Endoscope-I
Protolabsin luomalla pienellä osalla on suuri rooli syöpädiagnoosien nopeuttamisessa
Korva-, nenä- ja kurkkutautien (ENT) klinikoille lähetteen saaneet potilaat voivat saada nopeammin syöpädiagnoosin ja hoitoa Protolabsin valmistaman osan ansiosta.
Nasoendoskopia on diagnostinen toimenpide, johon kuuluu nenäontelon, kurkun ja kurkunpään tutkimus. Teleskooppinen erikoisinstrumentti nimeltään endoskooppi viedään nenäontelon kautta alas kurkun takaosaan, jolloin se kerää yksityiskohtaisia valokuvia rakenteista.
Endoscope-i-yhtiön suunnittelemaa ja Protolabsin 3D-tulostuksella valmistamaa osaa käyttäen Apple iPhone kiinnitetään joustavaan endoskooppiin. Tämä yhdessä Endoscope-i:n omistusoikeudellisen ohjelmiston kanssa mahdollistaa suuriresoluutioisten endoskopiakuvien ottamisen, tallentamisen ja iPhoneen siirtämisen. Tekniikka mahdollistaa kurkkusyöpien nopean etädiagnostiikan.
Vuonna 2012 perustetun Endoscope-i-yhtiön idean takana on Ajith George, joka toimii tällä hetkellä pään ja kaulan alueen syöpien ENT-erikoislääkärinä Royal Stoke University Hospital -sairaalassa. Yhtiötä johtaa toimitusjohtaja Chris Coulson, joka toimii otologian ENT-erikoislääkärinä Queen Elizabeth Hospital -sairaalassa Birminghamissa. Tiimiin tuovat teknistä asiantuntemusta sähkö- ja ohjelmistoinsinööri Simon Pargeter ja mekaniikkasuunnittelun insinööri Mark Prince, jotka myös olivat mukana perustamassa yhtiötä.
“Mielestäni Protolabs on hyvin nopea. Yhtiö reagoi erittäin nopeasti ja tarjoaa erinomaista tukea. Sen palvelutaso on ollut aina loistava.”
Mark Prince, Endoscope-i-yhtiön mekaniikkasuunnittelun insinööri
Endoscope-i:n innovatiivista ENT-arviointimenetelmää kokeiltiin University Hospital North Midlands (UHNM) -sairaalan äänen käheyttä tutkivalla klinikalla Stokessa covid-pandemian huippuvaiheessa.
Perinteisesti erikoislääkäri näkee potilaat, joilla tutkitaan kurkkusyövän mahdollisuutta, sairaalaympäristössä. Diagnoosia varten erikoislääkärit tekevät nasoendoskopian käyttäen endoskooppia ja endoskopiatornia, joka on videokuvantamisohjelmistolla varustettu suuri tietokone. Endoskopiatorni voi maksaa jopa 50 000 £, ja vaikka sillä saa erittäin suuriresoluutioisia kuvia, suurten kustannusten vuoksi sairaaloissa ei yleensä ole käytössä useampaa tällaista laitetta.
Endoscope-i:n ainutlaatuisen järjestelmän kauneus piilee siinä, että se tekee iPhonesta murto-osalla tästä hinnasta käytännössä endoskopiatornin. Yhtiö on suunnitellut ja hionut tätä teknologiaa lähes vuosikymmenen ajan, mutta älypuhelimien kuvantamistoimintojen edistysaskeleet ja yhteiskunnallisten liikkumisrajoitusten aiheuttamat ainutlaatuiset haasteet saivat Yhdistyneen kuningaskunnan kansallisen terveyspalvelun (NHS) kiinnostumaan Endoscope-i:n laitteiden koekäytöstä UHNM:n äänen käheyttä tutkivalla klinikalla.
| TIIVISTELMÄ |
|---|
|
Perinteisesti korva-, nenä- ja kurkkutautien erikoislääkäri tekee nasoendoskopian – toimenpiteen, jolla potilaat tutkitaan nenän kautta ja kurkusta – käyttäen joustavaa endoskooppia ja suurta tietokonetta kuvantamiseen. Haasteena oli kehittää Protolabsin tarjoaman tuen avulla laite, joka yhdistää Apple iPhonen endoskooppiin, jotta erikoislääkärit voivat diagnosoida kurkkusyövät helpommin.
