Druk 3D w diagnostyce i edukacji medycznej

Druk 3D w medycynie — obok motoryzacji i lotnictwa — rozwija się najbardziej dynamicznie. Oprócz transplantologii (bioprintingu) technologie addytywne znajdują również zastosowanie w obszarze chirurgii i planowania przedoperacyjnego.

Od początków istnienia technologii obrazowania medycznego, czyli od ponad 100 lat, lekarze przyzwyczaili się do pracy w dwóch wymiarach. Promieniowanie rentgenowskie, tomografia komputerowa lub PET-CT oraz obrazowanie MRI (rezonans magnetyczny), tworząc dwuwymiarowe reprezentacje badanego lub leczonego fragmentu ciała, zapewniają personelowi medycznemu nieocenioną wiedzę.

Druk 3D w obrazowaniu medycznym

Jednak ludzkie ciało istnieje w trzech wymiarach, a współczesna medycyna staje się coraz bardziej spersonalizowana. Uzyskanie dogłębnego wglądu w trójwymiarowe zmiany chorobowe z modeli dwuwymiarowych wymaga pewnego stopnia umiejętności wizualizacji, co dla chirurgów często stanowi wyzwanie. Tradycyjnym modelom 2D brakuje indywidualnych cech, z którymi chirurdzy mają do czynienia w prawdziwym świecie anatomii i skomplikowanych zmian chorobowych.

W ogólnych modelach 3D brakuje szczegółowych danych pacjenta, które mogłyby znacząco wpłynąć na wynik operacji. W przypadku ortopedii (operacji kręgosłupa), chirurgii szczękowo-twarzowej, neurochirurgii, operacji kardiochirurgicznych i innych — szybkie drukowanie modeli anatomicznych w 3D — przewodników specyficznych dla pacjenta, pochodzących z jego rzeczywistego obrazowania, zmienia oblicze operacji. Korzystając z modelu, chirurdzy mogą lepiej ocenić konkretny rozmiar i kształt wady anatomicznej, przez co wykonywać operację z większą pewnością siebie i w krótszym czasie. Przekłada się to na ograniczenie czasu działania znieczulenia, minimalizując w ten sposób powikłania — zwłaszcza udary.

Zwężenie tchawicy- druk w technologii HP MJF 3D

Model serca z wrodzona wadą

Model kręgosłupa wydrukowany w technologii HP MJF 3D

Modele przedoperacyjne organów wydrukowane w 3D

Druk 3D wpływa zatem na zdecydowanie lepszą diagnostykę i edukację w chirurgii, co potwierdzają szpitale wykorzystujące modele organów wydrukowanych w 3D do prób operacyjnych złożonych przypadków chirurgicznych. Jednym z przykładów jest Szpital Great Ormond Street w Londynie, w którym z sukcesem przeprowadzono operację rozdzielenia bliźniąt, Safy i Marwy, urodzonych ze zrośniętymi czaszkami.

Dzięki wydrukowanej przestrzennie, w technologii druku HP 3D, kolorowej replice unikalnej anatomii dziewczynek, lekarze mogli lepiej przygotować się do bardzo skomplikowanego zabiegu, na długo przed wejściem na salę operacyjną. Mapowanie żył, tętnic i innych struktur wewnętrznych, a następnie, w oparciu o problem kliniczny, opracowanie kilku różnych strategii leczenia operacyjnego, pozwoliło im na zapobiegnięcie powikłaniom i problemom, z którymi spotykają się często podczas prowadzenia takich operacji.

Przykład przedoperacyjnego wydruku czaszki pacjenta – technologia HP Multi Jet Fusion

Model anatomiczny z tętniakiem mózgu (wydruk – technologia HP MJF 3D)

Modele organów drukowanych w 3D są również nieocenione w edukacji przedoperacyjnej pacjentów, która jest ważnym aspektem każdej dużej operacji. Te spersonalizowane, oparte na anatomii pacjenta, mogą pomóc chirurgom lepiej zilustrować i wyjaśnić zarówno występujące patologie, jak i procedury wymagane do ich skorygowania.

Case study Rady Children’s Hospital

W szpitalu Rady Children’s Hospital na oddziale ortopedii i kardiochirurgii od kilku lat z powodzeniem drukowano modele anatomiczne 3D w technologii FDM. Głównie do planowania zabiegowego i chirurgicznego, ale także w celach edukacyjnych — zarówno dla studentów, jak i samych pacjentów — aby lepiej wyjaśnić im ich stan medyczny lub planowaną operację.

Korzystając z outsourcingu, szpital Rady Children’s Hospital był w stanie drukować tylko dwa modele anatomiczne miesięcznie przy dużym obciążeniu kosztowym – od 2300 PLN za mniejsze oraz 4700 PLN za większe modele. Poszukiwano rozwiązania, które oferowałoby krótszy czas realizacji i niższe koszty druku, ale przede wszystkim lepszą jakość wydruków 3D.

Modele wykonywane w technologii FDM były niewytrzymałe i łatwo mogły się złamać, co wymagało ich wielokrotnego replikowania. Wraz z otwarciem nowego oddziału wprowadzono zatem inną technologię – HP Multi Jet Fusion 3D, która oferuje bardzo wysoką wytrzymałość i elastyczność oraz najbardziej jednorodne właściwości mechaniczne drukowanych elementów z tworzyw sztucznych (PA 11 i PA 12, TPU, PP).

Dr Ryan — szef nowego oddziału w Rady Children’s Hospital, zwraca również uwagę na to, że technologia HP MJF 3D pozwala na druk 3D w kolorze. Ma to według niego bardzo duże znaczenie zarówno w kwestii kosztów, jak i samego obrazowania – kolor pozwala lepiej zrozumieć zawiłości anatomii klinicystom, a także samym pacjentom przygotowywanym do zabiegów.

Wyjaśnia, że minuta pobytu na sali operacyjnej kosztuje około 250 PLN, więc skracając czas trwania operacji, dzięki ćwiczeniom na kolorowych modelach przedoperacyjnych, można sporo zaoszczędzić. Kolejne korzyści to zdecydowanie krótszy czas wytwarzania samych modeli – w technologii HP MJF 3D dr Ryan może je uzyskać w ciągu jednego dnia!

Spersonalizowane narzędzia i aparatura medyczna

Technologie addytywne, takie jak HP MJF 3D, pozwalają również na wytwarzanie dostosowanych zarówno do specyfiki zabiegu, jak i samego wykonującego, czyli lekarza, chirurgicznych narzędzi oraz niestandardowej aparatury medycznej. Mogą być wykonane zgodnie z anatomią każdego pacjenta lub specjalnymi potrzebami lekarza.

HP3D.pl jako dystrybutor technologii HP Multi Jet Fusion w Polsce, dostarcza klinikom i pacjentom kompleksowe rozwiązania, począwszy od oprogramowania i skanerów 3D, po urządzenia HP do produkcji modeli anatomicznych i spersonalizowanych narzędzi chirurgicznych, rehabilitacyjnych oraz innych rozwiązań dedykowanych branży medycznej.

Przemysł medyczny zawsze potrzebował niedrogich, niezawodnych instrumentów, ale wyzwaniem był fakt, że nie ma dwóch identycznych pacjentów, a potrzeby leczenia są różne. Umożliwiając tworzenie niestandardowych instrumentów, druk 3D ( szczególnie w technologii HP MJF 3D) ułatwia znacznie bardziej spersonalizowany proces chirurgiczny, wpływając na krótszy czas trwania zabiegów i niższe koszty operacyjne.