fbpx

Zastosowanie druku 3D w weterynarii – orteza dla kury: case study

Zastosowanie druku 3D w weterynarii – orteza dla kury: case study

Druk 3D staje się coraz bardziej popularny, zwłaszcza w dziedzinie ochrony zdrowia, zarówno wśród ludzi, jak i zwierząt. Znajduje zastosowanie w prototypowaniu protez, ortez, a także pomocniczego sprzętu ortopedycznego. 

W tym artykule zostanie przedstawione przykładowe zastosowanie druku 3D w weterynarii. Przeczytasz w nim w jaki sposób projektowanie 3D i druk 3D pomógł kurze ze skręconym stawem skokowym. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat prototypowania w weterynarii to koniecznie czytaj dalej.  

Przejdź szybko do wybranego fragmentu tekstu:

    Kurzy przypadek skręcenia stawu skokowego

    Właścicielka kury zauważyła, że zwierzę ma problemy związane z poruszaniem. W trakcie wizyty u weterynarza została postawiona diagnoza – skręcony staw skokowy. Jest to uraz, który w przypadku zwierzęcia może być bardzo dokuczliwy. Zwłaszcza, że nie potrafi tego samodzielnie wyleczyć, a ma ograniczone możliwości w porozumiewaniu się z opiekunem. Na szczęście w tym wypadku właścicielka szybko zauważyła, że coś jest nie tak.

    Skręcenie stawu skokowego

    SKRECONY STAW SKOKOWY U KURY
    Skręcony staw skokowy u kury.

    Skręcenie kostki jest dość powszechnym urazem u ludzi. Jest wynikiem nieprawidłowego przeniesienia siły działającej na staw. Dlatego też do tego urazu dochodzi najczęściej w wyniku nieodpowiedniego ułożenia stopy na podłożu. Oczywiście nie zawsze w takim wypadku dochodzi do skręcenia kostki. Dojdzie do tego tylko wtedy, gdy nieprawidłowo przeniesiona na staw siła będzie wystarczająco duża, aby rozciągnąć lub nawet częściowo przerwać torebkę stawową wraz z więzadłami stawowymi. Objawami tego urazu jest między innymi silny ból występujący w bocznej stronie stawu.

    Leczenie w przypadku skręcenia stawu skokowego

    Odpowiednie leczenie w przypadku urazów i kontuzji pozwala na stosunkowo szybki powrót do zdrowia. Sposób leczenia przy skręceniu kostki zależy głównie od stopnia uszkodzenia torebki stawowej i więzadeł. 

    Przy lekkich skręceniach na początku można stosować zimne okłady w celu zlikwidowania opuchlizny. Poza tym pacjent może zostać skierowany na różne zabiegi fizjoterapeutyczne, jak chociażby krioterapia azotem lub laseroterapia. Natomiast przy poważniejszych stosowane są stałe opatrunki gipsowe. W każdym przypadku ważne jest, aby osoba kontuzjowana dużo odpoczywała oraz ograniczała ruch przez 7 a nawet 14 dni.

    Co z leczeniem w przypadku zwierzęcia?

    Jak jednak postępować w przypadku zwierząt? Kura nie będzie w stanie spędzić w bezruchu z okładem przez określony czas. Kura to zwierzę, a nie człowiek, któremu możemy wytłumaczyć, że wszelkie wykonywane zabiegi są dla jego dobra. Natomiast założenie jej stałego opatrunku gipsowego nie będzie zbyt dobrym pomysłem ze względu na to, że będzie to dla niej dyskomfort, który może skutkować ogromnym stresem, a w rezultacie nawet śmiercią zwierzęcia. Jedynym wyjściem jest unieruchomienie stawu zwierzęcia, ale czymś lekkim i niesprawiającym dużego dyskomfortu.

    Poszukiwanie optymalnego rozwiązania – orteza na stopę

    Na rynku nie ma powszechnie dostępnych przyrządów do leczenia skręconego stawu u kury, dlatego zanim mogliśmy cokolwiek zaproponować musieliśmy mieć jakiś pomysł na taki przyrząd (zobacz wpis: MAM POMYSŁ, CO DALEJ?). Dopiero później można przejść do kolejnych etapów pracy tj.:

    1. Zbadania znanych konstrukcji.
    2. Określenia założeń projektowych.
    3. Spisania części do zaprojektowania.

    Po tych etapach można dopiero przejść do projektowania, a na końcu do fizycznego wykonania. 