Endoscope-i-yhtiön tiimi otti yhteyttä Protolabsiin sen tarjoamien materiaalineuvojen sekä nopean digitaalisen valmistuspalvelun vuoksi. Laitteen kannalta kriittinen osa valmistettiin 3D-tulostuksella käyttäen prototyypin laatimis- ja valmistusteknologiaa, joka sopii hyvin mallin geometriseen monimutkaisuuteen sekä osan suorituskykyvaatimuksiin.
Protolabs hoiti osien 3D-tulostuksen nopeasti käyttäen additiivista valmistusteknologiaa, stereolitografiaa. Materiaalitestaus-, valmistus- ja toimitusprosessin jälkeen osat sopivat täydellisesti suorituskykyvaatimuksiinsa, ja prosessi säästi Endoscope-i:ltä sekä aikaa että rahaa koko tuotekehitysvaiheen ajan. |
Kokeilun aikana yleislääkärin lähetteen saaneet potilaat, joilla katsottiin historiansa perusteella olevan suuri kurkkusyövän riski, lähetettiin perinteistä reittiä erikoislääkärille sairaalan äänen käheyttä tutkivalle klinikalle. Samaan aikaan lähetteen saaneet potilaat, joiden riski luokiteltiin pieneksi, kutsuttiin paikalliselle klinikalle Endoscope-i:n teknologialla toteutettavaan arviointiin. Tämän nasoendoskopian teki erikoiskoulutuksen saanut sairaanhoitaja, ei erikoislääkäri.
Toimenpiteen jälkeen sairaanhoitaja pystyi Endoscope-i:n laitteen avulla tallentamaan kuvat ja lähettämään ne nopeasti erikoislääkärille, joka työskenteli usein etävastaanotolla covid-rajoitusten vuoksi. Endoscope-i:n ohjelmiston avulla erikoislääkäri kykeni sitten katsomaan kuvat läpi ja tunnistamaan nopeasti niistä tärkeimmät.
Erikoislääkäri pystyi Endoscope-i:n järjestelmän avulla tutkimaan potilaan tehokkaasti, arvioimaan patologisen tilan vakavuuden ja tekemään diagnoosin vain muutamassa sekunnissa ennen lähetteen lähettämistä takaisin, yleensä kahden päivän kuluessa. Koko järjestelmä paransi huomattavasti erikoislääkärin ajankäyttöä, joka on prosessin kallein osa.
Endoscope-i-klinikka todettiin pilotin aikana niin tehokkaaksi pienen riskin potilaiden arvioinnissa, että sille annettiin tehtäväksi myös osa suuren riskin potilaiden arvioinnista erikoislääkärien vakioklinikkaan kohdistuvan paineen helpottamiseksi.
Endoscope-i:n laitteen menestys oli niin suurta, että UHNM:n äänen käheyttä tutkiva klinikka Stokessa pystyi lisäämään arvioimiensa potilaiden määrää. Tämä oli erityisen huomionarvoista siinä valossa, että covid-pandemian aikana useimmat sairaalapalvelut toimivat vain noin 10 %:n kapasiteetilla. Stoke kykeni lisäämään kapasiteettia.
Stokessa kokeiltu äänen käheyttä tutkiva klinikka otetaan nyt käyttöön muissa Yhdistyneen kuningaskunnan sairaaloissa. ”Kokeilun tulokset olivat huomattavat”, Endoscope-i-yhtiön suunnitteluinsinööri Mark Prince selittää. ”Yhdellä äänen käheyttä tutkivalla klinikalla käyneellä potilaalla syövän todennäköisyyden katsottiin olevan riski-indeksin perusteella pieni. Kuitenkin kun endoskooppiamme käytettiin, tuloksena saadut kuvat osoittivat hänellä olevan kurkkusyöpä. Onneksi järjestelmämme ansiosta tämä potilas diagnosoitiin nopeammin ja hän pystyi hakeutumaan hoitoon nopeammin kuin ehkä muutoin olisi pystynyt. “
”Ja tämä johtuu vain Protolabsin valmistamasta pienestä muovipalasta”, Mark sanoo. ”Luonnollisesti tämän pienen muovipalan ympärillä on paljon muutakin, mutta se on järjestelmässämme keskeisessä osassa. Tulokset ovat loistavia potilaiden ja sairaaloiden kannalta.”
Protolabs tarjoaa parasta mahdollista palvelua Markin kaltaisille innovaattoreille, sillä yhtiö on maailman nopein digitaalinen valmistaja. Sillä on alansa johtava verkossa toimiva tarjousalusta ja automatisoitu palautejärjestelmä.
