DI Mika Salmi tutki väitöstyössään materiaalia lisäävän valmistuksen soveltamista kirurgiassa ja hammaslääketieteessä. Väitöstyössä valmistettiin silmänpohjaimplantti, pehmeä purennanoikaisukoje, purentakiskoja ja tutkittiin 3D-tulostettujen pääkallojen tarkkuutta.
Materiaalia lisäävä valmistus on Salmen mukaan erinomainen menetelmä yksilöllisten tuotteiden valmistukseen. Tietokonetomografian, 3D-mallinnuksen ja materiaalia lisäävään valmistuksen avulla yksilölliset implantit ja kojeet voidaan tuottaa suoraan digitaalisten kolmiulotteisten kuvien perusteella automaattisesti ilman erikseen valmistettavia työkaluja.
Parempia hoitotuloksia
Uusien valmistusmenetelmien avulla voidaan lyhentää leikkaussaliaikaa ja säästää leikkauskustannuksissa. Hoitotulokset ja potilaiden toipumisennusteet paranevat.
Vuonna 2009 valmistettiin uudenlainen silmänpohjaimplantti potilaalle, jonka aikaisempi implantti oli asettunut liian alas. Uutta implanttia varten otettiin silmänpohjista tietokonetomografiakuvia. Kuvista tehtiin 3D-malli. Silmänpohjaimplantti mallinnettiin hyödyntämällä ehjän silmänpohjan geometriaa. Näin saadun 3D-mallin perusteella valmistettiin implantti titaaniseoksesta lasersintrauksella.
- Implantti on verkkomainen niin, että ympäröivät kudokset ja verisuonet pääsevät kasvamaan sen läpi. Kevyt rakenne ei ole herkkä kuumalle tai kylmälle, kertoo Salmi.
- Silmäleikkaukset voivat perinteisesti vaatia useita leikkauksia, koska implanteista ei saada heti sopivia. Tässä tapauksessa implantti asettui tarkasti paikalleen eikä uusintaleikkauksia enää tarvittu, Salmi sanoo.
Hampaat ojennukseen pehmeästi
Irrotettavia hampaidenoikaisukojeita on perinteisesti tehty kovista muovimateriaaleista imumuovauksella. Halutun hoitotuloksen saamiseksi saatetaan tarvita jopa parikymmentä kojetta, sillä hampaita voidaan oikaista yhdellä kojeella vain hiukan. Näin vältytään liian suurilta voimilta.
Väitöstyössä valmistettiin 3D-tulostetuksella muotteja, joiden avulla tehtiin silikonista pehmeitä hampaidenoikaisukojeita.
- Pehmeitä materiaaleja käyttäen voitaisiin selvitä huomattavasti pienemmällä kojeiden määrällä. Sovelluksen kehittäminen vaatii kuitenkin lisätutkimuksia, Salmi sanoo.
Väitöstyössä valmistettu purentakisko on ollut asiakkaalla käytössä noin vuoden ajan. Se on Salmen mukaan toiminut hyvin. Purentakiskolla estetään hampaiden tahaton narskuttelu esimerkiksi nukkuessa.
Kuva 2: 3D-malli pehmeästä hampaidenoikaisukojeesta.
Kallo kirurgian apuvälineenä
Salmi tutki väitöstyössään myös lisäävien valmistusmenetelmien mittatarkkuutta. Sitä varten hän valmisti eri menetelmin kipsikomposiitista, polyamidista ja valokovettuvasta materiaalista pääkalloja. Kalloja käytetään kirurgiassa muun muassa leikkauksen suunnitteluun. Kokonaista kalloa on vaikeampi valmistaa tarkasti kuin pienempiä kappaleita.
- Erot eri menetelmien välillä ovat isoja. Materiaalia lisäävällä valmistuksella saadaan kuitenkin aina tuotettua mitoiltaan huomattavasti tarkempia kalloja ja implantteja kuin menetelmillä, joissa lähtökohtana ovat lääkärin paperille tekemät piirustukset, Salmi sanoo.
Erilaisia materiaalia lisääviä valmistusmenetelmiä on yli kaksikymmentä. Salmi tutki työssään 3D-tulostusta, polyjet-teknologiaa, stereolitografiaa ja muovin ja metallin lasersintrausta. Menetelmien tarkkuus ja materiaalien ominaisuudet ovat parantuneet huomattavasti niiden yli kahdenkymmenen vuoden aikana, joina teknologiaa on kehitetty.
Kuva 1: Silmänpohjaimplantti on tietokonekuvassa vasemmalla. Oikealla tietokonetomografiakuvien perusteella tehty 3D-malli, joka kertoo, miten implantti on asettunut potilaan kalloon.
DI Mika Salmi väitteli 20.12.2013 Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulussa, koneenrakennustekniikan laitoksella. Väitöskirjan nimi on Medical applications of additive manufacturing in surgery and dental care eli Materiaalia lisäävän valmistuksen lääketieteelliset sovellutukset kirurgiassa ja hammashoidossa.
Väitöskirjan verkko-osoite: http://otalib.aalto.fi/en/collections/e-publications/dissertations/
Väittelijän yhteystiedot:
TkT Mika Salmi
puh. 050 512 2746
mika.salmi@aalto.fi
Teksti: Timo Hämäläinen