3D-tulostaminen – toimintaterapeuttien tulevaisuuden työkalu?
Toimintaterapeutit ovat kuntoutuksen ammattilaisia, joiden työnkuvaan kuuluvat muun muassa yksityisten ortoosien valmistus, proteesien ja apuvälineiden käytön edistäminen sekä arpien ja palovammojen kuntoutus. 3D-tulostus on nykyaikainen teknologia, joka tarjoaa toimintaterapeuteille innovatiivisen keinon valmistaa sekä geneerisiä, kaikille sopivia, että yksilön erityistarpeisiin suunniteltuja tuotteita.
3D‐tulostaminen tarkoittaa esineiden valmistusta digitaalisesta mallista 3D-tulostimen avulla (Kakko ja Mäkinen 2016, 217). 3D-tulostamalla tuotetut kappaleet ovat kestäviä ja kevyitä, mistä syystä menetelmää hyödynnetään muun muassa auto-, ilmailu-, meri-, rakennus-, lääke- ja elintarviketeollisuudessa (3D Formtech Oy, n.d). Vaikka 3D-tulostamisella on saatu positiivisia tuloksia, sen käyttö toimintaterapiassa on yhä vähäistä (Hunzeker ja Ozelie 2021, 1–2). Tästä syystä lähdinkin työparini kanssa tarkastelemaan maailmalla tehtyjä tutkimuksia 3D-tulostuksen käytöstä toimintaterapiassa yläraajaortoosien, -proteesien, apuvälineiden ja arvenhoitotuotteiden saralla.
Käsityöstä 3D-mallintamiseen?
Yläraajaortooseja on perinteisesti valmistettu matalalämpömuovista käsityönä. Vaikka menetelmä on nopea ja suhteellisen yksinkertainen, nousi tutkimuksista useita tekijöitä, jotka nostavat 3D-tulostamisen varteenotettavaksi vaihtoehdoksi. 3D-tulostuksella valmistetut ortoosit saivat tutkimuksissa kiitosta muun muassa seuraavista ominaisuuksistaan:
- keveys
- hyvä ventilaatio ja hygienia
- miellyttävä estetiikka
- helppokäyttöisyys
- kestävyys
Tutkimuksista nousi kuitenkin ristiriitaisia tuloksia 3D-tulostuksen kustannustehokkuudesta ortoosien valmistuksessa. Monissa tutkimuksissa ortoosien 3D-tulostus kesti kauemmin kuin perinteisten ortoosien valmistus, minkä lisäksi ympäristöystävällisten tulostusmateriaalien saatavuus voi olla haastavaa. (Schwartz ja Schofield 2021, 167, 171; Marinho ym. 2020, 1151, 1156–1158, 1161; Portnoy ym. 2020, 1, 174–175, 177–178; Wang ym. 2018, 1–2, 8–10).
Kustannustehokkaat 3D-proteesit
Yläraajan amputoimiset johtuvat jopa 80 prosentissa tapauksista tapaturmista. Jos irronneen raajan takaisinistutus ei onnistu, voidaan sen tilalle valmistaa proteesi. Perinteisen proteesin valmistus vie runsaasti aikaa ja materiaalia. (Barner-Rasmussen 2019). Tutkimusten mukaan lähes 70 prosenttia käyttäjistä on tyytymättömiä proteesiinsa ja sen toimintaan, ja jopa 52 prosenttia jättää sen käytön kokonaan pois toiminnallisten, esteettisten tai muiden rajoitteiden vuoksi (Young ym. 2019, 1–2). 3D-tulostusta hyödyntäneissä tutkimuksissa on todettu muun muassa seuraavanlaisia hyötyjä proteesien valmistuksessa:
- edulliset materiaali- ja valmistuskustannukset
- 3D-mallien helppo säilytettävyys ja muokattavuus
- käsityön vähäinen määrä
- valmistusnopeus
- materiaalien keveys. (Day ja Riley 2016, 49; Ribeiro ym. 2021, 1–2).
Lisätutkimuksille on kuitenkin tarvetta, sillä 3D-tulostetuissa proteeseissa on omat heikkoutensa. Tutkimuksissa valmistetut yläraajaproteesit ovat saaneet kritiikkiä muun muassa kömpelöstä tarttumisotteesta, heikosta kestävyydestä sekä mekaanisesta tuntumasta ja ulkonäöstä (Copeland ym. 2022, 8; Ribeiro ym. 2021, 3).