“Työskentelemme mielellämme Protolabsin kanssa, koska yhtiö tarjoaa aina erinomaista palvelua.”
Mark Prince, Endoscope-i-yhtiön mekaniikkasuunnittelun insinööri
Mark toimii paitsi Endoscope-i:n suunnittelukehityksessä myös vanhempana luennoitsijana Aston University -yliopistossa, jossa hänen erikoisalaansa ovat automaatio ja additiivinen valmistus – Mark tietää siis lähes kaiken 3D-tulostuksesta!
Mark on Protolabsin pitkäaikainen asiakas, sillä ensimmäinen yhteistyö toteutettiin vuonna 2014. Miksi tämä additiivisen valmistuksen asiantuntija alun perin päätti tehdä yhteistyötä Protolabsin kanssa?
”Valitsin Protolabsin alun perin siksi, että Endoscope-i-yhtiössä työskentelyn lisäksi olen yliopisto-opettaja – opetan koneenrakennusta ja mekaniikkasuunnittelua”, Mark selittää. ”Yksi paikoista, joihin aina ohjaamme opiskelijat, on Protolabs. Sieltä he saavat tarjoukset suunniteltavista osista, jotka on määrä ruiskuvalaa. Protolabsilla on hyvin nopea ja erittäin nopeasti reagoiva kustannus- ja tarjouslaskentaohjelmisto. Se on loistavaa, sillä opiskelijat näkevät, mitä muutoksia malleihin on tehtävä, jotta osista tulee tuotantokelpoisia.”
”Tiesin siis Protolabsin tästä syystä, joten kun Endoscope-i:n valmistusprojekti alun perin alkoi vuonna 2014, päätin kokeilla Protolabsia ja huomasin, että yhtiö on hyvin nopea. Se reagoi erittäin nopeasti ja tarjoaa erinomaista tukea. Kaikki on sujunut erinomaisesti aina siitä lähtien. Sen palvelutaso on ollut aina loistava.”
Mark työskentelee säännöllisesti Protolabsin kanssa varmistaakseen, että Endoscope-i:n tuoteportfolio pysyy Applen säännöllisten tuotelanseerausten tahdissa mukana.
Mark selittää: ”Apple tuo uusia laitteita markkinoille kahden vuoden välein. Näin ollen yhtiön tuotevalikoima laajenee. Toimitamme tuotteitamme suoraan asiakkaillemme, jotka ovat sekä julkisella että yksityisellä sektorilla toimivia kirurgeja, erikoislääkäreitä ja eläinlääkäreitä. Emme koskaan tiedä, mitä laitteita he aikovat käyttää. Se tarkoittaa, että meidän on tarjottava sovittimia, jotka sopivat mihin tahansa iPhoneen. Suunnittelen siis kahden vuoden välein neljä uutta laitetta, jotka sopivat Applen julkaisemiin uusiin laitteisiin.”
Viimeisimmässä Protolabs-yhteistyössä Mark loi neljä uutta osaa – sovittimet iPhone 13:lle, iPhone 13 Pro:lle, iPhone 13 Pro Maxille ja iPhone 13 Minille. Niiden kaikkien geometria on hyvin samankaltainen, pituus suunnilleen 10–15 cm, riippuen iPhonesta, jolle itse kukin on suunniteltu. Osat näyttävät samanlaiselta kuin älypuhelimen suojakuori, ja iPhone kiinnitetään niillä erilaisissa lääketieteellisissä toimenpiteissä käytettäviin jäykkiin tai joustaviin endoskooppeihin, gastroskooppeihin ja laparoskooppeihin, joilla tutkitaan suolia tai sisäelimiä, nasoendoskooppeihin, joilla tutkitaan kurkkua, kielen tyviosaa ja kurkunpäätä, sekä jäykkiin otoskooppeihin, joilla tutkitaan välikorvaa ja tärykalvoa.
”Tätä iPhone 13 -sukupolvea varten niitä ei ruiskuvalettu aiempien osien tapaan”, Mark sanoo. ”Tämä johtuu siitä, että ruiskuvalun tuotantovaatimukset yleensä työntävät minua tiettyyn suuntaan morfologian tai mallin muodon osalta, mutta 3D-tulostus tarjoaa minulle paremman joustavuuden. Voin tehdä paljon monimutkaisempia muotoja, eikä minun tarvitse huolehtia alta leikkauksista ja muista sen kaltaisista asioista. Sen vuoksi suurin osa koko rungon mittaisista sovittimista – niistä, jotka näyttävät puhelinkotelolta – on valmistettu 3D-tulostuksella.”
