Cómo las prótesis impresas en 3D pueden cambiar la vida de millones de amputados

Aproximadamente 1 de cada 1900 recién nacidos en los EE. UU. Nace con un déficit de reducción de extremidades, y se estima que 30 millones de personas en todo el mundo necesitan una prótesis. De ellos, menos del 20% realmente tiene uno. Incluso en EE. UU., El país más rico y poderoso del mundo, muchos no tienen extremidades de reemplazo debido a los costos prohibitivos. A pesar de esto, en los EE. UU. Se realizan alrededor de 200.000 amputaciones al año, lo que deja a muchos con muñones que luchan por vivir como solían hacerlo. Pero las prótesis impresas en 3D ofrecen una solución potencial.

Estas dificultades se ven más ampliamente en los países más pobres, donde quienes nacen o adquieren una discapacidad luchan por encontrar una atención adecuada. Hay una escasez de 40.000 protésicos capacitados en los países más pobres, e incluso para los amputados que tienen acceso a un protésico, hay problemas como el tiempo y el dinero. Es posible que necesiten recorrer una gran distancia hasta el técnico, y una vez que lleguen allí, puede ser un procedimiento de una semana para evaluar las necesidades del paciente, producir una prótesis y colocarla. La mayoría no puede estar lejos de sus compañeros o niños tanto tiempo. Algunos no pueden irse por un día sin perder sus medios de vida y su fuente de alimentación.

Por tanto, existe un problema. Las tecnologías tradicionales de prótesis están dejando una brecha enorme entre quienes necesitan una prótesis y quienes la tienen. Se ajustan muy bien cuando están terminados, pero son costosos, tienen plazos de entrega prolongados y deben reemplazarse si el recibo aún está creciendo.

Prótesis tradicionales: el problema

Las prótesis modernas implican insertar la extremidad, como un brazo, en una funda de silicona y usar correas para mantenerla en su lugar. El proceso tradicional de creación de una prótesis de ajuste personalizado implica envolver el muñón en yeso para hacer un molde inverso, antes de dejarlo secar.

Luego, rellena este molde inverso con más yeso y déjalo endurecer. A continuación, se puede hacer un encaje que se ajuste, después de modificaciones adicionales para mayor precisión, al hueso del muñón. No es un proceso simple de ninguna manera, se requiere cuidado para evitar áreas sensibles o nervios, y el proceso puede demorar más de una semana debido a los tres días de fisioterapia involucrados en la adaptación.

Para agregar a esto, está el costo. Se trata de piezas únicas hechas a medida de polipropileno, acrílicos y poliuretano, así como una torre de aluminio o fibra de carbono. Estos no son baratos, y el hecho de que se fabriquen como un producto único en lugar de producirse en serie solo hace que el barco se mueva aún más. Se estima que el costo de una prótesis tradicional cuesta entre € 1,800 y € 8,000, y también deben reemplazarse cada cinco años, y los niños requieren reemplazos en dos.

Aquí hay tres puntos clave. Uno es tiempo , uno es costo y uno es accesibilidad . Las prótesis luchan en las tres áreas. ¿En qué se diferencian aquí las prótesis impresas en 3D?

Prótesis impresas en 3D: la solución

En lugar de pasar una semana con un técnico para adaptar perfectamente una prótesis, un escáner 3D puede hacer todo este trabajo en menos de 15 minutos, y el escaneo resultante se envía a todo el mundo, para ser impreso o analizado en 3D, en segundos. Además, existen prótesis impresas en 3D que se pueden fabricar en una variedad de colores, para que coincidan con el tono de piel del paciente, y por menos de € 30.

Una vez que se haya adaptado el diseño 3D de la prótesis, puede conservar los archivos STL para siempre. Esto significa que si le colocas a un niño de cinco años una prótesis de brazo impresa en 3D y se le acaba, puedes volver a visitar el archivo y ampliarlo para ellos. Las prótesis impresas en 3D literalmente crecen con usted. Esto hace que las prótesis impresas en 3D para niños sean una solución perfecta.

Cómo las prótesis impresas en 3D ya están cambiando vidas

En Jordania, el clima cada vez más inestable en Siria y Oriente Medio ha provocado que un número creciente de refugiados ingresen al país, muchos de ellos con miembros amputados. La cantidad de personas en esta situación significa que el tiempo que se necesitaría para colocar prótesis a todas estas personas es insondable, por lo que hubo que tomar medidas drásticas.

