Un padre aiuta il figlio con paralisi cerebrale a camminare grazie a ortesi personalizzate stampate in 3D

In tutto il mondo, oltre 17 milioni di persone hanno un controllo limitato del proprio corpo a causa della paralisi cerebrale. Una diagnosi di paralisi cerebrale può essere terrificante per i nuovi genitori, in quanto si chiedono se il loro bambino potrà mai sedersi, stare in piedi, camminare, nutrirsi o avere una vita normale.

Per consentire ai bambini la mobilità, i medici spesso prescrivono ortesi che hanno lo scopo di correggere i disturbi degli arti o della colonna vertebrale modificando l'allineamento o fornendo supporto. Nonostante, però, il campo della medicina abbia fatto passi da gigante grazie alla moderna tecnologia, le ortesi continuano a essere prodotte sempre nello stesso modo fin dagli anni '50.

Dovendo scegliere tra delle ortesi standard prefabbricate, che sarebbero state inadeguate e scomode per suo figlio, o una costosa soluzione personalizzata, che avrebbe richiesto settimane o mesi per essere realizzata, per poi diventare rapidamente obsoleta a causa della crescita del bambino, un padre ha deciso di prendere in mano la situazione.

 

La storia di un bambino può essere di ispirazione per trovare una soluzione in grado di aiutare molti altri

Sette anni fa, Nik, il figlio di Matej e Mateja, è nato un mese prima del previsto. A causa di difficoltà durante il parto, ha subito gravi danni al cervello, che hanno portato alla paralisi cerebrale. Nonostante la triste prospettiva iniziale, Nik era incredibilmente motivato a muoversi, ma i sintomi della sua condizione gli impedivano di stare in piedi o di camminare da solo.

Matej si fissò un semplice obiettivo: permettere a Nik di camminare. Sono seguiti mesi di ricerca e sviluppo, da cui sono nate delle ortesi su misura stampate in 3D, che forniscono supporto e correzione esattamente dove Nik ne ha bisogno, consentendogli così di muovere i primi passi in maniera indipendente.

Ispirati dal miglioramento immediato, i giovani genitori hanno iniziato a collaborare con degli esperti per cercare di contribuire a migliorare la qualità della vita di altri bambini e cambiare la situazione del settore sanitario, offrendo ortesi realmente personalizzate secondo le esigenze specifiche dei pazienti.

La necessità di una soluzione migliore

"Quando guardi il tuo bambino, sai istintivamente cosa fare per aiutarlo" spiega Matej. "Quando Nik non riusciva a girarsi sul fianco, ho costruito una rampa che gli permettesse di mettersi a pancia in giù. Quando ha scoperto che era divertente, ha cercato di farlo da solo." In seguito, quando cercava di alzarsi in piedi, i genitori gli hanno messo ai piedi degli scarponi da sci per stabilizzargli le caviglie. "Si sentiva subito sicuro, e si vedeva nei suoi occhi che gli piaceva e che voleva progredire. È questo che ci ha dato la forza di andare avanti."

Ma l'entusiasmo di Nik fu presto ostacolato dal suo scarso tono muscolare e dal corto tendine d'Achille, che lo costringevano a camminare sulle dita dei piedi. "Aveva paura di camminare, perché i suoi piedi erano davvero in una cattiva posizione. Se avesse cercato di camminare in questo modo più a lungo, avrebbe danneggiato ossa e articolazioni" spiega Petra Timošenko, la fisioterapista di Nik, che ha suggerito di provare a usare un'ortesi caviglia-piede per stabilizzare il piede.

I tutori prefabbricati sono disponibili in forme e dimensioni standard e, anche se alcuni possono essere leggermente adattati al paziente, cercare di affrontare più sintomi con lo stesso dispositivo ha i suoi limiti. Le ortesi personalizzate di fascia alta sono fatte a mano e lavorate a CNC sulla base di un'impronta in gesso o in schiuma del piede del paziente, ma hanno un tempo di realizzazione di diverse settimane e richiedono comunque ulteriori regolazioni dopo l'applicazione.

Le ortesi presenti oggi sul mercato sono generalmente scomode da indossare e solo i costosi modelli di fascia alta offrono una vestibilità personalizzata, ma il loro prezzo può arrivare alle migliaia di dollari e possono richiedere diverse settimane per essere realizzati.

Le soluzioni attuali sono generalmente scomode da indossare e tendono a causare dolore e irritazioni cutanee, spesso al punto che i bambini non vogliono usarle. I prezzi possono raggiungere facilmente le migliaia di dollari, rendendo le ortesi proibitive per la maggior parte delle famiglie, anche quelle con la migliore copertura assicurativa. Il problema è aggravato dal fatto che i bambini crescono rapidamente e le ortesi, come i vestiti, diventano presto troppo piccole.

