Protesi Misurato digitalmente, stampato con materiali di origine biologica

Il progetto di ricerca NaRo-3D dimostra come sia possibile produrre steli protesici in modo più sostenibile ed efficiente dal punto di vista energetico. I materiali a base biologica stampabili in 3D e un processo di produzione interamente digitale separano la presa delle misure sul paziente dalla produzione e possono quindi offrire vantaggi non solo laddove manca personale qualificato.

Secondo i dati dell’organizzazione ATscale, vicina all’OMS, circa 65 milioni di persone in tutto il mondo convivono con un’amputazione di un arto. Ogni anno si aggiungono, secondo le stime, circa 1,5 milioni di persone, alcune delle quali hanno subito più amputazioni. Solo una minima parte delle persone colpite riceve assistenza. Nei paesi a basso e medio reddito, secondo i dati dell’OMS, solo dal 5 al 15 per cento delle persone bisognose avrebbe accesso a una protesi adeguata e su misura. Uno dei principali ostacoli è rappresentato dalla carenza di personale qualificato, spesso disponibile solo nelle grandi città.

È proprio qui che entra in gioco il progetto NaRo-3D, al quale hanno partecipato l’Istituto Fraunhofer per la tecnologia di produzione e l’automazione (IPA), il produttore di biomateriali Tecnaro e l’azienda ortopedica DOI ortho-innovativ. Il progetto è stato finanziato dal Ministero federale dell’Agricoltura, dell’Alimentazione e del Territorio (BMLEH) tramite l’ente promotore Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR).

Biomateriali high-tech realizzati con la stampante 3D

Tecnaro ha trasformato poliolefine bio, poliesteri bio, poliammidi bio, TPU bio e derivati della cellulosa, con diversi riempitivi e additivi, in materiali compositi stampabili in 3D. Secondo le indicazioni del produttore, questi materiali hanno convinto per la buona fluidità di fusione – importante per la produzione del monofilo filiforme – nonché per le caratteristiche meccaniche, che in alcuni casi superavano quelle dei prodotti di riferimento a base di petrolio. Secondo il progetto, due varianti hanno addirittura raggiunto le caratteristiche di materiali ad alte prestazioni come il titanio o la fibra di carbonio.

Nei test di stampaggio condotti da DOI, due materiali si sono rivelati particolarmente adatti: un biopoliestere con il 78% di carbonio di origine biologica e una biopoliammide al 100% di origine biologica. Inoltre, secondo il produttore, un filamento trasparente a base di derivati della cellulosa e biopoliestere, con una percentuale di carbonio di origine biologica pari al 46%, si è dimostrato particolarmente adatto alla produzione di steli di prova.

Dalla scansione alla stampa

Il Fraunhofer IPA ha sviluppato una piattaforma virtuale per la progettazione del moncone, finalizzata a una progettazione e produzione digitali senza soluzione di continuità. La piattaforma si avvale delle tecniche di imaging quali la risonanza magnetica (RM), lo scanner laser e gli ultrasuoni, dai cui dati vengono ricavati modelli CAD e a elementi finiti del moncone e del moncone protesico. Il metodo degli elementi finiti consente di determinare la capacità di carico e il comfort in interazione con il moncone, nonché di ottimizzare la geometria e lo spessore delle pareti della protesi. Il fatto che in questo processo vengano prese in considerazione, oltre alle sollecitazioni volumetriche, anche le sollecitazioni di taglio del moncone, è considerato dal progetto una novità nel campo della protesi. Anche il feedback fornito da portatori di protesi di lunga data riguardo alle protesi in bio-compositi si è rivelato positivo.

La produzione digitale rimane, per il momento, un settore di nicchia

Invece di realizzare un calco in gesso, colarlo successivamente con resine da colata e dedicare ore di lavoro manuale, i dati di misurazione potrebbero, in teoria, essere elaborati in qualsiasi parte del mondo, indipendentemente dalle competenze disponibili in loco. Ciò sarebbe particolarmente rilevante nelle regioni in cui vi è carenza di personale qualificato.

Tuttavia, questa tecnologia è attualmente ancora poco diffusa. Secondo le stime del settore, nell’area DACH solo circa il 10-20% delle aziende ortopediche opera, almeno in parte, in modo digitale; meno del 5% delle protesi verrebbe effettivamente stampato in 3D. Secondo quanto dichiarato dal governo federale, non sarebbero disponibili statistiche attendibili in materia di forniture. Tra i fattori che frenano lo sviluppo figurano, oltre ai requisiti normativi previsti dalla normativa sui dispositivi medici e ai maggiori investimenti necessari per scanner, software e stampanti, anche strutture di remunerazione finora non chiarite.

Rilevanza per l'assistenza sanitaria nel Sud del mondo

«Ai risultati del progetto leghiamo, non da ultimo, la speranza di migliorare l’assistenza ortopedica in molti paesi grazie ad approcci digitali ottimizzati», afferma Karl-Heinz Trebbin, maestro tecnico ortopedico e amministratore delegato di DOI. Egli stesso vanta un’esperienza pluriennale nell’assistenza a pazienti amputati in Sudamerica, Africa e Asia. Le procedure digitali, tuttavia, non dovrebbero «sostituire, ma integrare in modo sensato» le conoscenze ortopediche. Idealmente, ciò consentirebbe di dedicare più tempo all’assistenza personalizzata del paziente.

Il Fraunhofer IPA intende rendere accessibile la propria piattaforma di misurazione virtuale a utenti quali negozi di articoli sanitari e aziende specializzate in ortopedia. «Poiché al momento l’utilizzo richiede ancora conoscenze specifiche dei programmi, supportiamo i negozi di articoli sanitari con progetti pilota mirati, affinché possano integrare con successo queste procedure digitali innovative nei loro processi interni», sottolinea il responsabile del progetto, il dott. ing. Okan Avci del Fraunhofer IPA.

Tecnaro, dal canto suo, intende accelerare il lancio sul mercato dei nuovi materiali compositi e non punta solo alle applicazioni ortesiche e protesiche nella stampa 3D. L’azienda prevede inoltre di offrire prodotti finiti stampati a iniezione con elevata resistenza termica e resistenza agli urti per altri settori specialistici. I monofilamenti dovrebbero essere disponibili a breve tramite il partner di distribuzione Albis Distribution. Il rapporto finale del progetto è consultabile sul sito web dell’Agenzia specializzata per le materie prime rinnovabili e. V. (FNR).

Questo articolo è stato pubblicato per la prima volta sul nostro portale gemello www.healthcare-digital.de.