Στοιχεία επταμελούς επιτροπής:
Παναγιώτης Παπαγγελόπουλος, Καθηγητής, Ιατρική Σχολή, ΕΚΠΑ
Θεόδωρος Παπαϊωάννου, Καθηγητής, Ιατρική Σχολή, ΕΚΠΑ
Όλγα Σαββίδου, Καθηγήτρια, Ιατρική Σχολή, ΕΚΠΑ
Ανδρέας Μαυρογένης, Καθηγητής, Ιατρική Σχολή, ΕΚΠΑ
Κωνσταντίνος Στεργίου, Καθηγητής, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, ΠΑΔΑ
Βασίλειος Κοντογεωργάκος, Αναπληρωτής Καθηγητής, Ιατρική Σχολή, ΕΚΠΑ
Ολυμπία Παπακωνσταντίνου, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια, Ιατρική Σχολή, ΕΚΠΑ
Περίληψη:
Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή πραγματεύεται την αξιοποίηση εμβληματικών τρισδιάστατων (3D) τεχνολογιών (3D ψηφιακός σχεδιασμός, 3D εκτύπωση (3DP), εικονική/επαυξημένη/ανάμικτη πραγματικότητα (xR)) στο σημείο περίθαλψης (PoC), για την δημιουργία διεπιστημονικών συνεργειών που μπορούν να προσφέρουν ταχεία ανάπτυξη απτών ή/και μη απτών εξατομικευμένων λύσεων υψηλής ποιότητας και να μεταφέρουν το επίπεδο δυσκολίας και πολυπλοκότητας στον προεπεμβατικό σχεδιασμό, με αποτέλεσμα να απλοποιούνται οι ορθοπαιδικές επεμβάσεις, με απώτερο σκοπό την βελτίωση της παρεχόμενης ιατρικής φροντίδας σε κάθε μοναδικό ασθενή.
Η Διατριβή είναι δομημένη σε οκτώ κεφάλαια και αρκετά υποκεφάλαια για την μετάβαση από το γενικό στο ειδικό μέρος, ενώ παρουσιάζεται πληθώρα γραφικών στον αναγνώστη. Αναφέρονται όλα τα απαραίτητα υλικά και λογισμικά για την ανάπτυξη εξατομικευμένων λύσεων στο PoC, ενώ δίνονται οδηγίες βήμα-βήμα και σημειώσεις περί της ανάπτυξης και τελικά υλοποίησης εξατομικευμένων ορθοπαιδικών προϊόντων τα οποία εμπεριέχουν βελτιστοποιημένες βιομιμητικές δομές.
Στο πρώτο εισαγωγικό κεφάλαιο αναφέρονται τα χαρακτηριστικά της εξατομικευμένης προσέγγισης στην ορθοπαιδική, οι 3D τεχνολογίες που επιτρέπουν την δημιουργία της απαραίτητης διεπιστημονικής συνέργειας, αλλά και οι 3D Μονάδες που μπορούν να εγκατασταθούν μέσα ή δίπλα στα PoCs (νοσοκομεία, κλινικές).
Στο δεύτερο κεφάλαιο αποτυπώνεται το θέμα, η προσέγγιση, η δομή και η υπόθεση της Διατριβής, δηλαδή η έρευνα ωφέλειας της εφαρμογής της τριάδας 3D ψηφιακού σχεδιασμού-3DP-xR σε PoC 3D Μονάδες, υπό κατάλληλη διεπιστημονική συνέργεια ορθοπαιδικών-μηχανικών και βάση κατάλληλης συστηματικής μεθοδολογίας.
Το τρίτο κεφάλαιο περιλαμβάνει κριτική βιβλιογραφική ανάλυση περί των βιοϋλικών που χρησιμοποιούνται στην ορθοπαιδική και στην ιστομηχανική για αναγεννητική ιατρική. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις τεχνολογίες 3DP, και συγκεκριμένα στην σχετική βιβλιογραφία, ιστορική αναδρομή, κατηγορίες, σχεδιασμός για 3DP, χαρακτηριστικά και δυνατότητες. Αναφέρονται τα οφέλη ενσωμάτωσης προηγμένων εργαλείων 3D σχεδίασης και 3DP σε PoC 3D Μονάδες για την υλοποίηση βελτιστοποιημένων βιομιμητικών μέτα-προϊόντων που κατέχουν κατάλληλες εσωτερικές και εξωτερικές δομές για μηχανική και βιολογική υπεροχή, ενώ αναλύονται και σχετικές προκλήσεις. Τέλος, περιγράφονται οι εφαρμογές των xR τεχνολογιών στην ορθοπαιδική.
