Ключевые вещи, которые нужно знать:
- Персонализация является ключевым моментом: Каждый глазной протез должен быть индивидуально адаптирован к уникальной форме глазницы и внешнему виду пациента, улучшая как функциональность, так и эстетику.
- Технологические достижения: Недавние интеграции, такие как оптическая когерентная томография (ОКТ), значительно улучшили процесс проектирования, позволяя с высокой точностью воспроизводить топографию и окраску глаза.
- 3D Печать: Аддитивное производство привело к значительным улучшениям в производстве глазных протезов, предлагая более стабильное качество и возможность создания сложных, настраиваемых конструкций.
- Клиническая проверка: Исследования, в том числе проведенные Фондом NHS Foundation Trust глазной больницы Мурфилдс, подтвердили эффективность протезов, разработанных с помощью цифровых технологий, в улучшении качества жизни пациентов.
Потеря глаза или серьезное повреждение глаза может привести к необходимости глазного протеза. Технически известный как глазной протез, сегодня около 0.1% населения мира носит глазной протез. Существует много способов повреждения глаз: от травм до болезненных слепых глаз и опухолей глаз, которые невозможно вылечить. Различия в строении глаз каждого человека означают, что каждый глазной протез необходимо подгонять под конкретного пациента. Повреждение глаза приводит к видимым изменениям во внешности человека, поэтому, хотя протез не добавляет видимых функций и не восстанавливает функцию глаза, он может принести пациентам некоторое душевное спокойствие, поскольку их новые глаза обеспечивают эстетические преимущества.
Глазные протезы надеваются на конъюнктиву глаза и удерживаются за веко. Перемещение имплантата возможно за счет действия экстраокулярных мышц. Протез должен отвечать ряду требований, в том числе заменять орбитальный объем глаза и обеспечивать пациенту приемлемый уровень комфорта. Протезирование также необходимо изготовить до заживления глазницы.
Понимание орбитальных имплантатов и глазных протезов
В случаях энуклеации или эвисцерации, когда глаз удаляют из-за повреждения или заболевания, орбитальный имплантат часто используется в качестве основы внутри глазницы. Этот имплантат тщательно прикрепляется к глазным мышцам и закрывается конъюнктивой, служа стабильной основой для глазного протеза. Сам протез располагается между веками и над имплантатом, обеспечивая естественное движение. Эта подвижность обусловлена, прежде всего, небольшим трением между глазным протезом и гладкой поверхностью орбитального имплантата, что помогает имитировать естественное движение глаза, обеспечивая не только косметическое восстановление, но и некоторую степень функциональной нормальности.
Достижения в области глазного протезирования
Значительный сдвиг наблюдался с интеграцией оптической когерентной томографии (ОКТ) в конструкцию глазного протезирования. Этот technology помогает точно запечатлеть топографию глазницы и детальную окраску существующего глаза, что гарантирует, что глазной протез максимально соответствует первоначальному внешнему виду пациента. Этот технологический прогресс поддерживает как эстетические, так и функциональные потребности, обеспечивая высокую степень индивидуализации.
Индивидуальный характер глазного протезирования означает, что для его изготовления доступны только определенные процессы, поскольку протез должен соответствовать форме глазницы и внешнему виду глаз пациента. Несмотря на то, что существуют стандартные протезы глаз, в настоящее время индивидуальные глазные протезы производятся высококвалифицированными окулистами. Поскольку эти процессы зависят от человеческого опыта, качество протеза зависит от мастерства окулиста, поэтому качество протеза может варьироваться от окулиста к окулисту.
Последние разработки продемонстрировали использование автоматизированные процессы проектирования на основе данных в создании глазного протезирования. В этих методах используются передовые методы визуализации для создания цифровой модели протеза, которая идеально соответствует глазнице пациента, что значительно уменьшает вариабельность, наблюдаемую при ручной обработке, и повышает функциональную эффективность протеза.
Требуется возможность оцифровать процесс и сделать его возможным с помощью машин, сохраняя при этом возможность высокой степени настройки. Это где Аддитивные производства может оказаться полезным, поскольку он предлагает высокую степень свободы проектирования и позволяет создавать сложные, настраиваемые детали. Использование аддитивного производства в медицинском секторе растет, и многие детали, производимые сегодня, являются биосовместимыми и пригодными для клинического использования. Существует множество имплантируемых медицинские приборы которые были созданы с помощью аддитивного производства, а глазное протезирование является одной из последних областей, в которых 3D печать лечение.
