Перейти к содержимому

Напечатанные анатомические модели и хирургические руководства для улучшения лечения переломов и сложных остеотомий

AZ Monica - быстро развивающаяся больница общего профиля с кампусами в районе Антверпена в Бельгии, которые включают большое ортопедическое отделение с 18 хирургами-ортопедами, каждый из которых имеет свою специфическую область специализации.

Доктор Фредерик Верстрекен специализируется на хирургии кисти, запястья и предплечья и является движущей силой ортопедического отделения, внедряя 3D-визуализацию, цифровое планирование и 3D-печать с момента первого использования цифровых технологий в 2009 году.

Ортопедическое отделение сначала начинало с аутсорсинга, но теперь охватывает весь рабочий процесс от планирования до сегментации и 3D-печати медицинских инструментов с использованием собственных SLA и SLS 3D-принтеров. 

Проведение сложных остеотомий с помощью направляющих, напечатанных на 3D-принтерах

Одним из первых основных применений цифровых технологий в AZ Monica была остеотомия при неправильно сросшихся костях. Сломанные кости, заживающие в неправильном положении, могут выглядеть странно, вызывать боль, и пациент может потерять такие функции, как движение или сила захвата.

Остеотомии пытаются вернуть кости в правильное положение, но это сложные операции, поскольку в таких случаях речь идет о трехмерных деформациях, которые могут быть угловыми, ротационными, укороченными или всеми перечисленными одновременно. 

Традиционная техника включает в себя просмотр двухмерных рентгеновских снимков и планирование на бумаге, но это не дает полной трехмерной картины деформации, поэтому нет уверенности в том, что то, что медицинская команда планировала раньше, можно будет полностью реализовать в операционной.

"Есть вещи, которые мы не смогли сделать, они были слишком сложными. Вероятность того, что мы восстановим нормальную анатомию, была настолько мала, что мы не стали бы этого делать. Мы бы просто сказали пациенту, что ему придется с этим жить. Жизнь продолжится, но Вы будете ограничены. Например, если у Вас перелом предплечья и Вы не можете вращать рукой, очень трудно работать на компьютере. Очень трудно пользоваться смартфоном. Очень трудно заниматься ручным трудом и спортом", - Фредерик Верстрекен, хирург кисти и запястья, больница AZ Monica.

Цифровые технологии позволяют команде точно планировать каждый случай, печатать анатомические модели в 3D формате, чтобы получить осязаемое дополнительное измерение в процессе планирования и в операционной, а также изготавливать точные хирургические руководства для проведения операций с высокой точностью. "Если мы можем восстановить анатомию, то мы можем восстановить и функцию. Существует тесная взаимосвязь между восстановлением прежней анатомии и возвращением пациентам нормальной подвижности и избавлением от боли", - говорит доктор Верстрекен.

Это позволяет нам делать то, что мы не могли раньше. Аддитивные технологии помогают восстановить полную ротацию предплечья, если речь идет о переломе предплечья, или движение запястья, если речь идет о переломе запястья. Клинические результаты очень впечатляют. Это сильно меняет жизнь пациентов, потому что они могут выполнять ручную работу, водить машину и играть. Многие из них - дети, им было трудно играть, например, в теннис, заниматься спортом с мячом и так далее. А теперь они могут начать заниматься этим снова, и все благодаря 3D-технологии", - Фредерик Верстрекен, хирург кисти и запястья, больница AZ Monica.

3D-планирование дистального плечевого сустава с наложением нормальной стороны на аномальную.

Лечение случаев с использованием цифрового рабочего процесса обычно начинается с двусторонней компьютерной томографии. Команда выделяет аномальную и нормальную стороны, зеркально отображает изображение нормальной стороны и накладывает его на аномальную сторону, чтобы рассмотреть деформацию в 3D.