Στο τέταρτο κεφάλαιο, αιτιολογείται το σκεπτικό της έρευνας και τίθεται η μεθοδολογία προσέγγισης της αρχικής υπόθεσης. Δημιουργείται μια κατάλληλη και νέα συστηματική διεπιστημονική μεθοδολογία που περιλαμβάνει 15 βήματα για την ανάπτυξη εξατομικευμένων ορθοπαιδικών λύσεων, και εφαρμόζεται σε επιλεγμένα περιστατικά για την επίλυση μυοσκελετικών προβλημάτων.
Στο πέμπτο κεφάλαιο, περιγράφονται δυο σενάρια σχετικά με την ίδρυση κατάλληλης PoC 3D Μονάδας και αναπτύσσονται σχετικά θέματα για τοπική και διανεμημένη ανάπτυξη ορθοπαιδικών λύσεων, δηλαδή: δομή και πλαίσιο λειτουργίας, διαδικτυακή πλατφόρμα, κανονισμοί και συστήματα διασφάλισης και ελέγχου ποιότητας, εξοπλισμός (υλικά, λογισμικά), κατόψεις και υποδομές, και κοστολόγηση. Τέλος, παρουσιάζεται η ίδρυση μιας μικρής υποδειγματικής PoC 3D Μονάδας χρησιμοποιώντας τους διαθέσιμους πόρους.
Το κεφάλαιο έξι αφορά τα επιλεγμένα περιστατικά τα οποία λύνονται χρησιμοποιώντας την διεπιστημονική μεθοδολογία 15 βημάτων και την υποδειγματική PoC 3D Μονάδα. Σε όλα τα περιστατικά χρησιμοποιήθηκαν προηγμένες μέθοδοι 3D σχεδιασμού, 3DP και xR. Για τα πέντε πρώτα ογκολογικά περιστατικά (όγκοι πυέλου και ιερού οστού) αναπτύχθηκαν ανατομικές δομές, εξατομικευμένα χειρουργικά εργαλεία και ενδοπροθέσεις 3D ψηφιακά, σε περιβάλλοντα xR, όπως επίσης υλοποιήθηκαν με 3DP για προεπεμβατικό έλεγχο πριν την τελική κατασκευή με 3DP. Το πρώτο περιστατικό αναλύεται λεπτομερώς βήμα-βήμα, δικαιολογώντας κάθε επιλογή και παρέχοντας εναλλακτικές για κάθε περίπτωση, ενώ για τα υπόλοιπα περιστατικά παρουσιάζονται οι τελικές λύσεις. Το έκτο περιστατικό αφορά 3D σάρωση, σχεδιασμό και υλοποίηση (3DP) εξατομικευμένου ορθοτικού προϊόντος (νάρθηκας χειρός).
