5 инновационных способов применения 3D-печати в медицине | Formlabs

5 инновационных способов применения 3D-печати в медицине | Formlabs 3d печать
3d печать органов в медицине

5 инновационных способов применения 3D-печати в медицине

Точные решения, созданные на месте. медицины становятся все более популярными. Новые инструменты и передовые технологии приближают врачей к их пациентам, предоставляя лечение и устройства, отвечающие потребностям каждого человека.

Расширение применения Технология 3D-печати в медицинском секторе вносит значительный вклад в качество медицинских услуг: с помощью 3D-печати разрабатываются новые инструменты и подходы к лечению, что позволяет пациентам чувствовать себя более комфортно и индивидуально подходить к лечению. Для врачей новые технологии позволяют лучше анализировать сложные случаи и, в конечном счете, предоставляют новые инструменты для улучшения стандартов лечения.

Во второй части этой статьи вы узнаете о пяти областях применения 3D-печати в здравоохранении — от моделей для планирования операций до сосудистых систем и биореакторов — и о том, почему многие медики видят в этой технологии большой потенциал.

Применение и рабочие процессы технологии 3D-печати: опыт клиники Майо

На этом вебинаре доктор Джонатан Моррис, содиректор лаборатории анатомического моделирования и нейрорадиолог клиники Майо, расскажет о том, как используется 3D-печать. в медицине Он также приводит практические примеры того, как радиологи могут извлечь пользу из использования технологии 3D-печати в больнице.

1. Индивидуальные анатомические модели пациента

В современной медицинской практике 3D-печатные анатомические модели, полученные на основе данных сканирования тела пациента, становятся все более важным инструментом для обеспечения более персонализированного и точного лечения. По мере усложнения операций и сокращения времени на рутинные операции визуальные и тактильные анатомические модели помогают хирургам лучше понимать свою работу, улучшают сотрудничество и упрощают общение с пациентами.

Медицинские работники, больницы и исследовательские институты по всему миру используют анатомические модели, напечатанные на 3D-принтере, в качестве справочных инструментов для предоперационного планирования, интраоперационной визуализации, определения размеров медицинского оборудования и предварительной настройки оборудования для стандартных и особо сложных операций. Публикации.

Изготовление персонализированных анатомических пациентов на основе компьютерных и магнитно-резонансных томограмм стало доступным и простым благодаря трехмерной печати. Научная литература с суждениями доказывает, что она помогает врачам лучше подготовиться к операции, что приводит к значительному сокращению расходов и операционного времени. Таким образом, повышается и удовлетворенность пациентов — за счет снижения стресса и сокращения времени восстановления.

Врачи могут использовать индивидуальную анатомическую модель пациента для объяснения процедуры, облегчения согласия пациента и снижения стресса.

Подготовка к операции с использованием предоперационной модели также может повлиять на эффективность лечения. Опыт доктора Майкла Эймса подтверждает это. Получив копию кости предплечья молодого пациента, доктор Эймс понял, что травма была не такой, как он предполагал.

Учитывая эту информацию, доктор Эймс выбрал новую процедуру для мягких тканей, которая была гораздо менее инвазивной, сокращала время восстановления и приводила к образованию гораздо меньшего количества шрамов. Используя распечатанную костную копию, доктор Эймс объяснил процедуру юному пациенту и его родителям и получил их согласие.

Врачи могут использовать хирургические модели пациентов, чтобы заранее объяснить процедуру, улучшить согласие пациента и уменьшить стресс.

Результат: операция длилась менее 30 минут вместо первоначально запланированных 3 часов. Такое минимальное время операции обошлось больнице дешевле, а пациент выздоровел быстрее.

По словам доктора Алексиса Данна, хирурга-ортопеда из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Медицинского центра ветеранов в Сан-Франциско, «все штатные хирурги-ортопеды и почти все сотрудники хирургического отделения использовали дерево». Мы смогли убедиться, что 3D-печать повышает эффективность нашей работы».

Появление новых биосовместимых медицинских полимеров для трехмерной печати открыло путь к разработке новых хирургических инструментов и методик для дальнейшего совершенствования клинических хирургических процедур. К ним относятся стерильные ложки, стерильные хирургические шаблоны, которые можно использовать для определения размеров имплантатов перед операцией, и модели имплантатов, помогающие хирургам экономить время и повышать точность сложных процедур.