Затем они печатают анатомические модели на 3D-принтерах или рассматривают случай в дополненной реальности. Если они решают запланировать корректирующую операцию, это делается виртуально на экране компьютера. На основании деформации определяется наилучшее место для остеотомического разреза, и фрагменты нужно будет сместить, чтобы они снова заняли правильное положение. Выбирается, какая фиксация потребуется и какой вид пластины лучше всего подойдет пациенту. Когда вся операция проводится на компьютере, инженер в команде проектирует хирургические инструменты, которые будут напечатаны в 3D и использованы в операционной для установки на кости пациента. Этот процесс позволяет хирургам в точности копировать виртуальный хирургический план в операционной.

Модели костей с учетом особенностей пациента и хирургические направляющие, напечатанные с помощью Nylon 12 Powder, для лечения дистального лучезапястного сустава

"Направляющие подсказывают нам, где нужно сделать отверстия, а где - прорези, так что, когда мы берем пластину, все попадает в нужное положение. С ним мы экономим как минимум 50% времени по сравнению с тем, чтобы делать это от руки", - Фредерик Верстрекен, хирург кисти и запястья, больница AZ Monica Hospital.

Инструменты, которые поступают в операционную, должны соответствовать строгим требованиям. Они должны быть биосовместимыми и выдерживать стерилизацию паром при температуре 134 °C. Это исключает большинство процессов и материалов 3D-печати, за исключением SLA и SLS 3D-печати.

Напечатанная направляющая на предоперационной модели и во время операции.

"Я был очень рад, что появились 3D-принтеры и расходные материалы Formlabs. Для нас это доступный по цене принтер, который печатает материалами медицинского класса, которые мы можем стерилизовать в больнице. Так что для нас это был действительно переломный момент. У нас был небольшой FDM 3D-принтер, который был просто принтером для гаджетов, но он не был медицинского класса. Если бы мы попытались стерилизовать напечатанные на нем детали, они бы расплавились".

Случай малюниоза дистального отдела лучевой кости, 3D-планированный виртуальный результат и рентгенографический результат через 2 недели после операции.

Доктор Верстрекен сначала начал с направляющих из смолы, но обнаружил, что нейлоновые направляющие SLS даже лучше подходят для таких операций, поскольку они более гибкие и менее склонны к поломкам. Поэтому сначала они начали заказывать нейлоновые детали у внешних поставщиков услуг.

"SLS 3D-принтеры, которые были на рынке, были слишком дорогими, слишком хлопотными и так далее. Но всегда была идея, что как только мы сможем найти доступный SLS 3D-принтер, мы должны попытаться его приобрести. А затем появился Fuse 1, и стало очевидно, что именно этот принтер нам нужен для нашей лаборатории", - говорит доктор Верстрекен.

Взгляд изнутри на острые переломы с помощью анатомических моделей 

Наличие собственной 3D-печати также открыло в больнице двери для использования цифровых технологий в острых случаях.

"Если это факультативный случай, например, неправильно сросшийся перелом, который срастался в течение года или около того, то у нас есть время и возможности планировать операцию в течение нескольких недель. Но если речь идет об острой травме - у нас нет времени. Если Вы поступаете в больницу в отделение неотложной помощи со сломанным запястьем, то обычно запястье оперируют в течение двух или трех дней. Если бы нам пришлось отдавать 3D-печать на аутсорсинг, то мы не могли бы быть уверены в том, что готовые модели придут вовремя", - говорит доктор Верстрекен.

"Но теперь, с 3D-принтером и нашим инженером в больнице, взаимодействие стало намного лучше. Мы можем увидеть перелом сегодня, а напечатанные модели получить уже завтра утром в операционной, печатая их за ночь. Такой возможности не было, работая на аутсорсинге", - Фредерик Верстрекен, хирург кисти и запястья, больница AZ Monica.

Рентгеновский снимок и напечатанная анатомическая 3D-модель сложного перелома пальца.

