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アカデミックメディカルセンターと3Dプリンティング業界が協力してCOVID-19に対応する方法

2020.07.31 更新

Artec Leo

2020年4月、ニューヨークタイムズの子会社であるWirecutterは、「3Dプリンタをお持ちですか?あなたはそれを使って医療従事者のためのフェイスシールドを作ることができます。」という記事の中で、著者は、COVID-19関連の不足に対応するためにオンサイトの3Dプリンタを再利用するというミシガン州立大学の迅速な決定を強調し、次のように書いています。

「ミシガン州立大学の研究者にフェイスマスクなどの医薬品を探してCOVID-19と戦う医療従事者に寄付するよう呼びかけたとき、ネイサン・ティコッキ助教と彼の同僚は他にどのように役立つかについて話し始めました。彼らは手元に3Dプリンタを持っていました。どうすればそれらを使用できるでしょうか?」

マスクやその他の備品が不足しているため、研究者たちはこれらの3Dプリンタを使用して、ミシガン州立大学の医療従事者向けのフェイスシールドを迅速に作成しました。
そして、全国の学術医療センター(AMC)の研究者は、外科用途や学術研究に3Dプリンタを使用して、個人用保護具(PPE)、ウイルス検査用の鼻腔スワブ、人工呼吸器アダプターを作成し始めました。

AMCはどのようにしてこれを行うことができましたか?
この革新的で創造的な精神の起源を理解するには、AMCと3Dプリンティング業界の両方を詳しく調べる必要があります。

 

アカデミックメディカルセンター&イノベーション

AMCは、医学部と提携している病院です。
AMCでは、臨床医は患者の治療に焦点を当てているだけでなく、医学生の教育、革新的な治療法の研究の実施、および新技術のテストも担当しています。研究者は、臨床試験を実施し、データを収集し、新しいブレークスルーをサポートします。

3月と4月に不足を強調するニュース記事が国を席巻したので、AMCが新しい解決策を探し始めたのは当然のことです。
AMC内の多くの研究者は、外科的改善(たとえば、患者固有の手術器具を介して)および研究イニシアチブ(たとえば、3Dプリントされた医薬品)をサポートするために、オンサイトで3Dプリンタにすでにアクセスできました。

一部の機関は、外部コンサルタント、サードパーティ企業、または他の医療提供者と提携して、特定のアイテムを造形するための最も適切な方法についての洞察を共有しています。この種の創造的で協調的な考え方は、3Dプリンティング業界でも共有されており、Formlabsのような企業が現在の医療危機への対応において支援パートナーになっています。

 

3Dプリンティングとイノベーション

3Dプリンティング業界には、知識を共有し、困難な問題に対する創造的な解決策を追求してきた豊富な歴史があります。Formlabsは、革新を生み出して実現し、強力でアクセスしやすいツールを医療業界などの専門家の手に届けるという理想に基づいて設立されました。

そのため、Formlabsの医療顧客がCOVID-19パンデミックの初めにサポートを求め始めたとき、私たちはCOVID-19応答ネットワークサイトを開発し、部品の造形が必要な機関と利用可能なプリンタを持っている他の機関を接続しました。

 

ケース

次に、AMCがCOVID-19対応の取り組みをサポートするために3Dプリンタを利用した革新的な方法のいくつかを確認します。

*メーカーはすべてのアプリケーションをテスト、認定、検証する必要があることに注意してください。Formlabsはテストされていないため、特定のアプリケーションを推奨していません。

 

デューク大学(デュークCOVID-19エンジニアリング対応チーム)

デューク大学のCOVID-19エンジニアリング対応チームは、医療従事者をCOVID-19曝露から保護するために、空気浄化呼吸器(PAPR)を作成しました。
4月初旬までに、新しい機器は、デュークヘルスの少なくとも2つの手術症例で医療従事者によって首尾よく使用されました。PAPRを開発するために、チームはDuke’s InnovationCo-Labのシニアエンジニア兼製造アーキテクトであるChipBobbertと緊密に協力しました。
Formlabsプリンタを使用して呼吸器を作成し、元のデザインを数回繰り返して、多数のデザインを造形してテストしました。

「基本的に、これはプロバイダー、特に患者に挿管しているプロバイダーに提供できる最高レベルの保護です」と、デューク生物医学工学の准教授であるエリック・リチャードソンは述べています。

 