    W tym wypadku uznaliśmy, że dla zwierzęcia będzie odpowiedni jakiś rodzaj usztywniacza. Przy obrażeniach u ptaków lotnych kości udowej lub kości piszczelowej możliwe jest zastosowanie usztywniacza weterynaryjnego. Jednakże kura nie jest ptakiem lotnym, a jej uraz nie dotyczył wymienionych kości tylko stawu skokowego. Dlatego też należało zaprojektować indywidualnie dopasowany do niej usztywniacz, czyli inaczej mówiąc ortezę.

    Wynajmij Inżyniera

    Orteza a proteza – co jest czym?

    Orteza to inaczej stabilizator. Służy do poprawy określonej czynności ruchowej oraz odgrywa ważną rolę profilaktyczną. Jej głównymi funkcjami są bierna kontrola ruchów w stawach, czyli stabilizacja i korekcja oraz podparcie ciała i odciążenie określonych struktur anatomicznych.

    Natomiast proteza to konstrukcja, która ma zastąpić amputowaną kończynę. Powinna odtwarzać funkcje danej struktury anatomicznej. Jednakże w niektórych przypadkach jest to możliwe, np. przy protezach oczu. Wtedy protezy pełnią wyłącznie funkcję estetyczną.

    proteza oka u kota
    Proteza oka u kota.

    Projektowanie ortezy dla kury

    Jest to etap, w którym powstaje komputerowy model 3D. Przykładowym programem do modelowania 3D jest program Fusion 360. Poniżej możesz zobaczyć jeden z naszych poradników dotyczący projektowania przy jego pomocy.

    Jeżeli chciałbyś dowiedzieć się więcej na temat strategii projektowania innowacyjnych rozwiązań to koniecznie musisz zapoznać się z artykułem 2 Strategie projektowania pomysłów, wynalazków i produktów

    Poza tym masz również możliwość ZA DARMO odbyć nasze szkolenie, w którym dokładniej omówiono strategie projektowania pomysłów, wynalazków i produktów oraz zagadnienia związane z prawem patentowym: DARMOWY 5-dniowy Poradnik ABC Wynalazcy.

    Założenia projektowe i spis części ortezy

    Kura jest ptakiem nielotnym, więc większość czasu egzystuje chodząc po ziemi. W związku z tym orteza powinna obejmować nie tylko staw skokowy, ale również część palców. Takie postępowanie pozwoli na lepsze unieruchomienie stawu, dzięki czemu więzadła będą miały odpowiednie warunki do regeneracji. Pomysł zastosowania ortezy, która obejmuje staw skokowy oraz części palców należał do właścicielki zwierzęcia. 

    Ponadto kończyna powinna mieć dostęp do świeżego powietrza, dlatego zdecydowano, że konieczne będzie umieszczenie na ortezie otworów wentylacyjnych. Orteza powinna być łatwa do zakładania. W tym wypadku najlepszym rozwiązaniem było wykonanie ortezy składającej się z dwóch części: dolnej i górnej. Do łączenia obu części wybrano zatrzaski, które są wygodnym połączeniem rozłącznym wielokrotnego użytku.

    Wstępna koncepcja rozmieszczenia otworów wentylacyjnych i zatrzasków na modelu ortezy na stopę kury
    Wstępna koncepcja rozmieszczenia otworów wentylacyjnych i zatrzasków na modelu ortezy na stopę kury

    Modelowanie 3D ortezy

    Właścicielka wysłała nam niezbędne zdjęcia wraz z wymiarami kontuzjowanej kurzej łapy. Na zdjęciach znajdowały się takie wymiary jak długość i średnica pazurów, średnica łydki czy rozstaw palców. Te dane wystarczyły, aby wykonać model. Warto zaznaczyć, że przez cały proces pracy nie widzieliśmy się ani z właścicielką ani ze zwierzęciem. Cała praca została wykonana zdalnie. 

