di ricerca e sviluppo, WillowWood, Mt. Sterling, Ohio. WillowWood ha studiato la stampa 3D e sta attualmente lavorando a un progetto. “I materiali e i processi devono migliorare, ma penso che sia solo una questione di tempo prima che la tecnologia progredisca al punto da essere commercialmente praticabile per i dispositivi tradizionali di O&P.”
“Ci sono alcune limitazioni nella stampa 3D”, dice Sam Hale, CPO, direttore delle protesi, Fillauer CompaniesInc, Chattanooga, Tennessee. Ci sono modi per rafforzare il materiale, ma è costoso. Tuttavia, stiamo osservando gli sviluppi e utilizzando la tecnologia disponibile quando possibile.”
“Vedo che il campo continua ad abbracciare la stampa 3D, a qualsiasi livello, perché è sicuramente qui per restare”, dice TracySlemker, CPO/L, FAAOP, presidente e fondatore di Dayton Artificial Limb, Ohio, e PDI.
“Come produciamo l’ortesi o la protesi è secondario alla gestione della cura del paziente”, dice Dennis Clark, CPO, presidente, Clark& Associates Prosthetics and Orthotics and O&P1, Waterloo, Iowa. “Tutte le tecniche di fabbricazione ci permettono di concentrarci sul nostro lavoro, che è quello di gestire le cure protesiche e ortesiche, con l’obiettivo di migliorare la funzione, la salute e la qualità della vita dei pazienti che serviamo.”
Miki Fairley è uno scrittore freelance che vive nel sud-ovest del Colorado. Può essere contattata via e-mail all’indirizzo .
.