Industriële fabricage
Industrieel internet der dingen | Industriële materialen | Onderhoud en reparatie van apparatuur | Industriële programmering |
home  MfgRobots >> Industriële fabricage >  >> Manufacturing Technology >> 3d printen

3D-printen in de gezondheidszorg:waar staan ​​we in 2021? (Bijgewerkt)

3D-printen biedt enorme kansen voor de medische industrie. Volgens een rapport van marktonderzoeksbureau SmarTech Analysis is de markt voor medisch 3D-printen wordt momenteel geschat op $ 1,25 miljard. Tegen 2027 zal de marktwaarde groeien tot $ 6,08 miljard. Het is duidelijk dat het potentieel voor 3D-printen binnen de gezondheidszorg enorm is.  

Meerdere sectoren binnen de medische industrie profiteren van 3D-printen, waaronder orthopedie en tandheelkunde. De technologie biedt opwindende nieuwe manieren om gepersonaliseerde zorg te bieden en beter presterende medische hulpmiddelen te creëren.

In het artikel van vandaag onderzoeken we de belangrijkste toepassingen van 3D-printen in de geneeskunde en hoe ze zullen evolueren, de uitdagingen voor een bredere acceptatie en hoe de toekomst eruitziet voor medisch 3D-printen.

3 belangrijke toepassingen van 3D-printen in de gezondheidszorg

1. 3D-geprinte orthopedische implantaten

Orthopedische implantaten - medische hulpmiddelen die worden gebruikt om een ​​ontbrekend gewricht of bot operatief te vervangen - zijn een van de toepassingen die het meest profiteren van 3D-printen. De technologie stelt medische professionals in staat om beter passende, duurzamere en beter presterende implantaten te maken.

Het eerste gebruik van 3D-printen voor orthopedische implantaten dateert van meer dan een decennium, met de eerste 3D-geprinte implantaten die rond 2007 werden vervaardigd. In 2010 ontving Adler Ortho Group, een early adopter van Arcam's Electron Beam Melting (EBM) metaal 3D-printtechnologie de eerste FDA-goedkeuringen voor implantaten gemaakt door 3D-printen.

Tegenwoordig kan de technologie worden gebruikt om een ​​breed scala aan implantaten te maken, waaronder spinale, heup-, knie- en schedelimplantaten. Tegen het einde van 2019 zullen naar schatting meer dan 600.000 implantaten zijn geproduceerd met 3D-printen. Tegen 2027 kan dit aantal oplopen tot vier miljoen.

Naast EBM is Selective Laser Melting een andere metaal 3D-printtechnologie die wordt gebruikt door orthopedische fabrikanten. Beide technologieën zijn geoptimaliseerd om te werken met biocompatibele metalen zoals titanium, en kunnen veel complexe implantaten in één batch produceren.

Het in de VS gevestigde productiebedrijf, Slice Mfg. Studios, zegt bijvoorbeeld dat elk van zijn Arcam Q10 EBM-machines elke vijf dagen ongeveer 70 heupkommetjes kan produceren.

Een van de factoren die de vraag naar 3D-geprinte implantaten stimuleren, is het potentieel voor verbeterde implantaatprestaties. Dankzij de ontwerpflexibiliteit die wordt geboden door 3D-printen, kunnen implantaten worden ontworpen met poreuze oppervlaktestructuren, wat een snellere integratie tussen een levend bot en het kunstmatige implantaat mogelijk maakt.

De sector van de orthopedische medische hulpmiddelen wordt gedomineerd door een klein aantal medische bedrijven met miljarden dollars, met name Stryker, DePuy Synthes, Medtronic en Smith &Nephew, die allemaal actief op zoek zijn naar AM voor een reeks innovatieve medische hulpmiddelen.

Zo heeft Stryker onlangs 3D-geprinte implantaten gelanceerd, waaronder de 3D-geprinte Tritanium TL Curved Posterior Lumbar Cage. Dit holle ruggengraatimplantaat kreeg in maart 2018 goedkeuring van de FDA. 

3D-printen in de orthopedische sector wordt grotendeels gebruikt om het ontwerp van standaardimplantaten te verbeteren om hun prestaties te verbeteren. Het grootste potentieel ligt echter in de productie van patiëntspecifieke implantaten, die grotendeels onbenut blijft vanwege regelgevingskwesties die we hieronder zullen bespreken.