Un hospital en particular en Jordania comenzó a probar la impresión 3D en prótesis para tratar a estos refugiados, muchos de los cuales padecen graves problemas mentales y traumas, así como sus lesiones físicas. En lugar de pasar una semana entera creando la prótesis, estas prótesis impresas en 3D se pueden crear desde cero en 24 horas, siete veces más eficientemente que las técnicas tradicionales. Médecins Sans Frontières ( Médicos sin Fronteras ) está probando la impresión 3D para embalar prótesis, con el fin de aplicarla en todo el mundo si los resultados son positivos.

Ventajas de las prótesis impresas en 3D

Independientemente de las ventajas de la velocidad, existen otras razones por las que las prótesis impresas en 3D pueden ser el futuro de la industria. Cuando una persona pierde una extremidad, sus problemas van más allá de la pérdida de capacidad por el uso de esa extremidad en las funciones diarias; También hay problemas de equilibrio, centro de gravedad y ergonomía que se deben a que un peso considerable ya no está presente. Las prótesis impresas en 3D se pueden hacer para pesar lo mismo que el otro brazo o pierna del niño o del adulto, lo que mejora la postura y el equilibrio, y también ayuda a la columna vertebral.

La impresión 3D ya se ha utilizado en áreas como reemplazos de rodilla, así como cirugías de mandíbula a través de guías quirúrgicas impresas en 3D. No hay ninguna razón por la que su utilidad deba detenerse allí, y las prótesis parecen el área ideal para que la impresión 3D ayude a mejorar el nivel de vida de las personas. Es más, si la bioimpresión 3D y los órganos impresos en 3D son posibles, lo que lleva a corazones impresos en 3D en el futuro, entonces crear extremidades funcionales parece simple en comparación.

Las bajas barreras de entrada y los costos de crear prótesis impresas en 3D para quienes las necesitaban llevaron a varios fabricantes y retocadores a unirse al objetivo común de hacer el bien. Si necesitas una razón para volver a creer en la humanidad, esta es.

La mayoría de los materiales de impresión 3D no pueden soportar todo el peso corporal, por lo que la gran mayoría de la investigación y el diseño de prótesis impresas en 3D se han centrado en manos y brazos imprimibles en 3D.

Soluciones ilimitadas

Limbitless Solutions es una organización sin fines de lucro en Orlando, Florida, que trabaja en la creación de brazos y manos protésicos impresos en 3D increíblemente avanzados para niños con una reducción de extremidades. Construyen prótesis mioeléctricas (brazos protésicos que utilizan impulsos eléctricos generados por los músculos para moverse como lo haría una extremidad humana real) que incluyen piezas impresas en 3D de filamento ABS para ahorrar costos y aumentar la personalización para los usuarios.

Las manos protésicas impresas en 3D de Limbitless tienen sensores EMG en el área de la muñeca que dirigen la mano en función de las señales musculares, con una batería en el brazo que alimenta la mano y articulaciones individuales para cada dedo que le dan a la mano destreza de dedo completo. Cada prótesis impresa en 3D se esboza antes de diseñarla en una herramienta de software CAD en 3D (Limbitless Solutions usa Maya y Fusion 360), antes de que el usuario personalice el diseño en línea según lo que crea que se verá mejor. Las piezas personalizadas se imprimen basándose en las medidas personalizadas del usuario que se toman, y luego estas piezas se lijan, suavizan, pintan y programan con los sensores EMG para que puedan ser utilizadas por los niños que más las necesitan.

Esta fantástica iniciativa está recaudando dinero para una prueba clínica que involucra a 100 niños que reciben prótesis mioeléctricas impresas en 3D personalizadas, y han recaudado lo suficiente para 62/100 en agosto de 2020. Más allá de las manos protésicas impresas en 3D, Limbitless también investiga cómo ayudar a personas en silla de ruedas y Las personas que padecen ELA / MND operan sillas de ruedas con EMG y otros proyectos importantes.

Sin embargo, estos siguen siendo costosos, incluso si la impresión 3D reduce el costo de la prótesis, principalmente debido a los sensores y la electrónica. Por muy baratos y lo suficientemente simples para construir en el hogar prótesis, E-Nable está haciendo un gran trabajo.

Habilitando el futuro

Enabling The Future nació accidentalmente y a partir de circunstancias extrañas. En 2011, Ivan Owen hizo una mano de metal funcional (que se ve increíble , por cierto) para una convención steampunk, de la cual Richard, un carpintero de todo el mundo en Sudáfrica, encontró un video.