Protolabsin 3D-tulostus tai additiivinen valmistus varmistaa tarkkuuden ja toistettavuuden, jotta suunnittelijat saavat todella tarkkoja osia. Teknologia sopii toimiville prototyypeille, monimutkaisille malleille ja tuotantokomponenteille, joilla on erittäin tiukat aikataulut. Additiivisesti valmistettavat osat rakennetaan stereolitografian, selektiivisen lasersintrauksen sekä Multi Jet Fusion-, PolyJet- ja metallin lasersintrausprosessin avulla useita muovi- ja metallimateriaaleja käyttäen.
Endoscope-i-projekti oli melko yksinkertainen. Protolabs toimitti materiaalin, Bayblend T65 XF (musta), jota on käytetty aiemmissa laitteissa. Protolabs antoi alun perin neuvoja tätä materiaalia valittaessa, kuten Mark selittää: ”Kun ensimmäisen kerran työskentelin Protolabsin kanssa näiden älypuhelinsovittimien parissa, yritin löytää sopivan materiaalin. Halusin sen olevan kestävää ja suorituskykyistä mutta lisäksi turvallista ihmisille. Protolabs antoi erinomaisia neuvoja. Valitsimme T65 XF:n, joka on polykarbonaatti-ABS; samaa materiaalia käytetään autojen sisätiloissa. Se kestää hyvin eri lämpötiloja, ja Protolabs antoi kutistumista koskevia neuvoja.”
”Protolabs osaa antaa loistavia materiaalineuvoja. Kerran yritimme selvittää, onko nailon 11:n käyttäminen mahdollista yhdessä osassamme. Emme olleet varmoja sen toimivuudesta, joten Protolabs teki testin puolestamme. Protolabs tulosti osan nailon 11- ja nailon 12 -materiaalista, mustana ja valkoisena, niin että kykenimme kokeilemaan sitä eri väreissä ja eri materiaaleista valmistettuna varmistaaksemme, että se toimisi tarvitsemallamme tavalla. Protolabs teki tämän omakustanteisesti, minkä ansiosta saimme määriteltyä yksityiskohdat tarkasti käyttämättä enempää rahaa prototyyppeihin. Se oli loistavaa.”
”Työskentelemme mielellämme Protolabsin kanssa, koska yhtiö tarjoaa aina erinomaista palvelua. Olemme aiemmissa projekteissa saaneet neuvoja ohjeista, jotka meidän on lisättävä valmistajan selosteeseen. Käytämme niitä edelleen voidaksemme varmistaa, että osista tulee juuri sellaisia kuin tarvitsemme. Erityisen hyödyllistä on, että kun Protolabsilta kysyy, toimiiko jokin, yhtiöstä osataan selittää, miksi he eivät usko jonkin toimivan. He ovat antaneet meille tukea siihen, mitä prosesseja voisimme harkita; meillä oli jonkin aikaa ongelmia muodonmuutoksissa, eivätkä jotkin säikeet toimineet kunnolla osissa, joten saimme neuvon käyttää eri prosessia, ja otettuamme tuon prosessin käyttöön se toimi hienosti joka kerta.”
Endoscope-i on mukana projektissa, jossa äänen käheyttä tutkiva klinikka otetaan käyttöön muissa NHS:n sairaaloissa, ja sen lisäksi useissa muissa julkisen ja yksityisen sektorin projekteissa. Näihin kuuluu esimerkiksi Yhdistyneen kuningaskunnan puolustusministeriön kanssa tehtävä yhteistyö Endoscope-i:n mullistavien laitteiden käytöstä joukkojen korvien terveyden nopeaa seulontaa varten. Projektissa määritetään strategioita tienvarsipommien räjähdyksestä aiheutuvien iskevien kuulovaurioiden hoitoa varten.
Tämä on kiireistä aikaa tälle innovatiiviselle yhtiölle, joka siirtyy vahvuudesta toiseen – ja Mark suunnittelee jo seuraavaa Protolabsin kanssa toteutettavaa projektia.
”Olemme tähän mennessä käyttäneet Protolabsia ruiskuvaluun ja additiiviseen valmistukseen. Pian alkaa seuraava projektimme, jossa käsittelemme CNC-koneistusta. On kiinnostavaa nähdä, miten se sujuu, mutta luotan siihen, että Protolabsin kanssa työskennellessämme saavutamme oikean lopputuloksen.”