Ondanks de huidige uitdagingen vormt het 3D-printen van geïndividualiseerde implantaten een belangrijke kans voor het orthopedische segment, en een kans die de komende jaren enorm zal groeien.

2. Gepersonaliseerde chirurgie

3D-printtechnologieën worden steeds vaker gebruikt om patiëntspecifieke modellen van organen en chirurgische instrumenten te ontwikkelen, waarbij gebruik wordt gemaakt van de eigen medische beeldvorming van de patiënt.

Patiëntspecifieke anatomische modellen

Anatomische modellen zijn momenteel een van de meest gebruikte toepassingen van 3D-printen in de medische industrie. De toegankelijkheid van medische CAD/CAM-software en goedkopere desktop 3D-printers neemt toe, waardoor meer ziekenhuizen 3D-printlabs kunnen opzetten.

In dergelijke laboratoria kunnen medische professionals zeer nauwkeurige 3D-geprinte modellen produceren om te helpen bij preoperatieve planning. 3D-geprinte anatomische modellen helpen chirurgen om betere behandelbeslissingen te evalueren en hun operaties nauwkeuriger te plannen.

Het proces begint met het maken van CT- of MRI-scans. De scans worden vervolgens geanalyseerd en aangepast om ongewenste gebieden te verwijderen en de interessegebieden te behouden (een proces dat segmentatie wordt genoemd). Botten, bloedvaten en vaste organen moeten allemaal op verschillende manieren worden gemodelleerd. Zodra het digitale model is gemaakt, wordt het geconverteerd naar een STL-bestandsformaat, voorbereid voor afdrukken en naar een 3D-printer gestuurd.

Zo heeft het Rady Children's Hospital in de VS een 3D Innovations Lab opgericht, waar medische ingenieurs tientallen modellen per week 3D printen.

"We zitten en analyseren de modellen en dat helpt ons te begrijpen wat de optimale aanpak is om het defect te herstellen," zei John Nigro, M.D., hoofd van de hartchirurgie van Rady Children, in een interview met KPBS News.

Door zich voor te bereiden op een operatie met behulp van een 3D-geprint model, kunnen chirurgen de tijd die een patiënt in de operatiekamer doorbrengt, verminderen. Uiteindelijk leidt dit tot minder complicaties en een beter langetermijnresultaat voor de patiënt.

Naast chirurgie zijn 3D-printers die de organen van patiënten kunnen repliceren uitstekende hulpmiddelen voor medisch onderzoek, onderwijs en training. Door bijvoorbeeld een model vast te houden en de pathologie vanuit verschillende hoeken te bekijken, kunnen studenten de stappen bij een operatie beter begrijpen.

Verbeterde chirurgische instrumenten

Een ander gebied waar 3D-printen een impact heeft, zijn gepersonaliseerde chirurgische instrumenten. Chirurgische instrumenten, zoals tangen, hemostaten, scalpelhandvatten en klemmen kunnen worden geproduceerd met behulp van 3D-printers. Het creëren van gepersonaliseerde chirurgische instrumenten biedt vele voordelen. Ze vergemakkelijken snellere en minder traumatische procedures, vergroten de behendigheid van een chirurg en ondersteunen betere chirurgische resultaten.

Voor dergelijke toepassingen hebben 3D-printbedrijven biocompatibele materialen ontwikkeld die bestand zijn tegen sterilisatie, waaronder hoogwaardige thermoplasten zoals Ultem, PEEK, nylon en ook metalen zoals roestvrij staal, nikkel en titaniumlegeringen.

Het Duitse bedrijf voor medische hulpmiddelen, endocon GmbH, heeft 3D-printen van metaal en een roestvrijstalen legering (17-4 PH) gebruikt om een ​​chirurgisch hulpmiddel te ontwikkelen voor het verwijderen van de heupkom. Het doel was om het verwijderen van heupcups gemakkelijker en sneller te maken.

De procedure duurt meestal ongeveer 30 minuten en wordt uitgevoerd met een beitel, waardoor het risico bestaat dat bot en weefsel worden beschadigd. Dit kan op zijn beurt het oppervlak van een bot oneffen maken en het inbrengen van een nieuw implantaat nog moeilijker maken.