Richard había perdido los dedos en un desafortunado accidente de carpintería y se puso en contacto con Ivan para crear dedos biónicos para él en la misma línea que su disfraz steampunk. Al comunicarse a través de Skype y el correo electrónico, trabajaron para crear este ambicioso modelo para restaurar parte del sustento de Richard. Esto luego llevó a otro encuentro con Liam, un niño de cinco años también de Sudáfrica al que le faltaban demasiado los dedos de la mano derecha.

Jorge Zuniga, quien trabaja en el departamento de biomecánica de la Universidad de Nebraska en Omaha, se enteró del proyecto. Puso en uso sus vastas habilidades mecánicas y estudió la mano humana para crear un modelo viable que se veía y funcionaba como una mano humana. Satisfecho con su progreso, le dio la prótesis a su pequeño hijo, esperando una respuesta entusiasta. Su hijo lo miró decepcionado. No quería una mano que pareciera una mano, quería que pareciera un robot.

Es muy fácil para los adultos olvidar la inocencia, el asombro infantil y la curiosidad que poseen los jóvenes y que los adultos buscan proteger. Esto fue una revelación; los adultos están acostumbrados a tratar de mezclarse cuando tienen algo que se considera anormal como una extremidad faltante, mientras que a los niños les encantan las cosas interesantes que se destacan.

Jorge Zuniga volvió a la mesa de dibujo y emergió con la siguiente iteración de su proyecto manual impreso en 3D. A propósito, parecía un juguete e hizo una declaración audaz en lugar de simplemente intentar imitar la mano humana. Lo llamó la Bestia Cyborg, un nombre adecuadamente ruidoso. Desde su lanzamiento en línea, ha habido más de 50,000 descargas hasta el año pasado, y se cree que hay varios cientos de Cyborg Beasts en acción en numerosos países.

Sin embargo, no se detuvo allí. Una comunidad se unió a estas manos mecánicas impresas en 3D, y los diseñadores de prótesis en 3D alentaron activamente a las personas a diseñar sus propias mejoras, según el espíritu del código abierto . Motivada por hacer el bien y mejorar la vida de las personas, la comunidad Enabling The Future ha crecido a más de 20.000 miembros en docenas de países, ofreciendo acceso a más de 2.000 impresoras 3D que han entregado más de 8.000 brazos y manos a los necesitados. Muchas de las manos hechas son para niños.

Un caso de estudio: la pierna protésica impresa en 3D de Natasha Hope-Simpsons

En lugar de sentirse despojada de una extremidad como resultado de ser atropellada por un automóvil, Natasha Hope-Simpson vio la situación artísticamente: había heredado una gran cantidad de espacio negativo para usar. En la Universidad NSCAD, en colaboración con 3D Systems utilizando su impresora 3D ProJet 7000 SLA , el equipo logró pasar del primer escaneo 3D a una prótesis impresa en 3D totalmente fabricada y funcional en solo 17 días en 2020.

No solo era una prótesis funcional y funcional, sino que se veía fantástica. El diseño se inspiró en los diseños de Melissa Ng para su marca Lumecluster y se utilizó para crear una prótesis futurista, elegante y radiante. Esto no solo muestra la impresión 3D como una alternativa a las prótesis producidas tradicionalmente, sino que destaca su capacidad para realizar mejoras, permitiendo nuevos diseños intrincados y atractivos que antes no se consideraban una posibilidad. Algo funcional se convirtió en algo hermoso, y la personalización se llevó a una industria previamente estandarizada.

Tipos de prótesis impresas en 3D

Se han creado varias manos protésicas impresas en 3D y están alojadas en el sitio web Enabling The Future. Los más notables son Cyborg Beast, Phoenix Hand, Raptor Reloaded, Team Unlimbited Arm, Osprey Hand, Talon Hand 2.X y Knick Finger. Cada uno tiene diferentes funciones dependiendo de la discapacidad y preferencia estética de cada persona.

Estos son algunos de los diseños más interesantes:

Phoenix Hand – mano protésica impresa en 3D

Habilitar la mano Phoenix del futuro viene en tres versiones diferentes, y requiere una muñeca funcional con suficiente palma para presionar, con suficiente fuerza, los dedos cerrados cuando la muñeca está doblada. Si no tiene una muñeca funcional, existen otras opciones para usted, como el brazo sin límites.

Brazo ilimitado: brazo protésico impreso en 3D completo para personas con amputaciones de muñeca

En lugar de ser impulsado por la muñeca como en la Mano del Fénix, el Brazo Ilimitado se impulsa con el codo. Los usuarios del brazo ilimitado deben tener un codo funcional que se doble para forzar los dedos a cerrarse en la mano impresa en 3D. Fue creado para aquellos con un codo funcional y algo de antebrazo, pero sin muñeca.