    Modelowanie ortezy odbyło się przy pomocy wcześniej wspomnianego programu Autodesk Fusion 360. Jedną z pierwszych użytych operacji było Sweep, czyli przeciągnięcie szkicu wzdłuż ścieżki. Za pomocą tej funkcji został zamodelowany pierwszy z palców.

    Pierwszy etap modelowania ortezy dla kury
    Pierwszy etap modelowania ortezy dla kury

    Pozostałe palce zostały wykonane w ten sam sposób, dzięki czemu powstała podstawa do dalszego projektowania modelu.

    Modelowanie podstawowej bryły ortezy dla kury
    Modelowanie podstawowej bryły ortezy dla kury

    W dalszej kolejności palce zostały przedłużone tak, aby orteza obejmowała całą ich długość. W tym wypadku również skorzystano operacji Sweep.

    Etap modelowania ortezy dla kury
    Kolejny etap modelowania ortezy dla kury

    Kolejnym krokiem było uzyskanie pustego korpusu ze ściankami o grubości 3 mm. W tym celu skorzystano z funkcji Shell. Następnie na powierzchnię korpusu naniesiono szkice otworów wentylacyjnych i usunięto zaznaczony materiał. Powstały model podzielono na dwie części, dzięki czemu powstała dwuczęściowa orteza, którą dość łatwo można założyć na stopę kurczaka. W wybranych miejscach dodano zatrzaski, których zadaniem jest łączenie części ortozy. 

    Wirtualny model ortezy do druku 3D
    Wirtualny model ortezy do druku 3D

    Prezentacja projektu ortezy na stopę kury

    Zanim dany produkt zostanie wytworzony należy go zaprezentować potencjalnym klientom. Odpowiednia prezentacja produktu jest jednym z głównych czynników, które mają wpływ na zainteresowanie klienta naszą ofertą. Do takiego celu mogą posłużyć wizualizacje 3D i symulacje 3D.

    Wizualizacja 3D ortezy na stopę

    Wizualizacje 3D są wirtualnymi zdjęciami produktu, które wyglądają jak zdjęcia realnych przedmiotów, co też możesz zobaczyć na wykonanych przez nas wizualizacjach ortezy.  Dzięki wizualizacjom można zobaczyć jak dany projekt wyglądałby w wybranych wersjach kolorystycznych bez konieczności wykonywania fizycznego prototypu. Przed akceptacją projektu przez klientkę zostały wykonane wizualizacje ortezy w dwóch wersjach kolorystycznych.

    Wizualizacja ortezy w pierwszej wersji kolorystycznej
    Wizualizacja ortezy w pierwszej wersji kolorystycznej
    Wizualizacja ortezy w drugiej wersji kolorystycznej
    Wizualizacja ortezy w drugiej wersji kolorystycznej

    Symulacja 3D ortezy

    Wizualizacje produktowe 3D to nie tylko obrazy statyczne, czyli grafiki 3D. Są to też filmowe animacje 3D. Jednymi z prostszych animacji 3D są te w formie gifów, czyli w formacie ruchomego pliku graficznego. Przykładowy gif dla ortezy możesz zobaczyć poniżej.

    Jak widać zwierzęce ortezy mogą być nie tylko funkcjonalne, ale również efektowne. Ostatecznie do wykonania została wybrana druga wersja kolorystyczna.

    Orteza na stopę kury - symulacja 3D
    Orteza na stopę kury - symulacja 3D

    Proces tworzenia wizualizacji jest dość skomplikowany i obejmuje kilka etapów. Więcej na temat tworzenia wizualizacji możesz dowiedzieć się w artykule Etapy tworzenia wizualizacji produktowych 3D.

    Inne przykłady animacji 3d i wizualizacji 3d wynalazków stworzone dla naszych klientów możesz znaleźć na naszej stronie: Wizualizacje, realizacje i case study, a jeśli sam byś potrzebujesz taką wizualizację bądź animację to zamówić ją możesz tutaj: Tworzenie animacji 3d.

