Лікар ортопед-травматолог розповів про 3D моделювання та 3D друк: недосяжна технологія чи необхідний інструмент

Планування хірургічних операцій пройшло багато різних етапів в еволюційній історії сучасної медицини, рухаючись одночасно з прогресом доступних технологій для діагностичної візуалізації. Від простих рентгенограм початку 1900-х років ми прийшли до сучасних систем збору даних, таких як комп’ютерна томографія (КТ) і магнітно-резонансна томографія (МРТ), які надають хірургу детальну реконструкцію анатомії пацієнта в поєднанні з досягненнями в обробці зображень. Сьогодні завдяки технології 3D друку ми можемо зробити ще один крок, переходячи від віртуального світу до фізичного.

Хоча 3D друк зародився в середині 1980-х років, лише в останні роки він почав набувати широкого поширення як у хірургічному, так і в нехірургічному світі. 3D друк базується на процесі адитивного виробництва, який може реалізовувати об’єкти шляхом додавання матеріалу шар за шаром, а не шляхом віднімання від сировини, як у випадку зі звичайними технологіями. 3D друк нещодавно визначено як третю промислову революцію; це визначення здається особливо придатним у зв'язку з величезною кількістю можливостей, які пропонує ця технологія в різних галузях, включаючи медичну.
На сьогоднішній день 3D друк почав відігравати все більшу роль у деяких галузях медицини, таких як стоматологія, ортопедія та травматологія. Його великий успіх у цих галузях пояснюється простотою обробки медичних зображень, оскільки в основному залучаються кісткові структури, що забезпечує чітку видимість і контраст. Процес сегментації, який дозволяє перевести медичні зображення у віртуальну модель, складається з вилучення конкретної структури в кожному шарі набору даних зображення. Після завершення цього процесу кінцева модель експортується у відповідний формат для 3D друку і створюється прототип.

Поява мінімально інвазивних методів, таких як артроскопія або нещодавно робототехніка, повністю змінила підхід хірургів до втручання. Існує потреба в більш глибокому розумінні специфічної анатомії, щоб планувати різні фази операції. З цієї причини необхідно забезпечити хірургів засобами, які дозволять їм належним чином дослідити клінічну ситуацію.

Використовуючи 3D друк, будь-яку анатомічну ділянку, візуалізовану на медичних зображеннях, можна виготовити в реальному масштабі з різних матеріалів і з максимальною точністю залежно від якості зображення та вибраної технології. Хоча дані можна отримати за допомогою будь-якого звичайного методу візуалізації, найчастіше використовують КТ, МРТ і навіть ультразвук.

Завдяки 3D-біомоделям можливе попереднє планування певних медичних процедур, наприклад хірургічних втручань. Це дає змогу хірургу приймати рішення або симулювати операцію до розрізу та полегшує спілкування з пацієнтами та навчання серед студентів.

Однією з головних переваг 3D друку є створення індивідуальних продуктів у невеликих кількостях, що полегшує персоналізовану медицину, тобто лікування з урахуванням індивідуальних особливостей кожного пацієнта.

Неімплантовані медичні пристрої, такі як шини або корсети, також виготовляються з використанням 3D друку, який має багато терапевтичних переваг, оскільки, залежно від анатомічної ділянки, їх можна виготовляти з покращеними характеристиками та властивостями порівняно з традиційними матеріалами та техніками.

Спеціальні навігаційні індивідуальні засоби для пацієнтів є одними з найбільш широко використовуваних інструментів, вироблених за допомогою 3D друку. Оскільки вони точно адаптовані до конкретного пацієнта, їх можна застосовувати для конкретного медичного або хірургічного лікування, наприклад коригуючої остеотомії, для кращого розміщення того чи іншого імпланту.

Хірургічні інструменти, вироблені за допомогою 3D друку, адаптовані не лише до анатомічних особливостей пацієнта, але й до хірурга та конкретної хірургічної техніки. Більшість хірургічних інструментів, які сьогодні використовуються під час втручань, не змінювалися протягом багатьох років і мають структурні характеристики, які не оптимально адаптовані до нових матеріалів і технологій виробництва. 3D друк забезпечує розширене швидке створення прототипів, скорочує час перевірки та підтвердження якості, покращує форму, вагу та міцність медичних інструментів і надає їм унікальних властивостей.

3D друк, як технологія виробництва медичного обладнання, має багато переваг перед іншими традиційними технологіями виробництва. Це дозволяє створювати індивідуальні імпланти, що виготовляються із врахуванням індивідуальних особливостей пацієнта, наприклад товщини або довжини кістки, наявності кісткового дефекту, пухлини тощо.

Технології виробництва за допомогою селективного лазерного спікання дозволяють створювати безпечні металеві імпланти з титану. Це означає, що ці індивідуальні імпланти використовуються у більшій кількості лікарень і в більшій кількості хірургічних методів, що стало більш актуальним в умовах воєнного стану.

Євгеній Чіп, PhD, асистент кафедри хірургії № 3 ПДМУ, лікар ортопед-травматолог ортопедо-травматологічного відділення КП «Полтавська обласна клінічна ім. М.В. Скліфосовського ПОР»