В статье рассматривается применение технологии 3D-печати в спортивной медицине и реабилитации.
Ключевые слова: 3D-печать, спортивная медицина, реабилитация, ортезы, протезирование.
Аддитивное производство, также известное как 3D-печать, представляет собой технологию создания трехмерных объектов путем послойного добавления материала согласно предварительно подготовленной цифровой модели. Метод позволяет изготавливать изделия с высокой точностью и сложностью, что делает технологию крайне востребованной в множестве отраслей. В авиации, где требуется создавать детали сложной формы с минимальным весом, или в ювелирном деле, где важно точно воспроизводить мельчайшие элементы дизайна. Также 3D-печать широко применяется в автомобильной промышленности для быстрого прототипирования и производства компонентов. Первоначально 3D-печать использовалась преимущественно в промышленности для создания прототипов и деталей, однако в последние годы её применение значительно расширилось, затронув такие сферы, как медицина, архитектура, образование и дизайн.
Одной из наиболее перспективных областей применения 3D-печати стала медицина. Технология используется для создания имплантатов, протезов, хирургических инструментов и даже моделей органов для планирования операций. Особенный интерес представляет использование 3D-печати в спортивной медицине и реабилитации, где точность, высокие прочностные характеристики элементов и возможность персонализации изделия имеют первостепенное значение.
Текущее применение 3D-печати
Основой применения технологии 3D-печати в медицине является создание моделей индивидуальных медицинских изделий, таких как протезы и ортезы. Изделия изготавливаются на основе данных, полученных с помощью 3D-сканирования и 3D-моделирования, достигая оптимальной функциональности, соответствующей уникальным особенностям и потребностям каждого пациента. 3D-печать также находит применение в производстве хирургических инструментов и моделей органов. Хирурги используют напечатанные модели для планирования и репетиций сложных операций, что помогает отработать точность и, как следствие, повысить качество выполнения операции.
В последние годы технология 3D-печати активно развиваются и используется в России, в том числе для создания стоматологических и костных имплантатов. Исследователи из Национального медицинского исследовательского центра имени академика Е. Н. Мешалкина разработали методику изготовления 3D-печатных имплантатов из титана для замены костных структур, что позволило снизить риски осложнений и улучшить процесс интеграции имплантатов в организм пациента [1]. Использование биосовместимых материалов и инновационных технологий печати позволило создавать имплантаты, которые точно подходят под форму и особенности тела пациента, снижая вероятность неудачной имплантации.
Применение 3D-печати в спортивной медицине
Став доступнее, 3D-печать начала применяться в спортивной медицине, предоставляя инновационные решения для лечения травм. Одним из преимуществ этой технологии является возможность создавать персонализированные ортопедические устройства, такие как стельки, шины и ортезы. Благодаря 3D-сканированию можно получить точную цифровую модель части тела спортсмена, позволяя создать изделие, идеально соответствующие анатомической особенности каждого человека. Например, компания Fit3D разработала индивидуализированные стельки, которые не только повышают комфорт во время тренировок, но и снижают риск травм благодаря улучшенной поддержке стопы. 3D-печать используется для создания защитных элементов, таких как шлемы, наколенники, налокотники и другие виды спортивной защиты. Благодаря использованию легких и прочных материалов, таких как углеродные композиты и специализированные полимеры, можно изготавливать изделия, которые обеспечивают высокую степень защиты при минимальном весе. Это особенно важно для видов спорта с высоким риском травматизма, таких как велоспорт, хоккей и боевые искусства. Например, в хоккее 3D-печать позволяет создавать шлемы и маски, которые более точно подходят под форму головы спортсмена, что значительно снижает риск сотрясений и других травм головы. В спортивной медицине 3D-печать также используется для разработки реабилитационных устройств, таких как экзоскелеты и другие виды ортопедической поддержки. Эти устройства помогают ускорить процесс восстановления после травм и операций, обеспечивая точную поддержку и фиксацию поврежденных частей тела. Например, экзоскелеты компоненты которых распечатаны на 3D-принтере, могут быть настроены таким образом, чтобы обеспечивать оптимальную поддержку во время физиотерапии.
Перспективное направление применения 3D-печати в спортивной медицине — создание тренировочных и симуляционных моделей, которые могут использоваться для анализа движений и оптимизации техники спортсменов. Напечатанные на 3D-принтере модели конечностей или суставов, созданные на основе данных, полученных при помощи МРТ или КТ, могут помочь тренерам и медицинским специалистам понять биомеханику спортсмена, выявить потенциальные слабые места и разработать программы тренировок, направленные на снижение риска травм. В России такие исследования уже проводятся, например, в Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт», где 3D-печать используется для создания моделей суставов с целью анализа и профилактики спортивных травм [2].
Также стоит отметить использование 3D-печати в создании индивидуальных протезов и ортопедической обуви для спортсменов, перенесших ампутации или страдающих от серьезных повреждений конечностей. Такие изделия позволяют не только вернуться к активному образу жизни, но и продолжить заниматься спортом на высоком уровне. Например, российские разработчики из компании Моторика, создали линейку распечатанных на 3Д-принтере спортивных протезов, которые отличаются высокой функциональностью и легкостью, что помогает спортсменам достигать высоких результатов в паралимпийских дисциплинах.
Применение 3D-печати в реабилитации
В реабилитации 3D-печать открывает новые возможности для создания адаптированных средств и устройств, помогающих в восстановлении после травм и операций. С помощью 3D-печати стало возможно создавать более доступные и удобные индивидуальные ортезы, которые помогают восстановиться после травм. Российские ученые разработали методику создания индивидуальных ортопедических шин для пациентов, восстанавливающихся после сложных переломов. Эти устройства, изготовленные с учетом анатомических особенностей пациента, значительно ускоряют процесс реабилитации и делают её комфортнее. Компания Ossur выпускает ортезы для суставов, печатаемые на основе 3D-сканирования. Эти устройства облегчили процесс реабилитации, сделали его менее дискомфортным и показали более высокие оценки восстановления пациентов.
Заключение
3D-печать имеет значительный потенциал для преобразования спортивной медицины и реабилитации. Она открывает удивительные возможности для создания уникальных медицинских изделий, улучшения качества лечения и реабилитации, а также для разработки инновационных решений, таких как уникальные индивидуальные протезы, искусственные кости, ортезы. Активное развитие технологий 3D-печати обещает дальнейшее расширение её применения в этих и иных областях, что обещает выход медицины на новый уровень.
Литература:
- В Новосибирске провели успешную операцию с имплантатом из 3D-принтера // interfax.ru URL: https://www.interfax.ru/russia/772540 (дата обращения: 03.09.2024).
- Vinogradova, T.I.; Serdobintsev, M.S.; Korzhikova-Vlakh, E.G.; Korzhikov-Vlakh, V.A.; Kaftyrev, A.S.; Blum, N.M.; Semenova, N.Y.; Esmedlyaeva, D.S.; Dyakova, M.E.; Nashchekina, Y.A.; et al. Comparison of Autografts and Biodegradable 3D-Printed Composite Scaffolds with Osteoconductive Properties for Tissue Regeneration in Bone Tuberculosis. Biomedicines 2023, 11, 2229. [Электронный ресурс]. URL: https://www.mdpi.com/2227–9059/11/8/2229 (дата обращения: 03.09.2024).