    Projektowanie techniczne z naszym zespołem

    Wydruk 3D ortezy dla kury

    Technologia addytywna, czyli potocznie druk 3D stała się w ostatni czasie bardzo popularna. Jest on szczególnie przydatny w przypadku wykonywania prototypów czy też pojedynczych sztuk produktu. Produkcja jednostkowa jest dużo tańsza w przypadku druku 3D niż przy produkcji za pomocą metod tradycyjnych. W związku z tym, że orteza jest produktem zindywidualizowanym, czyli wykonanym pod wymiary konkretnego zwierzęcia, to wytworzenie jej za pomocą druku 3D było doskonałym rozwiązaniem. 

    Podstawowe parametry druku były następujące:

    • Średnica głowicy: 0,4 mm
    • Temperatura głowicy: 215oC
    • Temperatura stołu podgrzewanego: 65oC
    • Wypełnienie: 100 %

    Jednym z ważnych czynników, który wpływa na konieczność posptocessingu wydruku jest umiejscowienie elementu w przestrzeni roboczej drukarki. Należało zrobić to tak, żeby wydrukowane zostało jak najmniej supportów, czyli elementów podpierających model. 

    Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat druku 3D i tematów z nim związanych sprawdź nasze inne wpisy: Szybkie prototypowanie – rapid prototyping, druk 3d oraz Metody obróbki druku 3D, czyli postprocessing wydruków 3d.

    Finalny efekt prototypowania

    Proces wydruku trwał około 3,5 h. Został wykonany na drukarce 3D Gence One, natomiast wybranym materiałem było PLA. Wykonana przez nas orteza okazała się pomocna dla zwierzęcia. Była dobrze dopasowana i wystarczająco wytrzymała. Wydrukowany model został zaprezentowany na zdjęciach.

    Wydrukowana orteza na stopę dla kury – zastosowanie druku 3D w weterynarii
    Wydrukowana orteza na stopę dla kury – zastosowanie druku 3D w weterynarii

    Inne zastosowania druku 3D w weterynarii

    Drukowanie 3D staje się coraz bardziej popularne w świecie zwierząt między innymi ze względu na oszczędność. Jedną z możliwości zastosowania druku 3D w weterynarii jest opisane tutaj wytwarzanie ortez. Jednakże poza tym druk przestrzenny znajduje w tej dziedzinie wiele zastosowań, które zostaną tutaj po krótce opisane.

    Indywidualne modele anatomiczne

    Indywidualne modele anatomiczne odzwierciedlające anatomię zwierzęcia i stosuje się je do planowania lub symulacji operacji oraz do komunikacji z pacjentem. Takie modele tworzy się na podstawie zdjęć z obrazowania medycznego (tomografii komputerowej, tomografii stożkowej lub rezonansu magnetycznego).

    Diagnostyka i planowanie operacji

    Weterynarzom dużo łatwiej jest zrozumieć daną zmianę, gdy możliwe jest dokładne jej objerzenie, dotknięcie oraz bezpośrednie jej zmierzenie. Zazwyczaj ma to dopiero miejsce w trakcie operacji. Tutaj właśnie przychodzą z pomocą modele anatomiczne, które pozwalają na to jeszcze przed zabiegiem. 

    Modele anatomiczne nie tylko wspomagają diagnostykę, ale również planowanie zabiegów. Drukowane modele anatomiczne dają weterynarzom możliwość przeprowadzenia na nich próbnej operacji, co pozwala na uniknięcie w trakcie docelowego zabiegu błędów niebezpiecznych dla zdrowia i życia zwierzęcia.

    Przykład zastosowania druku 3D w weterynarii – model do planowania operacji
    Przykład zastosowania druku 3D w weterynarii – model do planowania operacji

    W zależności od materiału, z którego są wykonane, modele 3D mogą być sterylizowane. Dzięki temu mogą być używane, jako punkt odniesienia w trakcie operacji.

    Ułatwienie komunikacji ze współpracownikami i klientami

    W porównaniu z modelem 3D na ekranie, rzeczywisty wydruk 3D służy, jako doskonałe narzędzie do komunikacji z klientem. Taki model ułatwia lekarzowi wytłumaczenie jak przebiegać będzie operacja lub leczenie oraz jakie będą planowane rezultaty. W dodatku taki drukowany model może służyć do konsultacji danego przypadku przez innego lekarza, co może pomóc w podjęciu decyzji, jakie leczenie jest dla zwierzęcia najlepsze.