Het nieuwe gereedschap is voorzien van additief vervaardigde mesjes, waardoor nauwkeuriger langs de rand van de heupkom kan worden gesneden, waardoor chirurgen de kom binnen drie minuten kunnen verwijderen.

In termen van biocompatibiliteit zouden de 3D-geprinte mesjes leiden tot een consistenter resultaat van heupcupvervanging, waarbij het afwijzingspercentage is verlaagd van 30% tot minder dan 3%. Bovendien duurt de productie en afwerking van 3D-geprinte bladen slechts drie weken, terwijl de kosten met 45% worden verlaagd.

Naarmate de voordelen van 3D-printen voor chirurgische apparaten steeds vaker worden erkend, zullen dit soort verhalen in de toekomst veel vaker voorkomen.

3. Medische en tandheelkundige apparaten

Medische en tandheelkundige apparaten zoals protheses, beugels, kunstgebitten, restauraties en doorzichtige aligners kunnen aanzienlijk profiteren van 3D-printen. Volgens een rapport werd de wereldwijde markt voor medische apparatuur voor 3D-printen in 2017 gewaardeerd op ongeveer $ 890 miljoen. De markt zal naar verwachting tegen het einde van 2024 ongeveer $ 2,34 miljard aan inkomsten genereren, wat wijst op een aanzienlijke groeimogelijkheid.

Goedkope personalisatie is een belangrijk voordeel en stimuleert de adoptie van 3D-printen voor medische en tandheelkundige apparaten. Een 3D-printer heeft alleen een digitaal bestand nodig om een ​​apparaat te produceren, waardoor het mogelijk is om een ​​ontwerp gemakkelijker aan te passen en veel verschillende apparaten in één batch te produceren.

Met traditionele productie, zoals gieten, zou elk aangepast apparaat speciaal gereedschap vereisen, waardoor productie op maat economisch niet haalbaar is.

Met 3D-printen worden prothetische ledematen veel betaalbaarder en sneller te produceren. Bovendien kan de technologie worden gebruikt om prothesen te maken die zijn afgestemd op de anatomie van de patiënt, waardoor de pasvorm van de prothese wordt verbeterd.

Steeds vaker wordt 3D-printen gebruikt om prothesen voor kinderen te maken. De snelle groei van kinderen betekent dat ze snel uit traditionele prothesen kunnen groeien. Als gevolg hiervan is het noodzakelijk om ze om de paar jaar te vervangen door een grotere versie. De lagere kosten die gepaard gaan met 3D-printen maken dit een veel geschiktere productieoptie.

Non-profit Limbitless Solutions biedt kinderen bijvoorbeeld de mogelijkheid om hun prothetische ledematen aan te passen door te kiezen uit een verzameling kleurenpaletten en ontwerpen die hun persoonlijkheid weerspiegelen.

De ontwerpen worden vervolgens 3D-geprint met behulp van FDM-technologie van Stratasys en duurzame kunststoffen zoals ABS. Naast de mogelijkheid om complexe prothetische ontwerpen te maken, verlaagt 3D-printen de productiekosten. In sommige gevallen kosten de protheses van Limbitless 40 keer minder dan een traditionele prothetische ledemaat.

Dentaal 3D-printen

Er wordt voorspeld dat 3D-printen een enorme impact zal hebben in de tandheelkundige sector. Een rapport van SmarTech Analysis suggereert dat de inkomsten voor 3D-geprinte tandheelkunde in 2021 zullen groeien tot $ 3,7 miljard, en dat de technologie tegen 2027 de toonaangevende productiemethode voor tandheelkundige restauraties en apparaten zal worden. 

“We zien dat 3D-printen een van de belangrijkste hulpmiddelen wordt op gebieden als tandverzorging en tandrestauratie. De digitale draad daar is grotendeels doorontwikkeld van intraoraal scannen tot de workflows en de planning - niet alleen in het laboratorium, maar ook in de tandheelkundige kliniek. Dus daar zie je een markt die klaar is voor massale adoptie,” zegt Avi Reichental, oprichter van XponentialWorks, in een interview met AMFG.

