Перейти к содержимому

Как сейчас используется 3D-печать в хирургии позвоночника

Анатомические модели с учетом особенностей пациента могут помочь в моделировании хирургических операций, внутрипалатных дискуссиях, обсуждении вопросов, связанных с согласием пациента, и помочь снизить сопутствующие расходы на хирургическое вмешательство.

Доктор Эндрю Канавати — хирург-ортопед в больнице Westmead в Сиднее, который проявляет особый интерес к клиническому и исследовательскому использованию 3D-печати. Он разработал несколько индивидуальных распечатанных на 3D-принтере спинальных направляющих для пациентов, помогающих в хирургии, и использует композитные модели, изготовленные из нескольких различных материалов Formlabs, для планирования сложных операций.

3D-печать опухолей 

Исторически сложилось так, что исследования в области медицинской печати были сосредоточены на FDM принтерах из-за их низкой цены и повсеместного проникновения на рынок в прошлом. Доктор Канавати считает, что существует огромное преимущество в использовании SLA 3D-печати, благодаря превосходным свойствам материала конечных деталей. Такие свойства материала, например, как возможность печатать водонепроницаемые модели (чего нельзя сделать с помощью FDM), означали возможность печати и тестирования медицинских изделий более высокого качества.

Однажды доктор Канавати осматривал пациента, который жаловался на боль в ногах. В молодости у пациента была диагностирована доброкачественная опухоль. Новые МРТ и КТ показали, что опухоль росла в сторону позвоночника пациента. Давя на нервы, опухоль представляла серьезную медицинскую проблему.

Каждая опухоль индивидуальна, и каждый пациент индивидуален. В сложных случаях, связанных со спинным мозгом и нервами, возможность исследовать анатомию человека в трехмерном пространстве может быть разницей между успешной операцией или неудачной.

Доктор Канавати решил прибегнуть к своему SLA 3D-принтеру Formlabs и фирменным смолам. На полную модель нижнего отдела позвоночника и опухоли ушло 156 мл смолы Grey Resin, что эквивалентно всего 23 долларам.

Модель позвоночника пациента была напечатана чуть менее чем за 13 часов с использованием всего 156 мл смолы (23 доллара).

Физическая 360-градусная модель позвоночника пациента и опухоли помогает хирургам уменьшить количество ошибок и улучшить результаты лечения. Модели помогают хирургам визуализировать точки контакта между опухолью и нервными ветвями и управлять ими, что придает им большую ловкость и уверенность при операции. Это главное преимущество 3D-печати для хирургии позвоночника. Наличие собственных SLA 3D-принтеров позволяет хирургам сканировать, сегментировать и печатать модели в течение дня. В экстренных случаях, когда время имеет решающее значение, созданная на 3D-принтере модель может информировать хирургов о решениях и придавать им дополнительную уверенность.

Наличие доступа к 3D-печатной модели помогает в предоперационном планировании, позволяя доктору Канавати оценить возможность проведения операции. Меньшее время операции означает уменьшение напряжения спинного мозга, не вызывая прямого повреждения нервной системы. Это также позволило команде лучше понять, какая ножка (небольшая структура, похожая на стебель, соединяющая орган или другую часть тела человека или животного) являются жизнеспособными, и как лучше провести операцию.

Нервы были напечатаны при помощи Elastic Resin и помещены на напечатанную 3D-модель кости.

Но на этом доктор Канавати не закончил создание модели. Он продемонстрировал возможности SLA 3D-печати для медицинского применения, используя несколько материалов на одном принтере. Доктор Канавати поменял Resin Tank со смолой Grey Resin на новый и начал создавать копии нервов пациента из Elastic Resin. Это позволило ему наложить нервы на модель позвоночника, что означало отсутствие неожиданностей после начала операции. Он сказал: "Мы начали оперировать пациента со спины. Во время операции мы не могли видеть нервы, но благодаря созданной 3D-модели мы точно знали, где они находятся".


Сохранение ограниченного ресурса

3D-печать может помочь не только в предоперационном планировании. Доктор Канавати хотел узнать, сможет ли он напечатать на 3D-принтере шаблоны для резки для конкретного пациента, чтобы использовать их для точной ламинэктомии. По словам Джона Хопкинса, ламинэктомия — это тип операции, при которой хирург удаляет часть или всю позвоночную кость. Это помогает уменьшить давление на спинной мозг или нервные корешки, которое может быть вызвано травмой, грыжей диска, сужением канала (спинальный стеноз) или опухолью. Согласно общенациональной стационарной выборке (NIS) Проекта затрат на здравоохранение и использования (HCUP), «ежегодная оценка ламинэктомии составляет в среднем около 34 выписок на 100 000 взрослых с 1998 по 2008 год», что делает их очень распространенной операцией.

Доктор Канавати снова обратился к своему 3D-принтеру Formlabs и смоле Grey Resin, напечатав на одной платформе направляющие и модель позвоночника. После извлечения и пост-обработки моделей, он смог вкрутить направляющие в модель позвоночника, чтобы проверить, подходят ли они. Если требовались какие-либо корректировки, их можно было легко напечатать заново.

Проводя полную хирургическую симуляцию перед исследованием на трупе, команда может найти проблемы с режущими направляющими, не тратя и не рискуя свежим трупом. Учитывая, что трупный материал является ограниченным ресурсом, снижение количества неудач на этапе предоперационного тестирования является источником значительной экономии средств.

Режущие направляющие имеют еще одно преимущество: они позволяют использовать высокоскоростные сверла. Обычно высокоскоростные сверла не допускаются при проведении операций, так как при неправильной ориентации они могут повредить окружающие нервные элементы. Но с идеально подогнанной направляющей для резки, напечатанной на 3D-принтере, такие сверла смело можно использовать, они значительно улучшают и ускоряют операцию.

После данного опыта, доктор Канавати опубликовал исследовательскую работу по этой теме под названием «Разработка новых направляющих для ламинэктомии 2-в-1, напечатанных на 3D-принтере с интегрированными направляющими для сверления транспедикулярных винтов».

Узнайте, как 3D-печать уже влияет на хирургию

Доктор Канавати - не единственный медицинский специалист, использующий 3D-печать для оптимизации рабочих процессов и улучшения результатов операций на позвоночнике. 

Например, Эндрю Боуи отвечает за руководство 3D-платформой в Королевском лазарете Виктории и больницах Фримена, базирующихся в Ньюкасле, которые являются первыми центрами лечения позвоночника в Великобритании. Команда Боуи печатает 3D-анатомические модели, которые помогают врачам объяснять процедуры пациентам и их семьям, помогая в полной мере продемонстрировать риски и управлять ожиданиями. Проведя полное хирургическое моделирование перед операцией, мистер Боуи смог сэкономить более 120 минут времени во время сложной хирургической процедуры, что составляет около 8000 фунтов стерлингов из средств больницы. Кроме того, этот процесс также способствовал уменьшению кровопотери и улучшению коммуникации с хирургической бригадой на протяжении всей процедуры. 

«Операции на позвоночнике могут быть чрезвычайно сложными, и нет двух одинаковых процедур. Анатомические модели помогают таким хирургам, как я, объяснять связанные с процедурой риски, что важно для получения информированного согласия, особенно когда осложнения могут поставить их под угрозу паралича». - Эндрю Боуи, спинальный хирург, больница Newcastle upon Tyne Hospitals.

Предыдущая статья Как найти бесплатные файлы STL
Следующая статья Vishal Tools: 3D-печать для проверки дизайна