サウスフロリダ大学

Formlabs、Northwell Health、Tampa General Hospitalとのパートナーシップの一環として、サウスフロリダ大学はCOVID-19検査用の3Dプリント鼻腔スワブを作成しました。
1週間の間に、USFヘルスとノースウェルヘルスのチームが協力して、鼻腔スワブのプロトタイプを開発しました。
放射線科および感染症部門のUSFヘルス教員の研究者は、ノースウェルヘルスの共同研究者と協力して妥当性確認テストを実施しました。
彼らはノースウェルヘルスとタンパ総合病院で迅速な臨床試験を実施しました。すべてのテストで、3Dプリントされた鼻腔スワブがCOVID-19のテストに使用された標準スワブと同等に機能することが示されました。彼らはFormlabsの3Dプリンタと生体適合性樹脂を使用しましたプロトタイプを作成します。
「多くの人々を助けてくれることを願って、チームとしてこのソリューションを迅速に実現できたことに感謝しています。その反応は圧倒的でした」と、USFヘルスモルサニ医科大学の放射線科の准教授であり、3D臨床アプリケーションのディレクターであるサマーデッカー博士は述べています。
「世界中の非常に多くの病院と話をして、彼らの経験を聞き、私たちがどのように支援できるかを知ることは非常にやりがいがあります。この状況により、私たちの間の多くの障壁が取り除かれ、命を救うという共通の目標のために協力できるようになりました。」

 

ノースウェルヘルス

ノースウェルヘルスのファインスタイン医学研究所は、Formlabsプリンターを使用して、BiPAPマシンをCOVID-19患者用の人工呼吸器およびCOVID-19検査用の鼻腔スワブに変換する3Dプリントアダプターを作成しました。
3DプリントされたTピースアダプターを使用して、ノースウェルヘルスの医師、呼吸療法士、および3Dプリントのバイオエンジニアが協力して、一般的な2レベル気道陽圧(BiPAP)マシンを機能的な侵襲的人工呼吸器に変換する方法を設計しました。
BiPAPマシンは、一般的な状態(睡眠時無呼吸、うっ血性心不全、慢性閉塞性肺疾患、慢性炎症性肺疾患など)の人々の夜間の一貫した呼吸パターンを維持するために一般的に使用される非侵襲的マシンです。

NorthwellHealthの3DデザインおよびイノベーションのディレクターであるToddGoldstein PhDは、3Dプリンタがアダプターを迅速に製造できることを称賛しました。

 

イェール医学

イェール大学の医師の研究者は、医療従事者のために気流チャネルを備えたフェイスシールドを作成しました。
フェイスシールドフレームは、圧縮空気または酸素の連続的な流れを提供します。
空気循環は、完全なプラスチック製のフード内で快適な呼吸を可能にするだけでなく、シールドフィルムの曇りを取り除きます。この設計は、医療従事者により良い保護と改善された快適さを提供します。
麻酔科医のLuizMaracaja博士は、イェール大学の医師、DainaBlitz博士とDanielleLV Maracaja博士、ミシシッピ大学の医師であるCarolineWalker博士と協力してフェイスシールドを設計しました。
それは「オキシフレームPPE」と呼ばれています。彼らはFormlabsのプリンターを使用してフェイスシールドを作成しました。
「これは非常にシンプルなコンセプトです。基本的にはフェイスシールドのフレームで、側面の1つが開いて中空になっているため、圧縮空気や酸素を接続できます」とルイスマラカジャー博士は述べています。
ダイナブリッツ博士は次のように述べています。
「マスクは、空気が供給されている病院のどこでも使用できます。酸素である必要はありません。エアロゾル化された粒子を顔から吹き飛ばすための何らかの空気または酸素装置を使用して、陽圧を与えることができるものなら何でも。」

 

ジョンズホプキンス

ジョンズホプキンスでは、エンジニアのチームが3Dプリントされた人工呼吸器スプリッターを開発し、プロトタイプを作成しました。
これにより、医師は1つの人工呼吸器を使用して複数の重症患者を治療できます。
多くの医療システムは、COVID-19危機の間に人工呼吸器の需要の増加に取り組んできました。
カン・ソンフンジョンズホプキンスホワイティング工学大学院の機械工学の助教授は、次のように述べています。
「1つのアプローチは、1つの人工呼吸器を使用して複数の患者を治療することです。
これは実行可能ですが、すべての患者にとって安全である必要があります。つまり、各患者が必要なケアを確実に受けられるようにすることを意味します。これが私たちの目標です。作成します。」

患者間で人工呼吸器を共有することに関連する潜在的な健康リスクを考慮して、研究者は、医師が人工呼吸器に取り付けられた個々の患者の気流を監視できるようにする気流コントローラーと流量計を設計しました。
チームはまた、患者間の相互汚染を防ぐためのフィルターを設計しています。

 

結論

ヘルスケア業界全体の研究者、臨床医、およびその他のイノベーターが、前例のない、絶えず変化するCOVID-19危機に対応するために創造的なソリューションを使用したことは明らかです。
3Dプリンタの既存の艦隊と技術革新を促進する既存の文化があった学術医療センターでは、そのプロセスの一部として3Dプリントを使用することは自然に起こりました。



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