В острых случаях анатомические модели используются при планировании, для обучения и согласия пациента, а также в качестве наглядных пособий в операционной.

"Мы используем анатомические модели в основном для внутрисуставных факторов. Так, если у вас есть кость, которая сломана на части, то нам нужно собрать эти части вместе в операционной. Если у вас есть модель сломанной кости рядом с вами на операционном столе, это очень помогает увидеть, где находятся фрагменты и где именно сломана кость. Ведь мы не можем заглянуть внутрь сустава. Но если у нас есть напечатанная модель кости рядом с нами, мы можем посмотреть на нее изнутри и увидеть, где части сломаны и как они смещены. Это очень помогает нам собрать части в исходное положение", - говорит доктор Верстрекен.

Напечатанные с помощью SLA и SLS анатомические модели можно стерилизовать и брать с собой в операционную. Эта модель была использована для проверки позиционирования металлической пластины.

"Но не только это. Это также помогает нам подготовить операцию на компьютере, собрать все части вместе на компьютере, как пазл, а затем получить напечатанную модель. А напечатная модель позволяет нам выбрать наиболее подходящую пластину для данного конкретного случая и решить, где расположить пластины и винты, чтобы получить наилучший возможный результат", - сказал доктор Верстрекен.

Доктор Верстрекен заявил, что сочетание визуализации, цифрового планирования и напечатанных анатомических моделей позволяет врачам экономить около 30-40% времени в операционной. В этих сложных случаях они гораздо лучше подготовлены к выполнению операции, чем без этих цифровых инструментов, используют меньше излучения и при этом достигают значительно более высокой точности.

Контроль качества и регуляторные вопросы при использовании 3D-печати в собственной лаборатории 

Помимо очевидных клинических преимуществ, наличие собственной лаборатории 3D-печати также предполагает работу с нормативно-правовой базой и контроль качества на каждом этапе процедуры, начиная от сбора и хранения данных, использования компьютерного программного обеспечения для работы с данными, самой 3D-печати и заканчивая отслеживанием результатов и осложнений.

Доктор Верстрекен и ортопедическое отделение работали с юридическими консультантами и консалтинговыми компаниями и получили поддержку от Materialise, чтобы иметь возможность подтвердить свои рабочие процессы. Больница создала систему контроля качества, что также проще, когда все делается своими силами, а дела и процессы хорошо документированы. 

Когда медицинские инструменты производятся сторонними поставщиками 3D-печати, они становятся производителями, и тогда на них также ложится ответственность за соблюдение нормативных требований. Это означает, что больница должна ответить на множество вопросов о показаниях и о том, как она планирует использовать приборы, что ограничивает гибкость и свободу практикующих врачей. 

Наличие собственного производства также облегчает систему контроля качества: "Со сторонними поставщиками Вы не будете уверены в том, как они это делают, какова их система контроля качества, какие порошки и принтеры они используют, и какова точность изготовленного ими инструмента. Например, мы используем очень крошечные сверлильные цилиндры, сверла диаметром 1,2 миллиметра, которые проходят через инструмент. Отдавая предпочтение аутсорсингу, Вы никак не можете быть уверены в точности изготовленной модели. А используя собственную 3D-печать, мы уверены, что получим именно тот диаметр какой нам необходим – ни больше, ни меньше", - сказал доктор Верстрекен.

Как открыть лабораторию цифровых технологий в больнице

Хотя создание лаборатории цифровых технологий в больнице с нуля поначалу может показаться сложным делом, оно становится гораздо проще, если разбить его на более мелкие этапы. 