"In base alle mie conoscenze, sapevo che un pezzo di plastica non poteva costare molto" racconta Matej, che ha una formazione ingegneristica e ha lavorato come responsabile di ricerca e sviluppo nel settore delle telecomunicazioni per 12 anni.

"Data la combinazione di scomodità e prezzo elevato, nonché tutti gli altri svantaggi, ho deciso di fare qualcosa al riguardo. Al tempo non avevo la soluzione adeguata, ma volevo trovare un modo migliore di progettarla. Stavo solo cercando di aiutare mio figlio come meglio potevo."

Ortesi personalizzate e specifiche per il paziente stampate in 3D

Siamo circondati da prodotti di dimensioni limitate e uniformi, perché le aziende standardizzano i prodotti per renderli il più possibile economici. È impossibile realizzare prodotti con vestibilità personalizzata utilizzando gli strumenti tradizionali, oppure sono richiesti processi complessi che fanno lievitare i prezzi. Se per la maggior parte di noi questo comporta dover sopportare piccole seccature, come le scarpe che fanno male ai piedi per i primi giorni, ciò limita seriamente l'efficacia dei dispositivi in ambito sanitario.

"Non sapevo come venivano prodotte al momento le ortesi, quindi potevo pensare fuori dagli schemi" spiega Matej. Avendo sentito parlare della stampa 3D al lavoro, ha affrontato per la prima volta la questione della produzione. Dopo alcune ricerche, si convinse che la tecnologia avrebbe fornito la giusta combinazione di alta precisione, necessaria per ottenere una vestibilità perfetta, e libertà progettuale, per creare un dispositivo personalizzato. Dopodiché, ha provato diversi metodi per digitalizzare i piedi del figlio e ha imparato a eseguire la modellazione 3D per progettare le ortesi.

Dopo sei mesi di ricerca e sperimentazione, ha messo insieme un nuovo flusso di lavoro innovativo, ora in attesa di brevetto:

1. I piedi del paziente vengono collocati nella posizione corretta e portante (ossia in piedi) su un sacchetto sottovuoto pieno.
2. I piedi vengono scansionati in 3D dall'alto e le impronte vengono scansionate dal sacchetto sottovuoto utilizzando uno scanner strutturale economico montato su un iPad.
3. I dati di scansione vengono uniti e puliti per produrre una rappresentazione accurata del piede del paziente.
4. L'ortesi su misura viene progettata direttamente sul piede scansionato all'interno del software CAD.
5. L'ortesi viene stampata in 3D in alta risoluzione utilizzando una stampante 3D SLA Form 2 e la Durable Resin.

Nel workflow di Matej, i piedi del paziente vengono collocati nella posizione corretta su un sacchetto sottovuoto pieno e vengono scansionati in 3D.

Il primo prototipo progettato da Matej arrivava quasi fino al ginocchio, proprio come le tradizionali ortesi caviglia-piede ma, seguendo il consiglio di Petra, si rese conto che questo impediva al figlio di camminare più liberamente. Ha rapidamente iterato e progettato un prototipo che era poco più alto di una suoletta interna e che entrava in una scarpa. Spesso, i pazienti che indossano ortesi caviglia-piede tradizionali sono costretti anche ad acquistare scarpe molto larghe, che sono difficili da trovare in taglie per bambini. Infine, il prototipo numero 13 è stato un successo.

Le ortesi personalizzate vengono stampate in 3D in alta risoluzione utilizzando una stampante 3D SLA Form 2.

"Ora possiamo fare degli esercizi molto più complicati. Possiamo correre su un tapis roulant e possiamo saltare, perché so che i suoi piedi sono nella giusta posizione e non posso causare deformazioni a ossa o articolazioni, che potrebbero, a lungo termine, richiedere un'operazione di correzione. Se non avesse queste ortesi, i suoi piedi sarebbero in pericolo."

Le ortesi mantengono i piedi di Nik nella posizione corretta, proprio come un calco mantiene l'osso rotto allineato, e Petra può usare la fisioterapia per rafforzare i suoi muscoli e legamenti. Le ortesi sono più efficaci in giovane età, quando il corpo dei bambini può adattarsi alla crescita. Con l'aiuto di una serie di dispositivi personalizzati che trattano solo i sintomi, Nik può migliorare più velocemente e ottenere risultati complessivamente migliori.