Ручная полимерная анатомическая модель «кожи» для 3D-печати.

Доктор Тодд Голдштейн, преподаватель Института медицинских исследований Файнштейна, категоричен в своей оценке важности технологии трехмерной печати для работы его отделения. По его оценкам, сеть медицинских учреждений Northwell могла бы сэкономить 1 750 000 долларов в год, если бы использовала 3D-печатные модели в 10-15 % случаев.

Будь то оригинальные медицинские принадлежности, сложные анатомические модели для наших детских больниц, разработка обучающих систем или создание хирургических стандартов для стоматологических клиник, [технология 3D-печати] увеличила наш потенциал, и таким образом мы смогли создать инструменты для ухода за пациентами, причем разными способами. Технология 3D-печати позволила нам создавать инструменты для лечения пациентов различными способами. Это практически невозможно создать после 3D-принтеров для стереолитографии», — говорит Голдштейн.

Беседа о технологиях

Как создавать анатомические 3D-модели для предоперационного проектирования и настройки пациентов

В нашем технологическом справочнике вы найдете практическое пошаговое руководство для врачей-клиницистов и инженеров-конструкторов по созданию анатомических 3D-моделей на основе данных сканирования пациентов, а также практические советы по настройке параметров КТ/МРТ-сканирования, наборов данных и сегментации набора. Преобразование файлов в формат для 3D-печати.

2. Новые медицинские устройства и инструменты

3D-печать — это почти синоним быстрого создания. Простота использования и низкая стоимость 3D-печати при внутреннем применении произвели революцию в производстве продуктов, и многие медицинские производители используют эту технологию для выпуска новых медицинских приборов и хирургических инструментов.

Более 90 % из 50 крупнейших медицинских компаний используют 3D-печать для создания дорогостоящих медицинских приборов и оборудования для сжигания и горения, чтобы облегчить испытания.

По словам Алекса Дрю, главного инженера-механика международного поставщика медицинского оборудования DJO Surgical, «до того как DJO Surgical приобрела [3D-принтеры Formlabs], мы передавали почти все наши прототипы на аутсорсинг. Сейчас мы работаем с четырьмя принтерами Formlabs, и результаты превосходны». Он доволен результатами: скорость 3D-печати увеличилась вдвое, затраты сократились на 70 %, а уровень детализации позволил компании более эффективно согласовывать проекты с хирургами-ортопедами.

Медицинские компании, такие как Coalesce, используют 3D-печать для создания точных прототипов медицинских устройств.

3D-печать помогает ускорить процесс проектирования, позволяя повторять сложные конструкции в течение нескольких дней, а не недель. Когда перед Coalesce была поставлена задача создать ингалятор, который мог бы в цифровом виде оценивать профиль инспираторного потока у пациентов с астмой, аутсорсинг означал, что время производства каждого прототипа значительно сократилось. дольше. Файлы дизайна необходимо несколько раз пересмотреть и итерировать, прежде чем отправлять их сторонним компаниям для физического воплощения.

Настольная фотолитографическая 3D-печать позволяет компании Coalesce выполнять весь процесс создания прототипов своими силами. Прототип был пригоден для использования в клинических испытаниях и выглядел точно так же, как конечный продукт. Более того, когда компания демонстрировала устройство, покупатели путали прототип с конечным продуктом.

В целом внедрение собственного производства позволило значительно сократить время создания прототипов на 80-90 %. Кроме того, модели печатались всего за восемь часов, а завершались и раскрашивались за несколько дней, тогда как при привлечении сторонних организаций этот процесс занял бы от одной до двух недель.

3. Доступные протезы

Ежегодно сотни тысяч людей теряют конечности, но лишь немногие из них могут восстановить свои функции с помощью протезов.

Поскольку традиционные намерения выпускаются только в различных размерах, пациентам приходится подбирать то, что им больше подходит. С другой стороны, бионические намерения, использующие персонализированные параметры, которые имитируют движения и ручки реального члена на основе стимуляции сохранившихся мышц члена, выигрывают от них, поскольку они очень точны только для пациентов, живущих в развитых странах, и только при наличии лучшей медицинской страховки. В случае с педиатрическими намерениями ситуация еще хуже. Дети растут и неизбежно выходят за рамки своих намерений, требуя дорогостоящих модификаций.