Apuvälineitä laidasta laitaan
Toisin kuin lastat ja proteesit, suurin osa apuvälineistä ovat geneerisiä, eli niitä ei tarvitse valmistaa mittatilaustyönä jokaiselle asiakkaalle erikseen. 3D-tulostuksella on valmistettu menestyksekkäästi useita tuotteita aina pienapuvälineistä älypyörätuoleihin, joita voidaan ohjata pelkän äänen, kosketuksen tai aivosähkökäyrän avulla. Koska pienapuvälineitä voidaan valmistaa suuria määriä kerrallaan, niiden valmistuskustannukset voivat laskea jopa alle euroon kappaleelta. Valmiita 3D-malleja voitaisiin jakaa internetissä niin, että ne olisivat saatavilla ympäri maailman, mikä säästäisi resursseja ja mahdollistaisi 3D-teknologian hyödyntämisen myös niille, joilla ei ole 3D-mallinnukseen vaadittavia taitoja. (Janson ym. 2020, 164; 168; 530; Leaman ym. 2016, 279; Wagner ym. 2018, 373; Zgallai ym. 2019).
Palovamma-alueiden kontraktuurat ja hypertrofiset arvet ovat haasteita, joita toimintaterapeutti kohtaa työssään. Yleisinä hoitokeinoina on käytetty lastoja, kaulureita, painevaatteita ja silikonilevyjä, mutta ne eivät aina onnistu kohdentamaan riittävää painetta arpialueelle. 3D-tulostus mahdollistaa kaikenlaisten muotojen valmistamisen, joten sen avulla voidaan mallintaa tuotteita, jotka tuottavat painetta niille kehon kuperille ja koverille osille, joilla paine yleensä jää tehottomaksi. Tutkimusten mukaan 3D-tulostusta on hyödynnetty jo muun muassa yksilöllisten huppujen, kauluksien ja painehihojen valmistuksessa. (Chow ym. 2020, 71; Chow ym. 2021, 124; Fozi ym. 2019, 55–56, 58–59; Visscher ym. 2018, 1–2).
Yhteistyötä korkeakoulujen kanssa?
Kirjallisuuskatsaukseen valikoitujen tutkimusten toistuva ongelma oli otantojen pieni koko. Suomessa tehtyjä tutkimuksia aiheesta ei löytynyt lainkaan, mikä kielii siitä, ettei 3D-tulostusta ole vielä käytetty kuntoutuksen työvälineenä Suomessa. Syinä tähän voivat olla laitteistojen kalleus sekä 3D-mallinnukseen vaadittavien taitojen puute.
Voisiko yhteistyö korkeakoulujen kanssa toimia ratkaisuna, jossa opiskelijat, tulevaisuuden ammattilaiset, pääsisivät kartuttamaan osaamistaan valmistamalla toimintaterapeuteille tarvittavia 3D-malleja, jotka tulostettaisiin koulujen omistamilla 3D-tulostimilla? Tutkimusten perusteella 3D-teknologia tarjoaa niin paljon mahdollisuuksia kuntoutusalalle, että sitä tulisi tutkia nykyistä tehokkaammin.
Lähteet:
3D Formtech Oy. 3D-tulostuksen mahdollisuudet – esimerkkejä meiltä ja maailmalta. Osoitteessa: https://3dformtech.fi/
Barner-Rasmussen, I., Hakkarainen, M., Siponen, E., Mattila, S., Pierides, G., & Waris, E. 2019. Kehittyvä kirurgia ja proteesiteknologia yläraaja-amputaatioissa. Duodecim.
Chow, Lung; Yick, Kit-Lun, Kwan, Mei-Ying; Yuen Chun-Fai; Ng, Sun-Pui; Yu, Annie; Yip, Joanne 2020. Customized Fabrication Approach for Hypertrophic Scar Treatment: 3D Printed Fabric Silicone Composite. International Journal of Bioprinting 2020 6(2), 262.
Chow, Lung; Yick, Kit-Lun; Sun, Yue; Leung, Matthew S.H.; Kwan, Mei-Ying; Ng, Sun-Pui; Yu, Annie; Yip, Joanne; Chan, Ying-Fan 2021. A Novel Bespoke Hypertrophic Scar Treatment: Actualizing Hybrid Pressure and Silicone Therapies with 3D Printing and Scanning. International Journal of Bioprinting 2021 7(1), 327..