Τα αποτελέσματα σχολιάζονται στο κεφάλαιο επτά και τα συμπεράσματα και μελλοντικές εργασίες δίνονται στο κεφάλαιο οκτώ. Όλες οι λύσεις που αναπτύχθηκαν, πρωτοτυποποιήθηκαν επιτυχώς στην μικρή υποδειγματική PoC 3D Μονάδα εντός κλινικά αποδεκτών χρόνων και κόστους, ενώ τα τελικά μεταλλικά και πολυμερή τεμάχια των λύσεων που απαιτούσαν βιομηχανικού τύπου 3D εκτυπωτές στάλθηκαν για κατασκευή σε εξωτερικούς συνεργάτες. Η 3DP πολυμερών ανατομικών μοντέλων, χειρουργικών εργαλείων και δοκιμαστικών εμφυτευμάτων, μαζί και η χρήση των τεχνολογιών xR για προεπεμβατικό σχεδιασμό και διεγχειρητική χρήση μπορεί να ενσωματωθεί σε νοσοκομεία και κλινικές με χαμηλό κεφάλαιο και με χαμηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης. Υπάρχουν πολλά διαφορετικά σενάρια PoC 3D Μονάδων που αφορούν την λειτουργία, εξοπλισμό, υποδομές, προσωπικό κ.ο.κ. Είναι ορθολογικό για τα ενδιαφερόμενα νοσοκομεία και κλινικές να ξεκινήσουν με 3D σχεδιασμό και 3DP για πρωτοτυποποίηση και ανάθεση τελικής κατασκευής σε εξωτερικούς συνεργάτες, και να ενσωματώσουν τελική κατασκευή μόνο εφόσον υπάρχει αρκετή ζήτηση. Οι επενδύσεις θα πρέπει να δικαιολογούνται και να οδηγούνται από τις κλινικές ανάγκες ώστε κάθε λύση που αναπτύσσεται να είναι κλινικά και επιστημονικά αποδεκτή και ευεργετική για κάθε μοναδικό ασθενή. Μη τεχνικές προκλήσεις (κανονισμοί, πρότυπα και συστήματα διαχείρισης ποιότητας, εξειδικευμένο προσωπικό) και τεχνικοί περιορισμοί εξακολουθούν να εμποδίζουν το PoC εφαλτήριο των 3D τεχνολογιών και πρέπει να αντιμετωπιστούν.
Καθώς η αναγκαιότητα οδηγεί την εφεύρεση και την καινοτομία, μόλις η ετοιμότητα των 3D τεχνολογιών σταματήσει να αμφισβητείται και το κόστος τους σε συνδυασμό με τον απαιτούμενο χρόνο ανάπτυξης ιατρικών προϊόντων μειωθεί περαιτέρω, η PoC ενσωμάτωσή τους θα επιταχύνει την ορθοπαιδική προς μια πιο έξυπνη κατάσταση για να ξεκλειδωθεί η μαζική προσαρμογή με υψηλή ποιότητα εφαρμογών και αυξημένη ικανοποίηση των ασθενών.
Οι ορθοπαιδικές κλινικές και τα νοσοκομεία είναι χώροι όπου εντός αυτών δεν αναπτύσσονταν ή/και κατασκευάζονταν εξατομικευμένες λύσεις. Καθώς οι 3D τεχνολογίες εξελίσσονται και είναι προσβάσιμες, είναι πλέον εφικτή η PoC ενσωμάτωσή τους. Τέτοιες PoC 3D Μονάδες θα πρέπει να ιδρύονται και να λειτουργούν κατάλληλα ώστε να εξυπηρετείται η συμβίωση ορθοπαιδικών και μηχανικών για την γρήγορη ανάπτυξη εξατομικευμένων λύσεων με χαμηλό κόστος και υψηλή ποιότητα. Οι μηχανικοί μπορούν να επιτρέψουν την ενεργή συμμετοχή των ορθοπαιδικών στην ανάπτυξη κάθε λύσης. Καινοτόμες προσεγγίσεις προηγμένου 3D σχεδιασμό και βελτιστοποίηση, και 3DP μπορούν να εφαρμοστούν για την υλοποίηση μέτα-προϊόντων και «έξυπνων» συσκευών, ενώ μπορεί να δοθεί ιδιαίτερη έμφαση στις τεχνικές ιστομηχανικής και αναγεννητικής ιατρικής και σε άλλες επαναστατικές μεθοδολογίες αντιμετώπισης μυοσκελετικών παθήσεων.
Παρόλο που οι σχετικοί κίνδυνοι είναι γνωστοί στους μηχανικούς, προτείνεται αυξημένη ευαισθητοποίηση για να αποφευχθούν οι κίνδυνοι αλλά και για να εξερευνηθούν και να αξιοποιηθούν πλήρως οι δυνατότητες των 3D τεχνολογιών που εισάγουν νέες προσεγγίσεις με μεγαλύτερο βαθμό προσαρμογής σε κάθε ασθενή, καινοτομία στο σχεδιασμό, βέλτιστη σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας και υψηλή ποιότητα.