Knick Finger – Dedo protésico impreso en 3D

En lugar de ser una mano o muñeca impresa en 3D, el Knick Finger es para aquellos a los que les falta un dedo, o al menos dos segmentos de dedos. El Knick Finger funciona de manera similar a Cyborg Beast o Phoenix Hand, solo con un dedo en lugar de toda la mano, y es completamente adaptable para el dedo de cada persona. Cada componente puede imprimirse en 3D por separado según las necesidades individuales.

Problemas con las prótesis impresas en 3D

Mencionamos anteriormente que hubo algunos problemas con las prótesis impresas en 3D y que no son perfectas. Si bien muestran una promesa significativa, hay algunos problemas que definitivamente deben resolverse antes de que puedan ser confiables, lo que se conoce como el futuro de las prótesis.

Los materiales protésicos impresos en 3D se rompen fácilmente

Los materiales de la impresora 3D utilizados para crear prótesis impresas en 3D suelen ser ABS o Nylon . Ambos son termoplásticos que, si bien son lo suficientemente fuertes para la mayoría de las necesidades de impresión 3D, luchan con la tarea de satisfacer las necesidades de una persona amputada, día tras día. También están impresos en capas muy delgadas, por lo que pueden romperse cuando se les fuerza en sentido contrario a como están acostumbrados a doblarse.

No apto para prótesis de pierna impresas en 3D

La mayoría de los filamentos y materiales de las impresoras 3D simplemente no son lo suficientemente fuertes para soportar el peso corporal de una persona. Aunque el prototipo de diseño de Exo Prosthetic en 2020 mostró potencial, este sería impreso en 3D en titanio, un metal extremadamente fuerte pero liviano que solo se puede imprimir en impresoras 3D industriales que cuestan más de € 100,000. Esto toma prótesis impresas en 3D de piezas accesibles que se pueden construir en impresoras 3D baratas y las traslada a productos industriales profesionales.

Se necesita tiempo para formar a los técnicos protésicos en impresión 3D

La creación de prótesis es una habilidad adquirida, que debe realizar un artesano. Por lo tanto, se necesita tiempo para capacitar a alguien para que sea capaz de crear prótesis impresas en 3D de manera confiable que no se rompan casi de inmediato. Aprender a hacer cosas como regular la temperatura cuando se imprimen prótesis en 3D para evitar la formación de grietas lleva tiempo dominar.

Los productos no están aprobados por la FDA

Si bien no es el mayor negocio, vale la pena señalar que estas prótesis impresas en 3D caseras no están reguladas y existen fuera de las normas oficiales. Actualmente no es un problema, pero puede estar avanzando.

Cómo construir sus propias prótesis impresas en 3D

A menos que planee diseñar sus propias prótesis innovadoras desde cero, si desea ayudar a crear prótesis de manos y brazos impresos en 3D, debe dirigirse a la página de voluntarios de E-Nable .

Tienen guías extensas que muestran cómo se fabrican sus manos protésicas impresas en 3D, y usted puede imprimir en 3D todos los componentes protésicos usted mismo y luego comprar los otros componentes y comenzar a construir, o comprar kits de manos impresos en 3D con todos los extras que necesitará. ya adquirido para usted.

Cosas que necesitarás:

• Una impresora 3D FDM , con un volumen de construcción de al menos 6 ″ x 6 ″ para las piezas más grandes.
• Filamento PLA para imprimir en 3D las piezas protésicas
• Los componentes adicionales, que puede comprar como un kit completo o obtenerlos individualmente aquí

Conclusión

Para concluir, al igual que en muchas otras áreas, la impresión 3D ofrece fantásticos beneficios, si los problemas pueden resolverse. En una nota positiva, ya hay prototipos protésicos impresos en 3D en funcionamiento, lo que es mucho más avanzado que en la bioimpresión 3D, donde gran parte del trabajo sigue siendo teórico.

Ha habido intentos de crear una prótesis con impresión 3D que imite mucho más la textura y la sensación de una mano humana. Estaba impreso en un material llamado filaflex y parecía mucho más realista. La desventaja es que cuesta € 2,000, comparable a los precios de las prótesis tradicionales. Esto es mucho más que las soluciones de E-Nable de € 40, aunque el hecho de que sea posible crear extremidades realistas mediante la impresión 3D, junto con la suposición de que las mejoras tecnológicas suponen que los costos se reducirán, significa que puede haber un futuro brillante en Prótesis impresas en 3D.