Использование технологий полноцветной 3D-печати не только оптимизирует производственный процесс, но и улучшает косметические и функциональные результаты глазного протезирования. Используя подход к печати на нескольких материалах, протезы теперь могут иметь реалистичные текстурные градиенты и цветовые переходы, которые имитируют естественный внешний вид человеческого глаза, улучшая интеграцию протеза и уверенность владельца.
Современные подходы к глазному протезированию
В нынешних методах производства используются ремесленники, которые создают индивидуальные протезы с помощью квалифицированного ручного труда. Распространенным материалом для изготовления протезов вручную является полиметилметакрилат (ПММА). Этот процесс требует, чтобы окулист снял альгинатный слепок глазницы пациента, чтобы отлить восковую форму, подходящую для глазницы. Затем радужную оболочку наносят на плоский диск и заливают в воск рядом с прозрачным элементом роговицы из ПММА. Этот процесс занимает около 2 часов при нахождении пациента в клинике, а восковая модель также должна отверждаться в течение 6 часов. После отверждения протез полируется, и на этом этапе вносятся любые корректировки формы. Весь процесс занимает более 8 часов ручного труда, чтобы изготовить протез разной степени качества и совместимости с пациентами.
Другой менее распространенный метод — выдувание белого криолитового стекла и цветного стекла для создания радужной оболочки и вен. Этот протез изготавливается путем манипулирования нагретым стеклом, но прилегание и внешний вид протеза оцениваются после его остывания. В результате протез выглядит более реалистично, чем протез из ПММА, но после остывания его нельзя подогнать под глазницу пациента. Кроме того, поскольку они сделаны из стекла, они чаще повреждаются и ломаются, поэтому их приходится чаще заменять.
Переходим к аддитивному производству для печати глазных протезов
Аддитивное производство вызвало большой интерес к приложениям, где индивидуализация является ключевым фактором. Сюда входят медицинские устройства, такие как стенты, шаровидные протезы и другие протезы суставов. Форма и свойства материала глазного протеза являются ключевыми для функциональной стороны протеза, но внешний вид играет роль с личной точки зрения.
Улучшение функциональности протеза
Интеграция цифровых рабочих процессов заметно улучшила функциональные характеристики глазного протезирования. Точное картирование топографии анофтальмологического гнезда обеспечивает более точную посадку, что значительно повышает комфорт пользователя и оптимизирует функциональную долговечность протеза за счет минимизации потенциальных проблем, связанных с посадкой гнезда.
Для протезирования глаз были предложены различные подходы к 3D-печати, но многие из них на сегодняшний день не используют цифровой, автоматизированный и управляемый данными процесс проектирования, который учитывает как форму, так и внешний вид. Вместо автоматического прогнозирования формы формы протезов обычно проектируются в САПР или другом программном обеспечении для 3D-моделирования.
Исследователи разработали подход к 3D-печати, используя автоматический цифровой сквозной процесс проектирования протеза перед печатью. В этом подходе используется минимально инвазивная оптическая когерентная томография (ОКТ) для получения топографии анофтальмической лунки, а также анатомии и окраски нормального глаза. После проектирования протез распечатывается на 3D-принтере, работающем с разными материалами.
Подход к автоматизированному проектированию использует статистическую модель формы для прогнозирования и наилучшего соответствия форме протеза на основе неполной информации о поверхности глазницы. Цветное изображение здорового глаза использовалось для создания внешнего вида протезного глаза, который точно соответствовал исходному глазу, а полноцветный 3D-принтер использовался для воплощения эстетического вида в жизнь.
Инновации в дизайне протезов: более пристальный взгляд на цифровой процесс
Чтобы лучше понять передовые технологии, лежащие в основе глазных протезов, давайте углубимся в процесс цифрового проектирования, который модернизировал способ создания этих устройств. На рис. 3 ниже показан комплексный процесс программного обеспечения для проектирования на основе данных, используемый для разработки каждой индивидуальной модели протеза. Этот процесс объединяет подробные анатомические данные с технологической точностью, гарантируя, что каждый протез не только эстетичен, но и идеально соответствует физическому состоянию пациента.