Claes, T. 2021. A modeler uploading a 3D scan to a 3D printer to print a tailored orthose (digitaalinen kuva). Osoitteessa Unsplash: https://unsplash.com/photos/man-in-white-dress-shirt-sitting-in-front-of-computer-DkAEPVsK2_8
Day SJ & Riley SP. 2016. Utilising three-dimensional printing techniques when providing unique assistive devices: a case report. Prosthet Orthot Int. 2018;42: 45–49.
Fozi, Muhammad Aiman Ahmad; Salleh, Mohamed Najib; Ismail, Khairul Azwan 2019. Development of 3D-printed customized facial padding for burn patients. Rapid Prototyping Journal 2019, 25(1), 55-61.
Hunzeker, M., & Ozelie, R. 2021. A cost-effective analysis of 3D printing applications in occupational therapy practice. The Open Journal of Occupational Therapy, 9(1), 1-12.
Janson, R., Burkhart, K., Firchau, C., Hicks, K., Pittman, M., Yopps, M., … & Garabrant, A. 2020. Three-dimensional printed assistive devices for addressing occupational performance issues of the hand: A case report. Journal of Hand Therapy, 33(2), 164-169.
Kakko, E., & Mäkinen, E. 2016. Katsaus lääketieteelliseen 3D-tulostamiseen. Finnish Journal of eHealth and eWelfare, 8(4), 216-223.
Leaman, J., La, H. M., & Nguyen, L. 2016. Development of a smart wheelchair for people with disabilities. In 2016 IEEE International Conference on Multisensor Fusion and Integration for Intelligent Systems (MFI), 279–284. IEEE.
Marinho, F. D., Santos, P. M. D., Nardi, S. M. T., Sime, M. M., & Coutinho, G. C. 2020. Use of 3D printed orthesis and occupational therapeutic treatment in rhizarthrosis. Cadernos Brasileiros de Terapia Ocupacional, 28, 1151–1164.
Portnoy, S., Barmin, N., Elimelech, M., Assaly, B., Oren, S., Shanan, R., & Levanon, Y. 2020. Automated 3D-printed finger orthosis versus manual orthosis preparation by occupational therapy students: Preparation time, product weight, and user satisfaction. Journal of Hand Therapy, 33(2), 174–179.
Ribeiro, Danielle; Cimino, Stephanie R; Mayo, Amanda L; Ratto, Matt; Hitzig, Sander L. 2021. 3D printing and amputation: a scoping review. Disability and Rehabilitation: Assistive Technology, 16(2), 221–240.
Schwartz, D. A., & Schofield, K. A. 2021. Utilization of 3D printed orthoses for musculoskeletal conditions of the upper extremity: A systematic review. Journal of Hand Therapy.
Visscher, D. O., Te Slaa, S., Jaspers, M. E., van de Hulsbeek, M., Borst, J., Wolff, J., … & van Zuijlen, P. P. 2018. 3D printing of patient-specific neck splints for the treatment of post-burn neck contractures. Burns & trauma, 6, 1–3.
Wagner, J. B., Scheinfeld, L., Leeman, B., Pardini, K., Saragossi, J., & Flood, K. 2018. Three professions come together for an interdisciplinary approach to 3D printing: occupational therapy, biomedical engineering, and medical librarianship. Journal of the Medical Library Association: JMLA, 106(3), 370
Wang, K., Shi, Y., He, W., Yuan, J., Li, Y., Pan, X., & Zhao, C. 2018. The research on 3D printing fingerboard and the initial application on cerebral stroke patient’s hand spasm. Biomedical engineering online, 17, 1–14.
Young, K. J., Pierce, J. E., & Zuniga, J. M. 2019. Assessment of body-powered 3D printed partial finger prostheses: a case study. 3D Printing in Medicine, 5(1), 1–8.
Zgallai, W., Brown, J. T., Ibrahim, A., Mahmood, F., Mohammad, K., Khalfan, M., … & Hamood, N. 2019. Deep learning AI application to an EEG driven BCI smart wheelchair. In 2019 Advances in Science and Engineering Technology International Conferences (ASET), 1–5. IEEE.