Inovácie v zubnom lekárstve pomocou 3D tlače – MDDr. Maroš Čižmár

 

Nechajte sa zaviesť do zatiaľ nie úplne bežnej, ale o to zaujímavejšej oblasti zubného lekárstva. Tam, kde sa momentálne dejú veľké zmeny a tam, kde inovátori, akým je aj MDDr. Maroš Čižmár neustále vymýšľajú novinky, a to všetko pomocou 3D technológii a najmä 3D tlače.

O endodoncii a 3D tlači sme už počuli všetci. No Maroš tieto polia spája v jeho fantastickom svete plnom inovácií a nápadov, a tak vytvára unikátne produkty. Napríklad jeho 3D tlačené modely zubov nám budú pomáhať pri zdokonaľovaní sa v endodontických postupoch. Okrem nich, má ale nekonečne veľa nápadov a je súčasťou skupiny profesionálov, ktorí nie len sledujú, ale priam ovplyvňujú to, kam smeruje náš odbor a akým spôsobom sa zubné lekárstvo bude ďalej vyvíjať. Pustite sa do čítania a dozviete sa, čomu sa Maroš Čižmár venuje a ako bude vyzerať naša budúcnosť vďaka 3D tlači.

 

Momentálne pracuješ na projekte Voxeltooth, čo je anatomický model zuba, vytlačený na 3D tlačiarni a slúži na cvičenie endodontických postupov. Zastrešuje to projekt Biovoxel, ktorý si založil ešte na univerzite aj s ďalšími študentmi. Kedy si sa k téme 3D tlače dostal?

Už počas univerzity, keď som bol v treťom ročníku. Mal v tom „prsty“ Dr. Thurzo. Vďaka nemu sme sa bližsie dostali ku týmto témam a sformovala sa skupina študentov, ktorí boli do týchto nových technológii obrovskí entuziasti. Boli sme veľmi motivovaní a postupne sme vytvorili projekt Biovoxel. Ocenili to aj iní, vyhrali sme niekoľko grantov a nakúpili sme rôzne 3D tlačiarne a prístroje do školy kde sa na to vytvoril priestor, familiárne nazvaný „Printevňa“, lebo je v priestoroch bývalej pitevne :). Tu sme začali rozvíjať naše nápady. Teraz je v printevni na LF UK už päť 3D tlačiarní a niekoľko ďalších prístrojov a počítačov. Momentálne je printevňa prístupná pre každého študenta LFUK a všetci čo majú záujem tu môžu svoje nápady realizovať. Bohužiaľ stále je to viac-menej na báze dobrovoľnosti a seba-motivácie, aj keď vďaka pedagógom ako Dr. Thurzo sú na tieto témy vypísané aj mnohé diplomové práce.

 

Ako si sa dostal k doktorovi Thurzovi?

Rozmýšľal som nad tým, akú tému si mám vybrať na diplomovku. Vždy som bol technický typ a doktor Thurzo mal tému s názvom 3D tlač v medicíne. Bolo to netradičné a pre mňa veľmi zaujímavé, tak som prišiel za ním, aby som sa bližšie informoval. Dohodli sme sa, že budem mať diplomovú prácu u neho. Začali sme viac-menej z  mála, najprv sme postavili vlastnú 3D tlačiareň a následne sme  pomocou grantov postupne zariadili Printevňu. Spolu s ostatnými entuziastami sme chodili na kongresy a začali sme 3D tlač klinicky používať – spočiatku sme robili najmä tlač modelov na operačné plánovanie.

Ako pomáhate lekárom pri plánovaní operácií?

Najprv spracujeme CT sken alebo inú 3D diagnostickú modalitu, a potom vytlačíme 3D model, ktorý pomáha lekárom naplánovať operáciu. Využíva sa to napríklad v maxilofaciálnej chirurgii, ale aj v mnohých iných, najmä chirurgických odvetviach. Napríklad v prípade, keď sa odstraňuje veľká časť sánky kvôli onkologickému procesu, poškodené štruktúry sa rekonštruujú pomocou titánovej rekonštrukčnej platne. Platňa sa adaptuje podľa tvaru sánky. Podľa štandardného postupu je adaptácia uskutočňovaná počas operácie na reálnu sánku, čo je dosť časovo náročné. Pokiaľ vedia dopredu namodelovať titánovú platňu, dokážu si ušetriť až približne 2-3 hodiny z operácie, ktorá v tomto prípade trvá 14-20 hodín, pretože sa navyše sánka ešte rekonštruuje štepom z predkolenia. Navyše, lekári si môžu zvoliť menej invazívny prístup a menšie rezy. Analogicky to pomáha pri mnohých iných chirugických zákrokoch. Je to len jeden príklad zo širokej škály možností využitia nielen 3D tlače, ale všeobecne digitálnych technológií vo všeobecnom aj v zubnom lekárstve. Vidím v tom obrovský potenciál a myslím si, že nás čakajú veľké zmeny. Už sa to vlastne deje aj vďaka frézam, intraorálnym skenerom a softvérom, ktoré sa stávajú stále dostupnejšími aj pre bežné zubné ambulancie.

