Stratasysのデジタル解剖学印刷技術が医療技術の革新を推進する方法

出典: ストラタシス

ウェイン・モートンは、人々、環境、地球に利益をもたらす科学、技術、製造ソリューションの応用を推進する企業である CPI の主任機械設計エンジニアです。彼は、付加製造や 3D 印刷などの新しい応用シナリオに興味深い技術を適用することに尽力しています。 CPI は 2019 年に Stratasys J735™ プリンターを購入し、その大きな造形容量と生体適合性材料の印刷能力を理由に、すぐに J750™ Digital Anatomy Printer* にアップグレードしました。

*J750デジタル解剖学プリンターはJ850デジタル解剖学プリンターにアップグレードされました

「デジタル解剖学の材料はユニークで、デジタル解剖学プロジェクトやその他の製品開発アプリケーションに使用できます。たとえば、GelMatrix はゲル状の材料で、体外診断 (IVD)、マイクロ流体、流体処理デバイス用の簡単に取り外し可能なサポート構造を作成するために使用できます。積層造形により、午前中に設計を考え、午後に印刷し、同じ日にテストすることができます。一般的な製品設計サイクルでは、50 回以上の反復を経て、自信を持って完成できる製品をすぐに完成させることができます。」

——ウェイン・モートン、CPI 主任機械設計エンジニア

デジタル解剖学資料

ボーンマトリックス™

複雑な材料堆積パターンを使用して、多孔質の骨構造、繊維組織、靭帯をシミュレートできます。

ゲルマトリックス™

独自の GelMatrix 素材と GelSupport™ 堆積パターンを使用すると、小さく複雑な血管構造を印刷することができ、内部のサポート素材は簡単に取り外すことができます。

ティッシュマトリックス™

優れた材料構成により、印刷されたモデルに力が加わったときの感触と性能は、実際の臓器組織とほぼ一致します。

デジタル解剖学の応用

3Dプリント解剖モデル

CPI は、医療画像を使用して作成された解剖学的に設計されたレンダリングを使用します。

J750 3Dプリンターを使用した3Dプリントデザイン

J750 デジタル解剖学プリンターで作成された一連のデザイン。さまざまな材料特性とデザインの特徴を示しています。

柔軟なサポート構造を備えた 3D プリント解剖モデル

後処理とクリーニング後の最終部分。柔軟なサポート構造により、解剖モデルをその場で移動できます。

「私たちは、新しいタイプの内視鏡を開発していた NIHR ノッティンガムバイオメディカルリサーチセンターの胃腸と肝臓の領域と連携していました。彼らは死体や動物モデルを使わずにデバイスをテストしたかったので、現場でテストできるようにテストベンチで胆管の一部を印刷しました。私たちは、重要な要件 (生体力学的に正確な形状、柔軟性、弾力性など) を伝えながら、何度も繰り返して材料を選択し、最終的に 5 つか 6 つの材料を組み合わせて適切なものを作りました。デジタル解剖学の技術なしでこのモデルを印刷するのはほぼ不可能でした。彼らはこのようなモデルを見たことがなかったし、それが可能であることさえ知りませんでした。」

△新医療機器の体系的試験のための新しい肝胆道モデルの開発

「デジタル解剖技術は人々を驚かせました。人々はそれが3Dプリントされた部品だと信じられませんでした。」

——ウェイン・モートン
CPI 主任機械設計エンジニア

デジタル解剖学プリンターの機能を実証する機能的かつ視覚的なモデルの作成「CPI で新しい機器を導入する場合、単に機器を設置して電源を入れ、承認を得て立ち去るだけではありません。さまざまなプロジェクト、中小企業、クライアントに対して、機器がどのような機能を発揮できるかを示す必要があります。導入プロセスの一部は、テクノロジーが実際に何ができるかを示すデモモデルの作成です。当社には、視覚モデルと生体力学モデルの違いを示す Stratasys モデルがいくつかあります。」

機能的な血管手モデル「私たちは、腕の端から手に戻る血管系を備えた腕に埋め込まれた手のモデルを作成しました。手の内部に骨と組織の構造を作成し、管状アダプタのフレームワークと、その場で設計された部品を追加しました。」

ビジュアル頭蓋骨モデル「当社の頭蓋骨モデルは、デジタル解剖学のポリジェット技術で実現可能な精巧なディテールを示しています。このレベルの詳細を実現できる技術は非常に少なく、他の技術では同様にマルチマテリアル印刷を実行することはできません。」
デジタル解剖の利点
マルチマテリアル「これは、私たちが望む方法で材料を組み合わせる能力です。当社には、各分野の専門家である科学者やエンジニアがたくさんいます。彼らにそのように設計する自由を与え、材料の特性を彼らが望む程度に微調整する自由を与えれば、それは私たちにとって実用的なツールになります。」

比類のない品質「J750 デジタル解剖学プリンターの高品質モードを使用すると、層の高さを 14 ミクロンまで下げることができます。これは驚くべきことです。」

プリセットとレイヤーごとのマテリアル制御を備えたプログラム「デジタル解剖学プリンターに付属するプリセットを使用すると、比較的シンプルな設計ファイルで非常に複雑なモデルを作成できます。」

「この技術は、非常に多様な素材に印刷できるため素晴らしいです。また、これにより、私たちは目立つようになり、品質とデザインの自由度がさらに高まります。」

——ウェイン・モートン
CPI 主任機械設計エンジニア

3Dプリント技術への投資に関するアドバイス

モートン氏は、人々が初めて3Dプリンティングに出会ったとき、使い捨てのプラスチック部品を思い浮かべたが、技術はそれをはるかに超えて進化したと述べた。

「誰かが私たちのところに来て、『自分のビジネスに 3D プリントを導入したいのですが、手伝ってもらえますか?』と言うかもしれません。それは私たちにとって協力的な機会です。なぜなら、私たちはオープンな組織であり、人々を招いてさまざまな種類のテクノロジーについて学び、各システムの長所と短所を示すことを好むからです。」

モートン氏は、プリンターを購入する前に、ユーザーが自分のニーズを慎重に評価することを推奨しています。次に、アプリケーションに適したテクノロジーを探します。その逆ではありません。

「機器を所有し、この技術があなたのアプリケーションにどのように役立つかについて正直な答えをくれる人に相談してください。なぜなら、すべてのプリンターが適切なツールであるとは限らないからです」とモートン氏は言う。

下の QR コードをスキャンして、J850 DAP 製品のパンフレットをダウンロードしてください。