Grazie alla stampa 3D di Stratasys, Ambionics sviluppa una protesi per bambini

Stratasys Ltd., protagonista mondiale di soluzioni di stampa 3D e fabbricazione additiva, ha annunciato che grazie alla tecnologia di stampa 3D PolyJet multi-materiale e multicolore, Ben Ryan, fondatore di Ambionics, è riuscito a creare una protesi stampata in 3D idraulica completamente funzionante per Sol, il figlio di due anni.

La ricerca sullo sviluppo infantile con le protesi ha portato Ben Ryan a sviluppare una protesi unica, che permette ai bambini più piccoli di accettare in modo più naturale la protesi alle braccia. La progettazione e la produzione personalizzate di protesi idrauliche stampate in 3D rappresentano un’innovazione impareggiabile all’interno di questa sfera del settore medico e hanno consentito un risparmio fino al 76%, e fino al 90%, sul tempo, rispetto ai metodi di produzione tradizionali. Si tratta di un vantaggio cruciale, che consente l’utilizzo di queste protesi in una fase più precoce dello sviluppo.

Sol, il figlio di Ben, è nato a marzo del 2015 e per una serie di complicazioni insorte alla nascita, ha dovuto subire l’amputazione dell’avambraccio sinistro. Sebbene sia stato possibile conservare una parte dell’avambraccio, Sol avrebbe dovuto attendere tre anni per ottenere dall’NHS* una protesi mioelettrica e un anno prima che gli venisse impiantata una protesi estetica, non funzionale. Ben si è reso conto che il figlio perdeva reattività e accettazione del braccio sinistro e ha deciso di agire.

Avendo intrapreso una ricerca estesa sullo sviluppo infantile, Ben ha visto che le percentuali di rigetto degli impianti effettuati dopo i due anni** erano superiori e che l’impianto precoce di dispositivi funzionali è correlato all’uso continuato delle protesi per tutta l’infanzia.

Inoltre, un altro studio*** ha scoperto che i bambini sui quali si effettua l’impianto prima dei due anni d’età tendono ad accettare maggiormente la protesi rispetto a quelli sui quali l’impianto viene effettuato dopo i due anni. Tenendo presente tutto questo, Ben ha progettato per il figlio dapprima un braccio in gommapiuma e successivamente una protesi idraulica, che consentiva a Sol di muovere il pollice da solo.

Ben ha progettato e creato la protesi idraulica stampata in 3D sulla stampante 3D Connex Stratasys. Facendo dapprima pratica con i prototipi del progetto, Ben ha stampato in 3D degli attuatori flessibili e un’unità di divisione di potenza (soffietto elicoidale a doppia azione o DAHB) per la protesi. Ben sostiene che l’unità DAHB consente a chi la indossa di aprire e chiudere il pollice in modalità manuale o assistita (con l’aria compressa oppure tramite una pompa idraulica e un serbatoio), ma la presa continua a funzionare manualmente in caso di interruzione dell’alimentazione.

“Il successo del mio meccanismo DAHB brevettato si basa sulle capacità avanzate della stampante Stratasys Connex. La capacità di combinare materiali rigidi e morbidi in un’unica stampa era fondamentale per il successo del progetto”, spiega Ben. “Abbiamo avuto la fortuna di avere accesso a questa tecnologia, che ci ha permesso di stampare in 3D il prototipo di un braccio in modo rapido ed economico. Nel fondare Ambionics, il mio obiettivo ora è quello di garantire che altri bambini privi di arti come mio figlio non si trovino ad affrontare i vincoli e i ritardi attuali della produzione di protesi tradizionale”.

Per sviluppare il progetto per la protesi, Ben ha fatto affidamento sull’uso di Autodesk Fusion 360.

“Si tratta di un progetto molto innovativo e ambizioso e lavorarci con Ben è davvero fonte di ispirazione”, afferma Paul Sohi, esperto di progettazione dei prodotti di Autodesk. “È sorprendente che nonostante Ben non abbia alcun brackground reale nella progettazione di prodotti, abbia imparato da solo a creare qualcosa che aiuterà non solo suo figlio Sol, ma grazie ad Ambionics, anche altri bambini che si trovano ad affrontare le stesse difficoltà”.

Allo stesso modo del progetto stampato in 3D, caratterizzato da un peso inferiore rispetto alle alternative mioelettriche tradizionali, la protesi idraulica viene azionata dall’energia corporea e permette ai bambini più piccoli di abituarsi in anticipo alla protesi al braccio rispetto agli impianti tradizionali. La capacità di funzionare senza la necessità di dispositivi elettronici o batterie è specifica del progetto Ambionics e riduce il rischio di lesioni.

Dalla scansione del braccio alla protesi indossabile in soli cinque giorni
Mentre per convertire il calco in gesso del braccio in una protesi indossabile il sistema sanitario nazionale impiega 11 settimane, Ben Ryan è riuscito a produrre la protesi in soli cinque giorni. Grazie alla capacità di conservare la scansione in un file, la copia digitale consente di produrre rapidamente le protesi sostitutive tramite la stampa 3D.

“In sostanza è l’intera protesi a essere stampata in 3D, aggiunge Ben”. “Solo i materiali resistenti simil-gomma di Stratasys e i materiali di stampa 3D solubili del supporto rendono possibile la produzione e l’uso di unità DAHB. Le cavità interne sono complesse e sarebbe impossibile rimuovere il materiale di supporto utilizzando strumenti meccanici. Inoltre, i materiali devono essere allo stesso tempo forti e flessibili, in quanto vengono utilizzati per trasmettere la pressione del fluido per azionare la presa”.

La tecnologia DAHB di Ambionics è stata brevettata nel settore delle protesi, pertanto l’obiettivo dell’azienda è di offrire il servizio agli operatori sanitari di tutto il mondo. Proseguendo la ricerca e i test nello sviluppo infantile con le protesi, l’azienda inizierà una campagna di crowdfunding il primo marzo per consentire prove di usabilità dei dispositivi medici, necessarie prima di richiedere l’autorizzazione per il lancio del prodotto sul mercato.

“Questo caso è indicativo della capacità della stampa 3D di migliorare la vita grazie alla possibilità di superare le barriere tradizionali legate alla produzione di volumi ridotti”, afferma Scott Rader, responsabile generale di Healthcare Solutions, Stratasys. “Continuiamo a supportare e sostenere innovatori come Ben per portare la personalizzazione nella produzione di protesi tradizionale”, conclude.

*Servizio sanitario nazionale del Regno Unito
**J Prosthet Orthot. 2005;17:119–124
***Toda M, Chin T, Shibata Y, Mizobe F (2015) Use of Powered Prosthesis for Children with Upper Limb Deficiency at Hyogo Rehabilitation Center. PLoS ONE 10(6): e0131746. doi:10.1371/journal.pone.0131746

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