Технологии цифровой и 3D-печати изменили сферу глазного протезирования, сделав их более доступными и адаптированными к индивидуальным потребностям. Возможность создания детальных цветовых и структурных определений гарантирует, что каждый глазной протез можно настроить не только по размеру, но и по эстетическим нюансам, точно повторяя естественный глаз пациента.
Процесс цифрового проектирования и 3D-печати протезов также был продемонстрирован в клиническое исследование совместно с Фондом NHS Foundation Trust глазной больницы Мурфилдс. В исследовании приняли участие 10 клинических пациентов, которые изучали долгосрочное воздействие и эффективность 3D-печатных протезов по сравнению с традиционными протезами, изготовленными вручную.
a Пациент 5 носит конформер, установленный внутри глазницы. b Изображение пациента 5, демонстрирующее напечатанный на 3D-принтере протез левого глаза (на фото справа). c Расширенный вид 3D-модели протеза. d–h Этапы прогнозирования формы: первоначальные ОКТ-сканы глазницы (d), данные объема фильтруются, чтобы показать поверхность сокета (e), преобразование данных в карту глубины для выравнивания (f), подгонка формы к поверхности гнезда (g), с последующим сглаживанием и уточнением геометрии (h). i–l Процесс создания радужной оболочки: геометрия радужной оболочки, полученная с помощью ОКТ (i), обнаружение границ радужной оболочки и зрачка (j), улучшение текстуры радужной оболочки для лучшего контраста (k), а также стандартизация и УФ-картирование геометрии радужной оболочки (l). m–q Развитие цветного изображения и текстуры склеры: исходное цветное изображение (m), улучшенное и уточненное изображение после характеристики и шумоподавления (n), сегментация с использованием метода водораздела (o), удаление вен для более четкого выделения цвета склеры (p), начальный и окончательный рендеринг текстуры окрашивания и развитой сети прожилок (q, слева и справа соответственно).
Доказанная эффективность и преимущества в клинических исследованиях
Хотя одним из преимуществ процесса 3D-печати с цифровым дизайном является то, что он требует в пять раз меньше труда, чем окулист, и обеспечивает воспроизводимый результат, в ходе исследования были обнаружены и другие преимущества.
Во-первых, принтер с калибровкой цвета позволил исследователям создать протезы, в которых цвет, размер и структура радужной оболочки, а также внешний вид склеры были воспроизведены близко к исходному глазу. Во-вторых, использование 3D-печати позволяет печатать протезы везде, где есть подходящий принтер, поэтому протезы можно доставлять в районы, где услуги недоступны.
Подход 3D-печати также обеспечивает более стабильную производительность по сравнению с подходом ручного труда, что позволит производить более точные запасные части в случае повреждения протезов. Ручные запасные части часто отличаются от оригинальных протезов, что может вызвать осложнения. Подход к 3D-печати также исключает необходимость альгинатных оттисков, поскольку форма лунки сканируется оптически.
Наконец, используемый цифровой рабочий процесс позволил постоянно совершенствовать протезирование для всех пациентов без необходимости дополнительного обучения окулиста. Сочетание большего количества данных, опыта окулиста и отзывов пациентов позволило усовершенствовать программное обеспечение, чтобы оно могло постоянно создавать лучшие формы и воспроизводить различные особенности глаза.
Переход на цифровой рабочий процесс с помощью 3D-печати может позволить пациентам, например детям, которые традиционно не имели права на протезирование, теперь иметь на это право. Хотя этот автоматический комплексный подход до сих пор использовался для проектирования и производства индивидуальных эстетических глазных протезов, возможность учитывать как подгонку формы, так и эстетический дизайн может открыть подход к другим эстетическим протезам, таким как стоматологические реставрации или лицевые протезы. протезы, а также чехлы для более традиционных протезов, соответствующие внешнему виду пациента.
Клиническая проверка
Недавнее клиническое исследование, проведенное совместно с Фондом офтальмологической больницы Мурфилдс NHS Foundation Trust, подтверждает практическую эффективность и повышение качества жизни, обеспечиваемые этими протезами, созданными в цифровой форме. Пациенты сообщают о высокой удовлетворенности косметической точностью и комфортом своих новых протезов, что подчеркивает важность интеграции передовых производственных технологий в медицинское применение.
Ссылка:
Сагу М.С. и др., Автоматическое проектирование на основе данных и 3D-печать индивидуальных глазных протезов, Природа связи, 15, (2024), 1360.