Сложность заключается в отсутствии конструкционных процедур, позволяющих создавать доступные и индивидуальные конструкции. Однако протезисты все чаще стремятся снизить эти высокие экономические барьеры на пути к реабилитации с помощью гибкой 3D-печати.

Такие инициативы, как e-nable, позволяют людям по всему миру узнать о возможностях 3D-печатных протезов. Они обеспечивают независимое движение в индустрии протезирования, предлагая информацию и бесплатные проекты с открытым исходным кодом, так что у пациентов есть возможность получить индивидуальные протезы, разработанные всего за 50 долларов.

Другие изобретатели, такие как Лайман Коннор, пошли еще дальше: используя небольшой парк из четырех настольных 3D-принтеров, Лайман смог изготовить и настроить свой первый протез. Его конечная цель? Создать настраиваемую, полную бионическую руку, которая будет ниже аналогичных протезов, стоящих десятки тысяч долларов в розничных магазинах.

Исследователи из Массачусетского института также обнаружили, что 3D-печать — лучший способ создать более удобные гнезда для протезов.

Кроме того, низкая стоимость изготовления таких протезов и свобода, которую дает возможность создавать индивидуальные конструкции, говорят сами за себя: срок поставки 3D-печатных протезов составляет всего две недели, а их тестирование и обслуживание обходятся гораздо дешевле, чем соответствующих традиционных протезов.

По мере снижения стоимости и улучшения свойств материалов роль 3D-печати в здравоохранении, несомненно, будет становиться все более важной.

4. Ортопедические стельки и ортезы

Те же высокие экономические преграды, которые наблюдаются в протезировании, распространяются и на ортодонтию, и на накладки. Как и многие другие медицинские товары для пациентов, ортопедические изделия, изготовленные по индивидуальному заказу, недоступны из-за высокой стоимости, а их производство часто занимает недели или месяцы.

Пример сына Матея и Ника — классический пример. Ник родился в 2011 году. Осложнения, возникшие при его преждевременных родах, привели к развитию церебрального паралича — патологии, которой страдают около 20 миллионов человек во всем мире. Матей была рада, что ее сын полон решимости преодолеть ограничения, накладываемые его состоянием, но столкнулась с тем, что типичная готовность — на которую обычно уходят недели или месяцы — и ребенок решили преодолеть. И тут же

решил взять ситуацию в свои руки и начал искать новые способы способы достижения своих целей. Благодаря возможностям цифровых технологий, особенно трехмерного сканирования и 3D-печати, Матей и физиотерапевт Ника смогли путем экспериментов разработать совершенно новую инновационный процесс работы над структурой лодыжки.

В результате было создано трехмерное печатное пианино с индивидуальными параметрами, которое обеспечило необходимую поддержку, комфорт и модификации, помогая Нику сделать первые самостоятельные шаги. Это индивидуальное ортопедическое устройство повторило функциональность стандартных ортопедических изделий по меньшей цене и без необходимости дополнительных настроек.

Профессионалы по всему миру используют 3D-печать как новый способ изготовления специалистов для пациентов, беговых дорожек и ортотонусов, а также многих других физиотерапевтических инструментов. В прошлом при проведении физиотерапии с использованием индивидуальных физиотерапевтических инструментов возникало множество проблем. Пациентам часто приходилось долго ждать готового изделия, которое не обеспечивало должного комфорта; 3D-печать шаг за шагом меняет этот статус-кво. Полученные данные подтверждают, что 3D-печатные подошвы и брейсы обеспечивают более точное применение и приводят к лучшим результатам лечения.

5. Биопринтинг, тканевая инженерия, напечатанные на 3D-принтере органы и не только

Обычными способами Современные варианты лечения пациентов с тяжелыми повреждениями органов — это диктатура, пересадка тканей из одной области тела в другую или трансплантация донорских органов. Исследователи в области биопроизводства и механических тканей надеются вскоре расширить этот каталог, включив в него ткани, кровеносные сосуды и органы на заказ.