Duidelijke aligners - onzichtbare apparaten voor het rechttrekken van tanden - zijn tegenwoordig misschien wel de grootste toepassing van 3D-printen in de tandheelkunde. Grote clear aligner-bedrijven zoals Align Technology en NextDent gebruiken 3D-printen om honderdduizenden mallen voor clear aligners te maken.

Er wordt voorspeld dat 3D-printen de komende vijf jaar zal evolueren tot het punt waarop het kan worden gebruikt om rechtstreeks duidelijke aligners te maken.

3D-printen in de gezondheidszorg:perspectieven op regelgeving

Het ontsluiten van het volledige potentieel van 3D-printen voor de gezondheidszorg is echter niet zonder uitdagingen. Momenteel is het ontbreken van een alomvattend regelgevingskader voor 3D-geprinte medische en tandheelkundige producten een van de grootste belemmeringen in de sector.

Verschillende regelgevende instanties werken aan de ontwikkeling van standaarden voor 3D-printen in de zorg. De Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA), bijvoorbeeld, heeft in december 2017 een richtlijn "Technical Considerations for Additive Manufactured Devices" uitgegeven. De richtlijn belicht de technische overwegingen en aanbevelingen voor het ontwerp, de fabricage en het testen van 3D-geprinte medische hulpmiddelen.

Standaardiseren van medische hulpmiddelen

Er zijn drie hoofdklassen van medische hulpmiddelen, gebaseerd op de mate van schade die ze kunnen opleveren voor een patiënt.

  • Klasse I:apparaten vormen een laag risico voor de patiënt. Voorbeelden zijn neuszuurstofcanules, handmatige stethoscopen en handspalken.

  • Klasse II:deze hulpmiddelen zijn invasiever en vormen een matig risico voor de patiënt. De meeste medische hulpmiddelen zijn van klasse II, met voorbeelden zoals tracheale buizen, botplaten en ellebooggewrichten radiale prothesen.

  • Klasse III:dit zijn apparaten met het grootste risico voor de patiënt en omvatten aortakleppen, gespannen metalen heupprothesen en coronaire stents.

Hoewel een 3D-geprinte prothese geclassificeerd kan worden als klasse I of laag risico, is de technologie gevorderd om meer geavanceerde implantaten en hulpmiddelen te kunnen produceren die klasse III of medische hulpmiddelen met een hoog risico omvatten.

Om apparaten onder klasse I te certificeren, moeten fabrikanten bewijzen dat het eindproduct grotendeels hetzelfde is als een apparaat dat al op de markt is.

Voor medische hulpmiddelen van klasse II en III moeten de FDA en andere regelgevende instanties nog richtlijnen uitvaardigen over de pre-market goedkeuring van 3D-geprinte medische hulpmiddelen. Dit zijn innovatieve producten, waarvoor waarschijnlijk aanpassingen aan een bestaand medisch regelgevend kader nodig zijn.

Tot op heden zijn meer dan 100 medische hulpmiddelen goedgekeurd door de FDA, waarvan de meeste vallen onder klasse I medische hulpmiddelen.

Patiëntspecifieke apparaten zijn het meest gecompliceerde geval om te reguleren. Traditioneel vervaardigde medische hulpmiddelen zijn standaard, one-size-fits-all. Met een product dat op maat is gemaakt, kan het echter een uitdaging zijn om elk afzonderlijk apparaat dat op maat is gemaakt te testen.

Om in de toekomst meer mogelijkheden voor personalisatie te creëren, moeten regelgevende instanties manieren vinden om aangepaste apparaten vooraf goed te keuren.

Momenteel is het een uitdaging omdat de vereisten voor goedkeuring zijn ontwikkeld om standaard implantaten en instrumenten te certificeren. Daarom moeten regelgevende instanties zich concentreren op hoe ze de verschillen tussen mensen kunnen aanpakken in plaats van alleen overeenkomsten om dit niveau van persoonlijke zorg mogelijk te maken.

Organisaties zoals de FDA proberen dit probleem op te lossen door maximale en minimale afmetingen of functies in te stellen voor op maat gemaakte apparaten.

Uitdagingen voor terugbetaling

Gebrek aan terugbetaling kan een grote drempel zijn voor ziekenhuizen om na te denken over het opzetten van een 3D-printlab.