Доктор Верстрекен определил список ключевых шагов, которые позволят практикующим врачам внедрить цифровые технологии у себя в больнице: 

  • Коллеги, заинтересованные в 3D-технологиях
  • Поддержка со стороны администрации больницы и финансирование
  • Визуализация
  • Клинический инженер и технический персонал
  • Программное и аппаратное обеспечение (все то, что одобрено для применения в медицине)
  • Внешние партнеры: юридические консультанты, аутсорсинговые провайдеры для металлической печати и многое другое

Доктор Верстрекен впервые познакомился с цифровыми технологиями в 2009 году: "Я начал все больше и больше интересоваться этими технологиями и тем, как они могут помочь мне улучшить качество лечения, которое я могу предоставить пациентам".

Сначала он работал с внешними поставщиками для создания моделей и руководств для ограниченного числа наиболее сложных случаев. По мере постепенного расширения спектра приложений и случаев другие хирурги ортопедического отделения также заинтересовались использованием цифровых технологий, что означало, что экономия от масштаба была достаточной, чтобы начать внедрять эти инструменты внутри компании.

Затем AZ Monica приобрела лицензию на программное обеспечение Materialise Mimics, чтобы команда могла начать самостоятельно выполнять сегментацию и визуализацию. Поскольку потребность в этих функциях росла, они наняли инженера для планирования операций и разработки руководств.

Команда AZ Monica включает инженера в лаборатории визуализации и технический отдел, который управляет 3D-принтерами.

Чтобы сократить сроки выполнения заказа и иметь возможность оказывать поддержку в острых случаях, они решили внедрить собственное производство с использованием 3D-принтеров. Сначала они приобрели SLA 3D-принтер Formlabs, который достаточно компактен, чтобы его можно было эксплуатировать внутри отделения. Когда спрос вырос, и они захотели внедрить также SLS 3D-печать и привлекли технический отдел, который теперь занимается печатью и пост-обработкой моделей.

"3D-лаборатория, которую мы имеем сейчас — это сотрудничество между нашим ортопедическим отделением и радиологическим отделением больницы. У нас была потрясающая поддержка со стороны руководства больницы, они очень заинтересованы в том, чтобы поддерживать нас здесь. Они считают, что это отличный способ продвижения больницы, поскольку это показывает, что больница современна, использует новые технологии и нацелена на улучшение качества обслуживания пациентов", - сказал доктор Верстрекен.

Ускорить внедрение цифровых технологий

Одним из остающихся препятствий на пути внедрения цифровых технологий является финансирование. Во многих странах эти процедуры еще не компенсируются страховыми компаниями или государством.

В Бельгии пациенты вынуждены самостоятельно оплачивать эту часть лечения. Выполняя все своими силами, AZ Monica может поддерживать разумные цены, но это все равно ограничивает внедрение. Доктор Верстрекен считает, что давление нарастает и что они близки к заключению соглашения о возмещении расходов не только в Бельгии, но и во многих других странах, таких как Германия или США.

Доктор Верстрекен уверен, что одним из способов ускорения внедрения является обучение. Он входит в группу специалистов по хирургии кисти, специализирующуюся на цифровых технологиях, и их отделение работает с другими больницами в регионе, у которых еще нет собственных лабораторий.

"Важно, чтобы хирурги больше знали об этой технологии. Сейчас многие говорят об этом, и все больше специалистов проявляют интерес. В настоящее время, возможно, 1-5% хирургов-ортопедов действительно используют 3D-технологию, знают, что это такое, и понимают ее потенциал. Но на недавней международной встрече по хирургии кисти в Лондоне от 20% до 30% всего, что обсуждалось, было связано с 3D-технологиями. Медицинское сообщество очень медленно принимает технологии. На это уходит много-много лет. Но я думаю, что сейчас мы прошли точку невозврата, и теперь все как будто прозрели. Все больше и больше больниц будут иметь внутрибольничные лаборатории 3D-печати. Это фантастическая технология, которая позволяет нам оказывать пациентам более качественную помощь", - сказал доктор Верстрекен.

Предыдущая статья Ones Technology: исследования, разработки и массовое производство под одной крышей
Следующая статья Начать с малого и увеличить масштабы: от хобби до профессионального поставщика инженерных услуг