Цифровое моделирование и 3D-печать придали естественности глазным протезам

Британские, немецкие и норвежские исследователи разработали автоматический процесс производства индивидуальных глазных протезов с помощью цифровой обработки данных с томографа и 3D-печати из разных материалов. Публикация об этом появилась в журнале Nature Communications.

В настоящее время протезы глаз либо производят промышленно и подбирают пациентам путем примерки (зачастую с посредственным косметическим эффектом), либо изготавливают вручную, что требует высокой квалификации специалиста, занимает много времени, дорого и отличается непостоянным качеством.

Чтобы упростить изготовление индивидуальных протезов и повысить их качество, Йоханн Райнхард (Johann Reinhard) из Дармштадского технического университета с коллегами из Великобритании, Германии и Норвегии решили автоматизировать этот процесс. Он начинается с модифицированной оптической когерентной томографии переднего сегмента глазницы с подобранным конформатором (в комплекте их 12 разного размера и формы) и здорового глаза, которая включает цветную съемку.

Результаты сканирования загружаются в разработанное авторами приложение, которое определяет форму будущего протеза и создает цветную текстурированную трехмерную модель. Протезист задает параметры толщины и степени ветвления сосудов, а также оценивает полученный результат и при необходимости корректирует его.

Цифровая модель используется для 3D-печати протеза из разноцветных материалов VeroVivid. Напечатанную заготовку отмывают от подложки, обрабатывают на поворотном барабане, чтобы устранить бороздки и шероховатости, полируют и очищают в ультразвуковой ванне. После финальной проверки качества протез готов к примерке под конъюнктивой.

Процесс сканирования и сбора данных занимает около получаса, время построения модели зависит от производительности рабочей станции (около пяти минут с процессором Intel i7-9700K и 64 гигабайтами оперативной памяти), печать занимает шесть минут, продолжительность постобработки зависит от квалификации работника, но в целом невелика. Биосовместимость изготовленных таким образом протезов подтвердили аналитическими химическими исследованиями, тестами in vitro и in vivo в соответствии со стандартами ISO 10993.

В ходе пилотных испытаний технологию применили для изготовления протезов 10 пациентам. У двух из них не было глазничного имплантата, и изделия оказались велики, поэтому с использованием того же подхода им напечатали искусственные глаза целиком. Итоговая работа была оценена по 19 объективным и субъективным параметрам как «отличная» или «очень хорошая» у всех участников с двумя исключениями: оценку «приемлемо» у одного пациента получила подвижность, у другого — комфорт (ему пришлось некоторое время привыкать к новой форме протеза). Оценок «неприемлемо» не было ни по одному из параметров.

Как отмечают авторы работы, разработанная технология уменьшает трудозатраты как минимум в пять раз по сравнению с изготовлением глазных протезов вручную и дает воспроизводимые результаты.

Ранее шведские исследователи разработали протезы роговицы на основе коллагена из свиной кожи, которые гораздо доступнее, чем традиционная кератопластика. В ходе пилотных испытаний с их помощью восстановили зрение 20 пациентам с кератоконусом.