 

Začali ste teda využívať 3D tlač v oblasti chirurgie. Teraz tlačíš zuby na cvičenie endodontických postupov.

Na projekte Voxeltooth pracujem dva roky, vyvíjam tento produkt od nápadu až po vznik konečného produktu prevažne sám. Najťažšie bolo vyvinúť vnútro anatomického modelu, lebo kanáliky musia byť veľmi tenké. Teraz je hotový základný model, je to horný prvý molár. Momentálne mám 20 ďalších mikro CT modelov zubov presne podľa anatómie a pracujem na tom, aby sa aj tieto dostali do výroby. Bude na nich možné trénovať rôzne anatomické variácie koreňových kanálikov a rôzne situácie, ktoré pri endodontickom ošetrení vznikajú. Študenti a lekári si pri tom nacvičia základné postupy, sekvencie nástrojov pre rôzne typy kanálikov až zložité veci, napr. rôzne komplikácie ako via falsa alebo zalomený nástroj. V takejto kvalite sa to dá spraviť len na 3D tlačiarni kvôli zložitosti a vetveniu koreňového systému zuba. Vnútri je voskový materiál, ktorý simuluje pulpu. Materiál z ktorého je zub je priesvitný a mechanickými vlastnosťami veľmi podobný dentínu.

Aký typ 3D tlačiarne využívaš pri výrobe?

Najzákladnejšími prístrojmi sú filamentové 3D tlačiarne, ktoré nanášajú materiál po vrstvách cez hlavičku pomocou vlákna, no tieto nie sú na tento účel dostatočne presné. Takéto zložité štruktúry sa vyrábajú z fotopolymérovej živice, ktorá sa ožaruje laserom vrstva po vrstve. Najprv musíme počítačovo vytvoriť zub na základe mikro CT skenu. Následne je ešte veľmi veľa softvérovej práce. Potom nasleduje fáza výroby a 3d tlače, čo je veľká „alchýmia“ sama o sebe, nehovoriac o mnohých postupoch, ktoré používam na post-processing, tj. dodatočnú úpravu modelov.

 

Máš svoju vlastnú dielňu?

Doma mám 3 tlačiarne, čo je zatiaľ najpraktickejšie, pretože sa s tým denno-denne zaoberám. Mám tam aj laserovú vyrezávačku a kopu ďalších nástrojov, no neskôr by som chcel mať nejaké priestory, v ktorých by sa mohlo stretávať viac ľudí a mašiny budú na jednom mieste.

V podstate každý deň, keď prídem domov z práce – pracujem na plný úväzok v zubnej ambulancii 3SDent – si chvíľu oddýchnem a makám na projekte. Tiež sa tomu venujem cez víkendy. Marketing zatiaľ neriešim, momentálne na to už nezostáva čas a nepociťujem to tak, že je to teraz pre mňa priorita.

 

Plánuješ rozšíriť tím?

90% si zatiaľ zabezpečujem sám, ale mám ľudí – kamarátov a spolupracovníkov, či už z lekárskej fakulty alebo z 3D tlačového sveta, ktorí mi v menších veciach pomáhajú. Zatiaľ som vyslovene aktívne ľudí nezháňal, ale viem, že to dlho takto nepôjde. Chcel by som dať dokopy tím ľudí, ktorí na tomto projekte a ďaľších súvisiacich projektoch budú spoločne robiť. Je toho veľmi veľa čo sa dá a voxeltooth je len začiatok.

 

Aké problémy sa vyskytli počas vývoja zubov?

Bolo ťažké nájsť takú technológiu, ktorá by dokázala vytlačiť taký uzučký kanálik. Väčšinou to bolo pri apexe „obliterované“, nepriechodné. Ďalším problémom bolo nájsť materiál, ktorý má správne vlastnosti podobné dentínu, aby vŕtanie a preparácia s endodontickými nástrojmi bola porovnateľná s prirodzeným zubom. Dlho som pracoval aj na tom, aby boli modely priehľadné.

 

Kde budú tieto modely najviac využité?