Трехмерная биопродукция — это процесс создания тканеподобных структур с помощью материалов, известных как биоматериалы (комбинации живых клеток и совместимых субстратов), которые могут быть использованы для создания и применения протезных структур. в медицине . Тканевая механика объединяет новые технологии, в том числе биологического назначения, которые позволяют создавать ткани и органы-заменители в лабораторных условиях для использования при лечении травм и заболеваний.

Используя высокоточную 3D-печать, такие исследователи, как доктор Сампат Нетала из Университета Шеффилда, открывают новые возможности в тканевой инженерии.

Чтобы вызвать рост клеток и сформировать желаемую ткань, доктор Пашна-Тала развивает живые клетки в лабораторной рамке, которая обеспечивает шаблон желаемой формы, размера и геометрии. Например, для создания кровеносных сосудов для пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями требуются трубчатые структуры. Клетки принимают нужную форму и покрываются подвесными каркасами. Затем каркас постепенно разрушается, и живые клетки принимают форму целевой ткани. Она выращивается с помощью биотоплива. В камере, содержащей ткань, воспроизводится внутренняя среда организма, и ткань становится организующей. Она развивается, приобретая механические и биологические свойства органической ткани.

Трехмерный напечатанный биотоплив с миниатюрами тканей аорты в нем. Ткань выращивается на биотопливе и приобретает механические и биологические свойства органической ткани.

Трехмерный напечатанный биотоплив с миниатюрами тканей аорты в нем. Ткань выращивается на биотопливе и приобретает механические и биологические свойства органической ткани.

Это позволяет ученым создавать конструкции специально для пациентов, расширяя возможности хирургического вмешательства и предоставляя уникальную платформу для тестирования новых сосудистых медицинских устройств для людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями. Однако конечной целью является создание сосудов, готовых к имплантации пациентам. В тканевой механике используются клетки, полученные от пациента, нуждающегося в лечении, что исключает возможность отторжения со стороны иммунной системы, которая является основной проблемой в современной трансплантологии.

Трехмерная печать доказала свою способность решать проблемы в производстве синтетических сосудов, в частности, сложность создания требуемой точности формы, размера и геометрии сосудов. Возможность четко отразить специфические характеристики пациента в напечатанном растворе — это шаг вперед.

По словам доктора Пашнех-Тала, «[Создание сосудов с помощью 3D-печати] дает возможность расширить хирургический выбор и создавать сосудистые конструкции для конкретных пациентов. Невозможно создать такие формы».

Мы являемся свидетелями важных событий в области разработки биологических материалов, которые можно использовать в 3D-принтерах. Ученые разрабатывают новые гидрогелевые материалы с такой же консистенцией, как органические ткани, содержащиеся в мозге и легких человека, которые можно использовать в различных процессах 3D-печати. Ученые надеются, что их можно будет имплантировать в органы в качестве «строительных лесов» для роста клеток.

Хотя биопрогнозы полностью функционирующих внутренних органов, таких как сердце, почки и печень, все еще кажутся футуристическими, гибридная трехмерная печать на очень высоких скоростях все больше становится новым видением.

Рано или поздно создание биологических материалов на лабораторном принтере приведет к появлению технологии создания новых полнофункциональных 3D-печатных устройств. В апреле 2019 года исследователи из Тель-Авивского университета напечатали первое сердце на 3D-принтере с использованием органических тканей пациента. Микроскопические копии были созданы с использованием собственной биологической ткани пациента, что позволило добиться полной идентичности с иммунным, клеточным, биохимическим и анатомическим профилем пациента.

Профессор Таль Двир говорит: «На данном этапе сердце, которое мы напечатали, небольшое, размером с сердце кролика, но для создания человеческого сердца нормального размера потребуется та же техника».

Первое трехмерное биоинженерное сердце, созданное в Тель-Авивском университете.

Перспективы 3D-печати в области медицины

Точные и доступные процедуры 3D-печати, особенно настольная стереолитография, демократизируют доступ к технологиям и позволяют медикам разрабатывать новые клинические решения, производить персонализированные медицинские устройства в короткие сроки и делать это по всему миру. Лечение.

По мере совершенствования технологий и материалов 3D-печати они будут расширять возможности персонализированного лечения и продолжать создавать высокоэффективные медицинские устройства.

Оцените статью