    Dydaktyka i dokumentacja medyczna

    Modele fizyczne stanowią idealną pomoc dydaktyczną, dzięki temu, że doskonale odwzorowują rzeczywisty anatomię zwierzęcia. Poza tym modele anatomiczne stanowią bardzo dobre uzupełnienie dokumentacji medycznej.

    Szablony chirurgiczne

    Druk 3D umożliwia również szybkie tworzenie jednorazowych narzędzi chirurgicznych w formie szablonów (prowadnic) dla przyrządów chirurgicznych. Niestandardowe prowadnice dla narzędzi tnących i wiercących są specjalnie wyprofilowane tak, aby pasowały do kości i zapewniały chirurgowi dokładniejszą linię cięcia.

    Implanty

    Indywidualne implanty projektuje się na podstawie badania obrazowego pacjenta. Dzięki idealnie dopasowanemu kształtowi takiego implantu do istniejących struktur kostnych zwierzęcia, możliwe są skomplikowane rekonstrukcje. Jednakże elementy wszczepiane do organizmu muszą być wykonane z biomateriałów, czyli materiałów biozgodnych (niewywołujących negatywnej reakcji organizmu). Przykładami biomateriałów są tytan, PMMA, UHMWPE i PEEK.

    Przyrządy weterynaryjne i części zamienne

    Zastosowanie druku 3D w weterynarii nie ogranicza się jedynie do modeli związanych z anatomią zwierzęcia. Za pomocą druku 3D można również wykonywać przyrządy weterynaryjne oraz części zamienne. Jedną z części zamiennych, które nasze biuro wykonywało dla weterynarza był magazynek do szczepień weterynaryjnych. Więcej o wykonywaniu części zamiennych (nie tylko dla weterynarii) można przeczytać w artykule: Tworzenie części zamiennych – inżynieria odwrotna.

    Wydrukowany magazynek – przykład zastosowania druku 3D w weterynarii
    Wydrukowany magazynek – przykład zastosowania druku 3D w weterynarii

    Podsumowanie – Zastosowanie druku 3D w weterynarii

    Po przeczytaniu tego artykułu już wiesz, że projektowanie 3D i druk 3D są narzędziami, które znajdują zastosowanie w weterynarii. Dzięki nim można wykonać unikalne elementy, które umożliwiają podniesienie jakości leczenia zwierząt oraz ich jakości życia. Zastosowanie druku 3D w weterynarii nie jest ograniczone do wykonywania modeli anatomicznych. Przy jego pomocy można wykonywać również ortezy, których zadaniem jest wspomożenie leczenia skręcenia stawu skokowego.

    Zastosowania druku 3D w weterynarii są bardzo różnorodne. Nasze biuro jest otwarte na różne wyzwania związane z weterynarią. Każdy z naszych projektów jest wykonany indywidualnie zgodnie z ustaleniami zleceniodawcy. 

    Jeśli po przeczytaniu tego wpisu chciałbyś zlecić nam tworzenie prototypu, czy materiałów typu wizualizacje 3d – koniecznie do nas napisz na kontakt@wynalazca.tv lub napisz komentarz pod tym wpisem.

    Newsletter ABC Wynalazcy!

    Literatura:
    [1] G. M. Kerkhoffs i in. Diagnosis, treatment and prevention of ankle sprains: an evidence-based clinical guideline, British Journal of Sports Medicine 2012, 46(12):854-860. http://dx.doi.org/10.1136/bjsports-2011-090490
    [2]  https://www.prudentpet.com/blog/3d-printing-vet-medicine/ (stan na dzień 21.07.2020)
    [3]  https://www.fermo.pl/produkt-1479-usztywniacz-weterynaryjny-na-nogi-dla-golebi-i-innych-ptakow.html (stan na dzień 22.07.2020)
    [4]  https://medicalbroker.pl/blog/27/dlaczego-orteza-to-nie-proteza.html (stan na dzień 21.07.2020)

    Źródło Grafik:
    [1] Kot z protezą: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CatWithOcularProsthetic.jpeg (stan na dzień 21.07.2020)

    Close