Гиппократу и не снилось: аддитивные технологии в медицине и их применение

В XXI веке, когда компьютерные технологии все теснее срастаются с человеческой жизнью, использование 3D-печати уже перестало быть чем-то сверхъестественным и вполне органично вошло в повседневные будни.
Вполне ожидаемо, что своё применение 3D-печать нашла и в медицине: стоматологии, изготовлении имплантов, создании моделей предоперационного планирования, создание искусственных костей, тканей и кровеносных сосудов.

Объемная 3D-модель дает возможность наглядно представить масштабы предстоящей работы, учесть индивидуальные особенности пациента, выявить дефекты, которые зачастую упускаются в обычных изображениях. На основе напечатанных образцов происходит тщательное планирование операции, просчитываются все возможные риски, создаются подходящие импланты. Евгений Григорьев из Томского научного-исследовательского института онкологии решил использовать аддитивные технологии в медицине и создавать трехмерные модели для использования в своей профессиональной практике и практике коллег.

Как рассказывает Евгений: “Интерес к 3d-печати возник больше двух лет назад. Изначально это было хобби, затем изучив вопрос более детально, я стал размышлять о возможности применения печати во врачебной практике, читал различные форумы, изучал программы для 3d-моделирования, которые могли бы переводить медицинский формат DICOM в удобный для 3d-печати файл. Взвесив все плюсы и минусы, я решил попробовать новые для меня технологии, но так как это был скорее эксперимент моя первая работа была напечатана томскими ребятами из Bestfilament. Увидев конечный результат, расспросив коллег из Best’a о технологии печати, мной было принято решение об использовании аддитивных технологий в своей практике ”.

На сегодняшний день у Евгения есть собственная методика изготовления 3d-моделей, основанная на комплексной обработке полученных медицинских изображений и состоит из нескольких этапов:

Первый этап: проведение компьютерного томографического исследования. Полученные сканы имеют стандартный медицинский​ формат DICOM, и данные файлы годны для следующего этапа.

Второй этап: создание виртуальной модели. На этом этапе работы медицинский формат DICOM при помощи дополнительных программных пакетов преобразуется в файл поверхности .stl,obj или другие варианты, которые сможет интерпретировать слайсер. В нашем случае мы использовали программный пакет 3Dslicer с открытым кодом (3dslicer.org), в среде которого осуществляется подготовка модели в несколько шагов: обрезка с ограничением «зоны интереса», которая непосредственно подлежит 3D-печати; удаление артефактов от металла (импланты, штифты, и др); выборка диапазона плотностей, входящего в макет «поверхности»; применение инструментов сглаживания и удаления «шумов». Результатом проведенных манипуляций является виртуальная модель зоны интереса в виде файла с разрешением .stl.

Третий этап: подготовка виртуальной модели к печати. Файл .stl загружается в программу-слайсер, основная задача которой подготовить модель к печати на конкретной модели 3D-принтера.

Заключительный этап: печать модели, после чего происходит изучение готового образца и выбор оптимального метода лечения.

“За прошедшие два года применять технологии 3D-печати мне приходилось в таких областях как: нейрохирургия, челюстно-лицевая хирургия, онкологическая практика.
В нейрохирургии 3d-печать активно используется при возмещении послеоперационных дефектов. Здесь 3d-модель выполняет роль матрицы, на основании которой воспроизводится индивидуальное протезирование.
В онкологической практике с помощью 3d-печати происходит визуализация дефектов в рамках деструкции. При онкологических заболеваниях затрагивается в том числе и костная ткань, например, лицевой скелет. Это может быть дефект нижней стенки орбиты или верхней или нижней челюсти. Естественно, что после удаления объемного образования этот дефект должен быть возмещен. Как раз здесь и приходит на помощь 3d-печать. При наличии 3d-модели у хирурга есть возможность ознакомиться с предстоящей областью работы до операции: подержать модель в руках, рассмотреть её с разных ракурсов. Также на основе таких моделей создаются протезы, что, безусловно, играет свою положительную роль на эстетическом результате операции.

Из недавнего могу привести такой случай “совместной работы” 3D-принтера и хирургов. К моим коллегам из челюстно-лицевого отделения обратился за помощью пациент с диагнозом гипогнатия (прим. ред. стоматологическое явления, при котором можно наблюдать недостаточную развитость верхней челюсти). В этом случае я напечатал модель для сопоставления верхней и нижней челюсти. 3D-модель дала возможность шевелить нижней челюстью туда-сюда, поворачивать её и спланировать ход операции. Как я узнал, операция прошла успешно, дефект был исправлен, пациент был счастлив.

В заключении скажу, что для меня значительным преимуществом использования 3d-печати является возможность создавать недорогие объемные модели за достаточно короткий срок. В результате, имея перед собой качественную 3d-модель предстоящей области работы, специалист внимательно изучает дефект и планирует ход будущей операции, что позволяет минимизировать вероятность осложнений и сократить время проведения операции”.

Закончить эту статью мне хотелось бы словами римского философа Сенеки:

“Настанет время, когда наши потомки будут удивляться, что мы не знали таких очевидных вещей”.

И действительно, каких-то двадцать лет назад о возможностях 3D-печати знала совсем небольшая часть, а сейчас настало время, когда приобрести 3D-принтер может каждый желающий.
Интересно, что готовит нам будущее?

В XXI веке, когда компьютерные технологии все теснее срастаются с человеческой жизнью, использование 3D-печати уже перестало быть чем-то сверхъестественным и вполне органично вошло в повседневные будни.
Вполне ожидаемо, что своё применение 3D-печать нашла и в медицине: стоматологии, изготовлении имплантов, создании моделей предоперационного планирования, создание искусственных костей, тканей и кровеносных сосудов.

Объемная 3D-модель дает возможность наглядно представить масштабы предстоящей работы, учесть индивидуальные особенности пациента, выявить дефекты, которые зачастую упускаются в обычных изображениях. На основе напечатанных образцов происходит тщательное планирование операции, просчитываются все возможные риски, создаются подходящие импланты. Евгений Григорьев из Томского научного-исследовательского института онкологии решил использовать аддитивные технологии в медицине и создавать трехмерные модели для использования в своей профессиональной практике и практике коллег.

Как рассказывает Евгений: “Интерес к 3d-печати возник больше двух лет назад. Изначально это было хобби, затем изучив вопрос более детально, я стал размышлять о возможности применения печати во врачебной практике, читал различные форумы, изучал программы для 3d-моделирования, которые могли бы переводить медицинский формат DICOM в удобный для 3d-печати файл. Взвесив все плюсы и минусы, я решил попробовать новые для меня технологии, но так как это был скорее эксперимент моя первая работа была напечатана томскими ребятами из Bestfilament. Увидев конечный результат, расспросив коллег из Best’a о технологии печати, мной было принято решение об использовании аддитивных технологий в своей практике ”.

На сегодняшний день у Евгения есть собственная методика изготовления 3d-моделей, основанная на комплексной обработке полученных медицинских изображений и состоит из нескольких этапов:

Первый этап: проведение компьютерного томографического исследования. Полученные сканы имеют стандартный медицинский​ формат DICOM, и данные файлы годны для следующего этапа.

Второй этап: создание виртуальной модели. На этом этапе работы медицинский формат DICOM при помощи дополнительных программных пакетов преобразуется в файл поверхности .stl,obj или другие варианты, которые сможет интерпретировать слайсер. В нашем случае мы использовали программный пакет 3Dslicer с открытым кодом (3dslicer.org), в среде которого осуществляется подготовка модели в несколько шагов: обрезка с ограничением «зоны интереса», которая непосредственно подлежит 3D-печати; удаление артефактов от металла (импланты, штифты, и др); выборка диапазона плотностей, входящего в макет «поверхности»; применение инструментов сглаживания и удаления «шумов». Результатом проведенных манипуляций является виртуальная модель зоны интереса в виде файла с разрешением .stl.

Третий этап: подготовка виртуальной модели к печати. Файл .stl загружается в программу-слайсер, основная задача которой подготовить модель к печати на конкретной модели 3D-принтера.

Заключительный этап: печать модели, после чего происходит изучение готового образца и выбор оптимального метода лечения.

“За прошедшие два года применять технологии 3D-печати мне приходилось в таких областях как: нейрохирургия, челюстно-лицевая хирургия, онкологическая практика.
В нейрохирургии 3d-печать активно используется при возмещении послеоперационных дефектов. Здесь 3d-модель выполняет роль матрицы, на основании которой воспроизводится индивидуальное протезирование.
В онкологической практике с помощью 3d-печати происходит визуализация дефектов в рамках деструкции. При онкологических заболеваниях затрагивается в том числе и костная ткань, например, лицевой скелет. Это может быть дефект нижней стенки орбиты или верхней или нижней челюсти. Естественно, что после удаления объемного образования этот дефект должен быть возмещен. Как раз здесь и приходит на помощь 3d-печать. При наличии 3d-модели у хирурга есть возможность ознакомиться с предстоящей областью работы до операции: подержать модель в руках, рассмотреть её с разных ракурсов. Также на основе таких моделей создаются протезы, что, безусловно, играет свою положительную роль на эстетическом результате операции.

Из недавнего могу привести такой случай “совместной работы” 3D-принтера и хирургов. К моим коллегам из челюстно-лицевого отделения обратился за помощью пациент с диагнозом гипогнатия (прим. ред. стоматологическое явления, при котором можно наблюдать недостаточную развитость верхней челюсти). В этом случае я напечатал модель для сопоставления верхней и нижней челюсти. 3D-модель дала возможность шевелить нижней челюстью туда-сюда, поворачивать её и спланировать ход операции. Как я узнал, операция прошла успешно, дефект был исправлен, пациент был счастлив.

В заключении скажу, что для меня значительным преимуществом использования 3d-печати является возможность создавать недорогие объемные модели за достаточно короткий срок. В результате, имея перед собой качественную 3d-модель предстоящей области работы, специалист внимательно изучает дефект и планирует ход будущей операции, что позволяет минимизировать вероятность осложнений и сократить время проведения операции”.

Закончить эту статью мне хотелось бы словами римского философа Сенеки:

“Настанет время, когда наши потомки будут удивляться, что мы не знали таких очевидных вещей”.

И действительно, каких-то двадцать лет назад о возможностях 3D-печати знала совсем небольшая часть, а сейчас настало время, когда приобрести 3D-принтер может каждый желающий.
Интересно, что готовит нам будущее?