Jednak sa budú používať v základnej výučbe na fakultách a školeniach ale mám aj  ďaľšiu víziu. Tou je vytvorenie vzdelávacej stránky pre online e-learning a „sharovanie workshopov“. Predstavujem si online platformu s kvalitnými videami a profesionálnymi lektormi. Fungovalo by to tak, že keď sa človek prihlási na workshop, zároveň dostane balíček s modelom a so všetkými potrebnými materiálmi, na ktorých si bude popri dobrej prednáške aj trénovať manuálnu stránku veci. Výhodou takejto platformy je, že každý môže pracovať a učiť sa vo vlastnom tempe, video môže zastaviť, pustiť znova v pohodlí domova, v ambulancii alebo aj na univerzite. Výhodou je aj nižšia cena v porovnaní s tradičnými workshopmi a otvorí to nové možnosti vzdelávania po celom svete. Niečo ako „decentralizácia“ workshopov, keď sa mám vyjadrovať v dnešnom start-up žargóne J. Nechcem zostať iba pri endodontických modeloch, ale rozšíriť to aj na oblasť chirurgie, protetiky, konzervačnej zubariny.

 

Uskutočňujú sa už teraz vzdelávacie akcie, na ktorých sa používa Voxeltooth?

            Jedna z prých kliník, ktorá prvá, asi rok a pol dozadu, robila workshop s Voxeltooth bola klinika Petramed – za čo som veľmi vďačný. Vtedy to bolo celé v začiatkoch a podporilo ma to. Videl som ako to funguje, čo sa dá zlepšiť, dali mi cenný feedback. Medzitým sa Voxeltooth začali používať už na viacerých pracoviskách a objednávajú si ich aj jednotlivci.

Taktiež ich používaju mnohí študenti na fakultách, najaktívnejšia v tomto smere je bratislavská SZU.

Momentálne spolupracujem aj s Medinom, čo je česká firma vyrábajúca endodontické nástroje. Napriek tomu, že je to lokálna firma, majú svetové produkty a veľa investujú do výskumu a vývoja. Používajú moje modely na prezentáciu ich nástrojov na rôznych výstavách a na workshopoch pre lekárov – práca s nástrojmi, sekvencia nástrojov, ako sa používa ich konkrétny systém. Je oveľa lepšie, ak si to lekári reálne vyskúšajú. Teraz pracujem na rozšírení portfólia a neustále modely vylepšujem. V pomerne krátkom čase bude spomínaných 20 nových modelov s krásnymi anatómiami a pripravujú sa aj ďaľšie „vychytávky“.

Základný model je hotový. Ako si predstavuješ ďalších 20 modelov?

Mám pripravené 3D modely podľa mikro CT skenov pre každý typ zuba: v ponuke budú rezáky, očné zuby, rôzne varianty premolárov a molárov. Niektoré varianty sú jednoduchšie, niektoré zložitejšie, takže podľa potreby si záujemcovia budú môcť objednávať ten, ktorý práve potrebujú trénovať. Samozrejme, študenti budú začínať s jednoduchšími koreňovými systémami a postupne môžu náročnosť zvyšovať. Pripravuje sa aj držiačik, tiež bude 3D tlačený a bude ďalej uľahčovať prácu. Bude vybavený endo pravítkom, s možnosťou pripojiť apex lokátor, bude zbierať výplachový roztok.

 

V akom softvéri robíš 3D modely?

Základné modelovanie robím vo Fusion 360 alebo v Meshmixeri od firmy Autodesk. Fusion je trošku zložitejší program, má veľa funkcionalít. Tu chcem aj spomenúť môjho kolegu medika Filipa Peťka, ktorý mi veľa s modelovaním pomáha.

 

Stále robíš aj operačné plánovanie, resp. modely na operačné plánovanie?

Z času na čas áno. Na Slovensku zatiaľ nemáme službu, ktorá by to rutinne poskytovala. V tomto vidím tiež medzeru a chcel by som, aby to bola jedna z oblastí, ktorá sa bude tiež v rámci Biovoxelu riešiť. V zahraničí sa to viac používa, pretože to reálne veľmi pomáha pri chirurgických zákrokoch. Znižuje sa počet komplikácií, pacient strávi menej času na lôžku, operácie sú menej závislé od improvizácie, sú lepšie pripravené. Bohužiaľ, poisťovne na toto zatiaľ nereflektujú a pacienti si to musia hradiť sami. Samozrejme hlavné bremeno dobre zvládnutej operácie je dnes stále na dobrom lekárovi, toto je len pomôcka. V rámci operačného plánovania sú zaujímavé aj chirurgické šablóny čo napríklad v našej oblasti zubného lekárstva používajú niektorí implantológovia. Vďaka šablóne je zavedenie implantátu 3D limitované, tj. presne do oblasti kde sa pozícia implantátu vopred softvérovo naplánuje. Je to dobré najmä pri veľkých komplexných case-och, ale niektorí implantológovia to používajú úplne rutinne. Šablóny sú ale využiteľné aj pri mnohých iných zákrokoch.

Ako to vyzerá v zubnom lekárstve s 3D tlačiarňami?

 

3D tlač sa začína používať čoraz viac. Je to aj vďaka zlepšujúcej sa cenovej dostupnosti. Napr. firma Formlabs vyrába kvalitnú a cenovo prístupnú 3D tlačiareň, a preto je momentálne jednou z najpoužívanejších v zubných ambulanciách. Tlačiareň stojí okolo 4 tisíc, ale stále prichádzajú na trh nové, ktoré tlačia cenu ešte nižšie. Čo je ale ešte stále problém je odborník ktorý tlačiareň musí vedieť používať. Zatiaľ to stále nieje príliš user-friendly pre bežného lekára. Zo strojárskeho hľadiska je to ale jednoduchšia technológia ako frézovanie, keďže vývoj dobrej dentálnej frézy je oveľa ťažší ako urobiť naozaj dobrú fotopolymérovú 3D tlačiareň. To tlačí cenu tlačiarní dole. Tlač čoskoro bude veľmi konkurencieschopná voči frézam. Aj vďaka tomu, že materiály sa veľmi rýchlo vyvíjajú, každých pár mesiacov je pokrok a napr. už vieme kombinovať aj viacero materiálov v jednom výtlačku – čo frézy nedokážu, resp len veľmi obmedzene. Ale v najbližšej dobe sa tieto technológie budú skôr dopĺňať ako si významne konkurovať. Už dnes si dokážeme vytlačiť dočasné korunky a je len otázkou času, kedy si budeme tlačiť aj definitívne práce. V implantológii máme spomínané šablóny, ktoré nás presne navádzajú k tomu, kde máme urobiť rez alebo v akom sklone máme zaviesť implantát. V protetike sa už tlačia odtlačkové lyžice, wax upy a voskové pretvary a mnohé iné. V budúcnosti nás čaká ešte veľa aplikácii, ktoré teraz možno trošku znejú ako sci-fi, budú ale pre naše odvetvie prevratné. Keď sa toto všetko spojí s technológiami ako AI, machine learning, big data či bioprinting tak sa zubarina bude, spolu s inými odvetviami, veľmi meniť. A ja si myslím že to budú úžasné zmeny.

 

Nedávno si prednášal v Martine na prvom kongrese Slovenského spolku študentov zubného lekárstva. Akej témy sa dotýkala táto prednáška?

Rozprával som všeobecne o 3D tlači v zubárstve a v medicíne, o tom aké sú rôzne technológie, na čo sa dajú použiť, aké materiály máme, na čo sa používa dnes a ako sa môže využívať v blízkej i vzdialenejšej budúcnosti. Mal som tam aj kazuistiky z praxe. Ukazoval som napríklad využitie 3D tlače v rámci autotransplantácii zubov. Pri autotransplantácii je dôležité presunúť zub bez toho, aby sa poškodilo periodoncium. Ak sa poškodí, môžu vznikať resorpcie, ankylózy a celkovo neúspech zákroku. Keď autotransplantujeme, fyzicky prirovnávame extrahovaný zub do lôžka či sa tam zmestí, alebo či musíme lôžko ešte upraviť. Periodoncium pri tom trpí a trvá to aj nejaký čas. Ja si viem podľa CT dopredu naplánovať model zuba, vytlačiť ho z biokompatibilného materiálu a na základe tejto makety vytvoriť lôžko ešte predtým než extrahujeme zub, ktorý budeme autotransplantovať. Lôžko bude dopredu pripravené, v správnom uhle, pozícii, vďaka prirovnávaniu pomocou makety. Zub dáme po extrakcii do dopredu pripraveného lôžka, pričom šetríme periodoncium a skracujeme čas kedy je zub mimo lôžka. Tiež som tam ukazoval veci a myšlienky, ktoré som načrtol aj v predošlých odpovediach tu, takže bolo toho viac.

 

Prečo ste si vybrali názov Biovoxel?

Voxel je základná jednotka v 3D priestore. Čo je na 2D obrázku pixel to je v 3d priestore voxel – priestorový pixel. Z toho sme vytvorili názov Bio – teda živý – voxel.

 

Chcel by si niečo odkázať študentom?

Napriek tomu ako naše školstvo vyzerá, máte na fakulte najlepšie možnosti pracovať na niečom navyše. Lepšie možnosti mať nebudete. Preto sa proaktivita veľmi cení, a to, čo začnete robiť na univerzite vám veľmi pomôže aj v budúcnosti vo vašom ďalšom vývoji. Či už je to ŠVOČ, projekt alebo nejaká prospešná aktivita, ktorá zdanlivo vyzerá byť zbytočná, ťažká alebo bez významného cieľu môže byť pre Vás veľmi obohacujúca a aj keď taká náhodou nieje, uvidíte že všetko čo robíte okrem „základného“ štúdia navyše, vás posúva ďalej a v konečnom dôsledku vás robí pre prácu lekára alebo medicínskeho profesionála lepšie pripraveným. Môže to byť aj úplná maličkosť.

 

Ďakujem za rozhovor!

Komentáre