Сказ о том, как Prototypster напечатал первую в России силиконовую 3D-модель сердца человека

Первая модель сердца, “выращенная” из силикона с помощью технологии трёхмерной печати, сможет значительно облегчить жизнь хирургам-ординаторам, которые по сей день отрабатывают навыки на свиных сердцах. И хотя свиные органы близки человеческим по многим параметрам, единственным аргументом в их пользу является доступность. Силиконовое сердце, в свою очередь, является многоразовым симулятором для проведения учебных операций. Оно позволяет делать разрез, а затем накладывать на него шов, и так сколько душе хирурга угодно раз. Prototypster расскажет о том, как нам, первым в России, удалось слепить такой уникальный орган.

Медицина является одной из крупнейших областей применения 3D-печати. Наука опережает научную фантастику: сейчас печатают кости, импланта́ты для черепа, кожу, кровеносные сосуды и даже раковые опухоли.
Во всем мире с недавних пор стремятся перейти на подобные нашему сердцу тренажеры-симуляторы. В Великобритании, например, Nottingham Trent University показал сердце, напечатанное из нескольких видов силиконового геля. И хотя трёхмерная печать постоянно дешевеет и позволяет экспериментировать все больше и больше, изготовление копий органов человека всё еще остается задачей сложной и необычной.

Дела сердечные

За выполнением этого проекта к нам обратилась компания «ИННОРТА», разработчик высокотехнологичных аппаратно-программных комплексов для восстановительного лечения. Первые попытки печати модели сердца из цветного гипса оказались неудачными, поэтому мы стали искать другой материал.
3D-модель была создана соответственно томографическому снимку реального человеческого сердца. На основе трехмерной модели на 3D-принтере была сначала изготовлена мастер-форма из пластика, а уже по ней мы сделали форму для литья из силикона. Возможность максимальной детализации стала решающим критерием при выборе материала для печати мастер-формы. Самой подходящей в этом случае оказалась технология лазерного спекания полиамида (Selective laser sintering), позволяющая сделать тонкостенную, но прочную конструкцию с превосходной детализацией.

Первый напечатанный образец сердца из силикона пришлось немного доработать вручную, утолщая некоторые стенки пластилином. Наглядные изменения были после внесены в модель, что улучшило конечный результат. Существует и вариант печати сердца по частям – такая технология называется ротационное литьё. Вместо единой модели мы получаем модели нескольких деталей, которые упрощают создание форм для литья. Части изделия после печати склеивают в одно и дорабатывают, убирая швы между ними.

Первый силиконовый прототип сердца дал возможность понять потенциал трёхмерной печати Prototypster в медицине. На данный момент нами ведутся разработки чертежей для ротационной системы изготовления сердца. Силиконовые симуляторы планируется предложить клиникам по всей России для тренировки будущих хирургов.

Как создать более точную модель

Мировой опыт показывает, что нам есть к чему стремиться: в конце июня этого года специалисты Spectrum Health в детской больнице Helen DeVos западного Мичигана в США, объявили об успешном внедрении общих методов визуализации для производства трехмерной анатомической модели сердца пациента.

Интеграция компьютерной томографии (КТ) и трехмерной эхокардиографии (3DTEE) была успешно применена для печати гибридной 3D-модели. Для получения наибольшей точности и детализации, специалисты добавили к ним еще один инструмент — магнитно-резонансную томографию (МРТ).

Команда Spectrum Health использовала специализированное программное обеспечение для регистрации изображения различными методами. Компьютерная и магнитно-резонансная томографии являются инструментами визуализации 3D модели. Трехмерная эхокардиография (3DTEE), как сообщил Иосиф Ветукаттил, доктор медицинских наук, сделала возможным 3D-печать модели для пациентов с врожденным пороком сердца.

Каждый инструмент имеет свои сильные стороны, которые могут улучшить качество и увеличить детализацию 3D-печати в целом: КТ точно передает внешнюю анатомию сердца, МРТ превосходит другие методы в измерении объемов, в том числе правого и левого желудочков, а также мышечной ткани сердца, а трехмерная эхокардиография обеспечивает наилучшее визуализацию сердечных клапанов.

Новая технология печати может стать очень полезной для кардиологов и хирургов. Гибридная модель позволит врачам успешнее диагностировать и лечить болезни сердца, в том числе будет способствовать улучшению хирургического планирования. 3D-модели сердца пациентов позволят решать, в каких случаях применять хирургическое вмешательство, а в каких обойтись без него и лечить другими известными методами.

(Источник spectrumhealth.org)