Новости и статьи / Ultimaker — применение в медицине

02.11.2017

ultimaker_in_medicine
Трехмерная печать для предоперационного планирования дает хирургам большие преимущества при подготовке к операции. Однако, из-за высокой стоимости промышленных 3D-принтеров и труднодоступном программном обеспечении, они, пока к сожалению, широко не используются. Вместе с группой исследователей из Ягеллонского университета Ян Витовски нашёл метод, как создавать модели человеческой печени для подготовки перед сложными операциями с использованием настольного 3D-принтера.

Предоперационные модели (или дооперационные руководства, как они иногда называются) особенно полезны в процедурах, требующих точной анатомической визуализации. Они считаются превосходящими стандартные методы визуализации и предлагают несколько преимуществ, таких как сокращение оперативного и восстановительного процесса, снижение кровопотери и лучшей резекции.

Проблемы, с которыми сталкиваются врачи

При выполнении лапароскопической резекции на печени важно иметь возможность видеть, где находится опухоль, и где расположены близлежащие сосуды. Это снижает риск чрезмерной кровопотери во время операции. Это минимально инвазивная процедура, и хирурги стремятся изучить новые способы улучшения подготовки к операции. Однако, основываясь на последнем обзоре литературы, во всем мире было всего 10 случаев, когда врачи использовали 3D-печать в рамках процесса их подготовки. Большой вопрос: что именно мешает им использовать эту технологию?

ultimaker_in_medicine2

г-н Витовски пишет в своей статье, о том, что, как правило, хирурги не используют 3D-печать по причине дороговизны оборудования. Промышленные принтеры стоят более 200 000 долларов США, кроме того, программное обеспечение для сегментации стоит тысячи. Для многих клиник и госпиталей — это неподъёмные затраты. До недавнего времени, большинство моделей печени были созданы с использованием струйного материала (Polyjet / Multijet), стоимость которого составляла до 5000 долларов США за модель.

Еще одним важным фактором, сдерживающим хирургов от использования технологии 3D-печати, было время. Для производства модели с использованием 3D-принтера промышленного класса потребуется от четырех до семи дней. Аутсорсинг занял бы еще больше времени.

Г-н Витовски также подчеркнул тот факт, что SLA и SLS технологии не подходят, так как хирурги теряют способность визуализировать паренхиму (внешнюю форму печени). Он поставил перед собой цель предложить альтернативу, используя принтер FDM и силикон — уменьшая объем производства и затраты, сохраняя при этом все детали, необходимые для улучшения хирургической процедуры.

Использование 3D-принтеров Ultimaker для создания моделей печени

3D-печать модели печени с использованием настольного 3D-принтера сокращает процесс до 60-100 часов. Это также значительно ниже в цене. Г-н Витовски иллюстрирует, как это работает, используя тематическое исследование.
Мы представляем вам кейс использования настольного 3D-принтера:

52-летняя пациентка, о которой идет речь, сначала имела лапароскопическую колоректальную резекцию, а затем через два года прошла лапароскопическую правую гемигепатэктомию (вторая резекция печени), после того, как ее последующая КТ показала один метахронный метастаз.

Ее КТ-сканирования использовались для получения четкой визуализации их анатомических структур, затем виртуальные модели были преобразованы в файл STL и 3D-печать с использованием силикона. Для этого г-н Витовски использовал Blender, Meshmixer, слайсер — Ultimaker Cura и 3D-принтер Ultimaker 2+.

ultimaker_in_medicine3

Этапы разработки модели
Разработка модели состоит из четырех ключевых этапов: сегментация объектов, трехмерная компьютерная обработка в общем виде, нарезка на слои и печать, а затем, наконец, отделка и сборка с силиконовым отверждением.

Общее время печати составляет от 60 до 100 часов, в зависимости от размера модели, количества деталей, точности печати и типа используемого принтера. В этом случае печать заняла 72 часа и была выполнена в шести печатных работах из-за взаимозаменяемости материалов и размеров печатного стола.

Пост-обработка была важна, чтобы максимизировать гладкие свойства поверхности силикона и предотвращать облачность. Модель отшлифовали, используя наждачную бумагу Р100-Р300, затем промыли водой и высушили. Затем её покрывали XTC-3D, само-нивелирующейся смолой. Каждая часть была покрыта, затем оставлена ​​для отверждения примерно на три часа, затем процесс повторялся, чтобы обеспечить гладкую поверхность для литья силикона.
Многокомпонентные структуры склеивались вместе с использованием обычного клея на основе цианакрилата, затем защищались изоляционной лентой и пластилином в связанных областях. Это предотвращает утечку силикона во время фазы литья.

Результаты

Благодаря Ultimaker, г-ну Витовски удалось создать прозрачную, полноразмерную модель печени, в комплекте с видимыми сосудами и колоректальным метастазом, менее чем за 150 долларов. Это было достигнуто с использованием комбинации трехмерных печатных моделей и форм для литья силикона.

Настольные 3D-принтеры, такие как Ultimaker, можно сразу же помещать в больницу и производить физические модели анатомии пациента в течение нескольких часов или дней. Это позволяет хирургам коснуться и почувствовать модель, что делает процесс планирования операции более реалистичным.

Ян заключает: «Я выбрал Ultimaker из-за его надежности. Мне нужен 3D-принтер, который не подведет меня, когда я буду печатать более 20 часов каждый день. Я искренне верю, что использование недорогой печати — огромный шаг к персонализированной медицине. Я определенно буду продолжать использовать Ultimaker, особенно для проектов с высокой отдачей, где я должен обязательно обеспечить результаты вовремя».

ultimaker_in_medicine4

ultimaker_in_medicine5

Расходы и сроки

Модели, созданные с использованием традиционных методов, оценивались около 1000 долл. США для модели печени и 500 долл. США для почек.

ultimaker_in_medicine6

Сравнение затрат между методами изготовления

Затраты на рабочую силу и затраты, связанные с работой 3D-принтера, не брались в расчет, так как г-н Витовски не нуждался в дополнительных сотрудниках (экспертах, тех. специалистах, дизайнерах и т. д.) для выполнения поставленных задач.
Используя методы FDM, модель была создана в течение пяти дней. Затем хирурги смогли исследовать модели визуально и тактильно, помогая им создать оперативный план.

Больше возможностей

Используя 3D-печать в отделениях сосудистой хирургии, кардиохирургии, урологии , Ян и его команда продемонстрировали, что 3D-печать — это не просто тренд, а реальная медицинская помощь. Ягеллонский Университет — это крупнейший научно-исследовательский центр в Польше, который консультирует врачей по всей стране по использованию 3D-печати в медицине.

«Я искренне верю, что использование недорогой печати — огромный шаг к персонализированной медицине».

Совсем недавно Ян и его команда напечатали модель легочных артерий для кардиологов в Отвоке, Польша, для баллонной легочной ангиопластики — процесс расширения узких или затрудненных артерий, или вен. Отчеты показывают, что использование этих моделей сократило оперативное время, улучшило краткосрочные результаты и значительно облегчило планирование.

Скорее всего, это будет только вопросом времени, прежде чем медицинские практики начнут широко использовать технологию настольной 3D-печати и принесут большую пользу.

Хотите приобрести принтеры и расходные материалы от компании Ultimaker? Вы можете приобрести их прямо сейчас!

Ваша команда iGo3D

Наши группы в социальных сетях: