3D-друкований «гіпс» підлаштували під тепло пацієнтів

Інженери з США і Нідерландів розробили новий метод створення жорстких каркасів для фіксації частин тіла з переломом кістки, аналогічних гіпсовим пов'язкам. Вони запропонували враховувати при розрахунку конструкції корсету не тільки індивідуальну форму цієї частини тіла конкретного пацієнта, а й особливості її тепловиділення. Розробка була представлена на конференції UIST 17.

При переломах кінцівок пацієнтам накладають, як правило, гіпсову пов'язку, яка дозволяє жорстко зафіксувати дві частини кістки для подальшого зростання. У таких пов'язок є серйозний недолік - рука або інша кінцівка залишається постійно закритою протягом довгого періоду часу, що може доставляти дискомфорт, а також її не можна мочити водою. Через це інженери розробляють альтернативні методи фіксації кісток.

Як і у випадку з багатьма іншими областями, інженери пристосували для цього 3D-друк. Для створення моделі область тіла сканується за допомогою точного 3D-сканера, а потім перетворюється на файл для друку. Як правило, такі моделі складаються не з суцільного матеріалу, а являють собою сітку з багатокутників. При цьому витрачається набагато менша кількість матеріалу, а також дозволяє повітрю вільно проникати до шкіри.

Інженери вирішили доопрацювати цю технологію, і враховувати при створенні моделі ще один параметр. Справа в тому, що різні частини людського тіла виділяють тепло з різною інтенсивністю, тому їм необхідно забезпечити різне тепловідведення. Для цього автори розробки запропонували знімати за допомогою тепловізора теплову карту частини тіла, причому не тільки відкритому стані, але і закривши кінцівку, і тим самим ускладнивши відведення тепла.

Після цього спеціальний алгоритм об'єднує дані сканування форми і тепловиділення, і розбиває поверхню частини тіла на діаграму Вороного. У результаті формується модель для 3D-друку, в якій найбільш тепловиділяючі частини тіла покриті найбільшими багатокутниками. Для забезпечення достатньої міцності алгоритм також змінює товщину пластику при друку.

Дослідники протестували метод на фіксуючих каркасах для рук, ніг і шиї. Вони попросили добровольців надіти їх, і поносити протягом деякого часу, і для порівняння провели тепловізорну зйомку до і після цього. З'ясувалося, що шкіра людей, які носили оптимізовану для тепловиділення конструкцію, виявилася холоднішою.

На прохання N + 1 новину прокоментував травматолог-ортопед Олександр Каргальцев:

Такі речі розраховані на «вау-ефект», при цьому мають мало практичної користі, принаймні на сьогоднішній і, мабуть, завтрашній дні. Підняти пошкоджену кінцівку так, щоб її могли зняти 3D-сканером, людині з переломом буде непросто. Так само не всі переломи фіксуються в «нейтральному положенні», деякі вимагають зіставлення кісткових відломків під певним кутом і під тракцією. Насправді це виглядає так, скажімо, при одному з видів перелому променевої кістки: після знеболювання лікар тягне за пензель, потім, утримуючи натягнення, за рахунок валика дає згинання в куп'ясті - і в такому положенні асистент накладає гіпс. Якщо не виходить з першого разу (перевіряють за рентгеном) - процедуру повторюють. Надалі гіпс перекладають (спадає набряк). І ось для цього моменту створені спеціальні пластикові гіпси, в них найчастіше можна митися, вони легше, їх можна змоделювати індивідуально по пошкодженій частині тіла (поки вони не застигли). Тобто. в цілому володіють усіма потрібними якостями і зручностями. І не дуже дорогі.

У 2016 році американські школярі надрукували на 3D-принтері підтримувальний черевик для пошкодженої лапи очкового пінгвіна з місцевого акваріума.