"La prima versione gli ha dato sicurezza di sé e stabilità. La seconda versione ha migliorato la sua camminata in generale. Poi la terza lo ha aiutato ad assumere una postura migliore, ed è stato allora che ha cominciato a divertirsi, a camminare e a giocare. La quarta ortesi ha corretto il piede destro, che era fuori dal baricentro del corpo, perciò ora è in grado di stare in posizione eretta con i piedi uniti" racconta Matej.

Le ortesi di Nik sono quasi invisibili dall'esterno e si adattano alle sue normali scarpe.

Rivoluzione del settore medico con la stampa 3D

Per ricevere l'opinione di un esperto, Matej ha presentato il suo flusso di lavoro a Dejan Tašner, un ortottista e protesista certificato. Dopo aver effettuato misurazioni statiche e dinamiche dei piedi di Nik, con e senza le nuove ortesi, era chiaro che la soluzione di Matej rappresentava un nuovo approccio nel campo delle ortesi.

"La stampa 3D ci permette di creare ortesi con spessori differenti in aree specifiche. Possiamo usare un'area più spessa dove serve e uno spessore minimo nelle aree in cui non è richiesta la correzione. E non è possibile fare qualcosa di simile con le soluzioni attuali" spiega Matej.

Dalla scansione alla stampa 3D, Matej è in grado di produrre un'ortesi su misura in meno di 24 ore, per una frazione del costo delle soluzioni tradizionali. La stampa 3D gli permette anche di produrre ortesi più compatte, che si adattano alle normali scarpe dei bambini, in modo che siano quasi invisibili dall'esterno. Grazie all'elevata precisione e alla vestibilità personalizzata, i dispositivi sono comodi da indossare e non provocano le irritazioni cutanee causate dalle tradizionali ortesi personalizzate. "Le ortesi non devono far male. Altrimenti i bambini non le vorranno indossare" spiega Matej.

Ortesi personalizzate per più pazienti. La stampa 3D offre la libertà di progettazione necessaria per creare ortesi con spessori differenti in aree specifiche, così da assistere in modo più appropriato ogni singolo paziente.

Su consiglio di Dejan e Petra, Matej e sua moglie Mateja hanno deciso di brevettare e certificare il flusso di lavoro. In questo modo il processo e i componenti possono soddisfare i requisiti standard per i dispositivi medici, consentendo quindi di avviare sperimentazioni cliniche con altri bambini. Dopo mesi passati a lavorare di giorno e navigare tra un mare di pratiche legali e normative di notte, Matej ha lasciato il suo lavoro e, insieme a Mateja, Dejan e Petra, ha fondato l'azienda aNImaKe, che prende il nome da Nik, per concentrarsi a tempo pieno sulla fornitura di ortesi precise su misura stampate in 3D e aiutare altri bambini bisognosi.

"Al momento stiamo eseguendo dei test con più pazienti affetti da diverse patologie, con età che vanno dai tre agli undici anni. Vediamo già miglioramenti in termini di biomeccanica, che è l'obiettivo principale. Ma i genitori ci hanno riferito soprattutto che i loro figli sono più contenti di svolgere la propria vita quotidiana. Ed è davvero importante, perché i bambini devono sentirsi a proprio agio per usare le ortesi abbastanza spesso e migliorare la loro deambulazione" spiega Dejan.

In futuro, Matej e il suo team vogliono estendere questa tecnica ad altre aree del corpo. Stanno già sperimentando un tutore che aiuta i bambini con paralisi cerebrale e alto tono muscolare a stendere le dita, così da poter strisciare, afferrare oggetti e toccare il mondo che li circonda.

"Vogliamo informare altri operatori del settore medico sugli strumenti attualmente disponibili, in modo che possano fornire migliori opzioni ai bambini" spiega Matej.

Nuovi strumenti e tecnologie avanzate, come la scansione digitale e la stampa 3D, avvicinano dottori e pazienti, consentendo di offrire trattamenti e apparecchiature personalizzati, in grado di fornire il miglior servizio possibile a ciascun individuo. Con il loro esempio di successo, Matej e il suo team stanno lavorando per ispirare altri e realizzare ortesi precise, personalizzate ed economiche.

Nel frattempo, il primo paziente di Matej, e fonte di ispirazione per questa iniziativa, può ora camminare e giocare con facilità insieme al fratello. Nel corso di un anno e mezzo, Nik ha utilizzato quattro ortesi diverse. Suo padre è certo che non avrà bisogno della quinta.

Scopri di più sulla stampa 3D nel settore sanitario

Scopri di più sulle ortesi stampate in 3D da aNImaKe o contatta direttamente Matej e il suo team tramite il loro sito web.