Binnen de zorgsector wordt onder vergoeding verstaan ​​de vergoeding die een ziekenhuis, arts, diagnostische instelling of andere zorgaanbieders ontvangt voor het verlenen van een medische dienst. Vaak dekt een zorgverzekeraar of een overheidsbetaler de kosten van alle of een deel van de verleende zorg.

Hoewel een door de FDA goedgekeurd 3D-geprint gewrichtsimplantaat of botfixator kan worden vergoed, zijn 3D-modellen van de anatomie van een patiënt en professionele vergoedingen dat vaak niet.

Gelukkig zijn zorgorganisaties actief bezig om daar verandering in te brengen. Zo heeft de American Medical Association (AMA) onlangs vier Categorie III Current Procedural Terminology (CPT)-codes goedgekeurd voor 3D-geprinte anatomische modellen en gepersonaliseerde 3D-geprinte snij- of boorgereedschappen.

De vier nieuwe codes zullen radiologen en andere clinici in staat stellen om terugbetaling te vragen voor 3D-printdiensten. Een andere drijfveer voor het gebruik van CPT-codes is ervoor te zorgen dat alle productiestappen van een 3D-geprint medisch hulpmiddel worden vastgelegd. De gegevens die via de codes worden verzameld, worden gebruikt om de goedkeuringsprocessen van de FDA te ondersteunen.

Voor medisch 3D-printen vormt de introductie van de codes een belangrijke mijlpaal op weg naar een brede acceptatie van 3D-printen in de gezondheidszorg.

De toekomst van 3D-printen in de gezondheidszorg

3D-printen zal een fundamentele positie innemen in de toekomst van de gezondheidszorg. Tegenwoordig faciliteert de technologie chirurgische teams zowel binnen (chirurgische hulpmiddelen) als buiten (anatomische modellen) de operatiekamer. Bovendien maakt het tandheelkundige producten goedkoper en sneller en maakt het gepersonaliseerde zorg mogelijk door middel van op maat gemaakte instrumenten en implantaten.

In 2019 adopteren toonaangevende ziekenhuizen en laboratoria 3D-printen als onderdeel van hun medische praktijken en onderzoeksinspanningen. Dit dient als een nieuwe validatie van de waarde van de technologie voor medische toepassingen.

De technologische evolutie binnen de medische industrie wordt ondersteund door de gezamenlijke inspanning om een ​​enkele, samenhangende reeks normen en testmethoden voor 3D-geprinte medische producten te creëren. Het overwinnen van de huidige uitdagingen op het gebied van regelgeving en wetgeving zal zeker helpen om de technologie vooruit te helpen.

Als we verder kijken dan de toepassingen die in dit artikel worden besproken, breidt het potentieel van 3D-printen zich uit naar andere sectoren in de gezondheidszorg. Onder hen zijn bioprinting en regeneratieve geneeskunde, oogheelkunde en farmaceutica. Hier staat 3D-printen nog in de kinderschoenen, maar het potentieel is aanzienlijk.

Al met al zal de toekomst van de gezondheidszorg er heel anders uitzien dan de gezondheidszorg van vandaag - en 3D-printen zal een van de belangrijkste technologieën zijn om deze opwindende en betekenisvolle transformatie vooruit te helpen.


3d printen

  1. Hoe bruggen worden gebruikt bij 3D-printen
  2. Waar bevindt u zich in uw reis naar automatisering van additieve productie?
  3. Waarom brengen gevestigde fabrikanten 3D-printen in huis?
  4. Hoe verandert 3D-printen de auto-industrie? (2021)
  5. 10 bedrijfstakken waarvan u niet zult geloven dat ze worden verstoord door 3D-printen
  6. Hoe kan 3D-printen het metaalgieten ten goede komen? Hier zijn 3 manieren
  7. Ontwikkelingsnormen voor 3D-printen:waar staan ​​we vandaag? (update 2020)
  8. 3D-printen met polymeren:alles wat u moet weten in 2021
  9. Metaal 3D-printen:waar zijn we vandaag?
  10. Metal 3D Printing:A Definitive Guide (2021)
  11. Waar worden lineaire actuatoren gebruikt?