Зд-технологии в медицине

1.

СОВРЕМЕННЫЕ
3D-ТЕХНОЛОГИИ в
МЕДИЦИНЕ
К.э.н., доцент кафедры ИБПИ Обмачевская С.Н.

2.

Технологии 3D-печати
и 3D- моделирования
В XXI веке в медицине реализовались многие
научные идеи, которые когда-то казались фантастикой, – например, роботохирургия
или бионические конечности. Немалая заслуга в недавних успехах медицины
принадлежит аддитивным технологиям. Сегодня на 3D-принтере изготавливают модели
частей тела и протезы, а в обозримом будущем обычной практикой станет 3D-печать
искусственных органов и лекарств.
Один из ключевых факторов в медицине – точность, ведь малейшая ошибка в расчетах
может иметь фатальные последствия. И здесь 3D-печать подходит как нельзя лучше, ведь
главные преимущества этой технологии – свобода проектирования и высокая точность
при создании конечных продуктов. По сравнению с традиционными методами,
возможность печати уникальных единичных или мелкосерийных изделий со сложной
геометрией открывает путь к более быстрому и экономичному производству.
https://youtu.be/y87RmyBxKic

3.

Использование 3D-печати в медицине
3D-печать применяется в медицине с начала 2000-х годов,
когда эта технология впервые использовалась для
изготовления зубных имплантатов. С тех пор применение
3D-печати в медицине значительно расширилось: врачи со
всего мира описывают способы использования 3D-печати
для производства ушей, деталей скелета, дыхательных
путей, челюстной кости, частей глаза, клеточных культур,
стволовых клеток, кровеносных сосудов и сосудистых
сетей, тканей и органов, новых лекарственных форм и
многого другого.
Современное медицинское использование 3D-печати
можно разделить на несколько широких категорий:
изготовление тканей и органов, создание протезов,
имплантатов и анатомических моделей, печать
инструментов и фармацевтические исследования.

4.

Использование файлов с моделями для 3D-печати дает возможность для обмена
работами среди исследователей. Вместо того, чтобы пытаться воспроизвести
параметры, описанные в научных журналах, врачи могут использовать и
модифицировать готовые 3D-модели. С этой целью в 2014 году Национальные
институты здравоохранения учредили биржу 3dprint.nih.gov, чтобы содействовать
обмену 3D-моделями с открытым исходным кодом для медицинских и
анатомических изделий, нестандартного оборудования и макетов белков, вирусов и
бактерий.
https://vk.com/video-12807389_456239483

5.

Пять основных направлений использования
3D-печати в медицине
Технологии дали толчок развитию
многих направлений медицины,
позволяя, в частности, более точно
понимать симптомы и лечение
пациента, а также повышая
эффективность работы больниц и
клиник. Появление технологии 3Dпечати, в частности, накладывает
свой отпечаток на такие
специальности, как ортопедия,
педиатрия, радиология и онкология,
а также на кардиоторакальную и
сосудистую хирургию.

6.

Подготовка к операциям и обучение
студентов
Использование 3D-моделей для
тренировки хирургов и студентов
предпочтительнее, чем обучение на
трупах, так как не создает проблем в
отношении доступности и стоимости
объектов. Трупам часто не хватает
соответствующей патологии, поэтому
они больше подходят для уроков по
анатомии, чем для представления
пациента с соответствующим
изучаемой теме нарушением. С
помощью 3D-печати можно создать
модель любого органа с любой
известной патологией.
Нейроанатомические модели,
напечатанные на 3D-принтере,
могут быть особенно полезны для
нейрохирургов, давая
представление о самых сложных
структурах в организме человека,
которое принципиально
невозможно получить, основываясь
на двумерных изображениях.

7.

Биопечать тканей
и органов
Биопечать – один из многих видов 3Dпечати, использующихся в области
медицины. Вместо того, чтобы печатать
с
использованием
пластика
или
металла,
биопринтеры
используют
шприц-дозатор
для
нанесения
биочернил (слоев живых клеток или
структурирующей основы для них) при
создании искусственной живой ткани.
Помимо использования в качестве
альтернативы донорским тканям, такие
тканевые конструкции или органоиды
могут
быть
использованы
для
медицинских исследований.
https://youtu.be/5fB324yWE2c
2020г
https://ok.ru/video/4506764970649 2023г

8.

Хотя системы трехмерной биопечати могут быть
лазерными, струйными или экструзионными, биопечать
по струйной технологии является наиболее
распространенной. Несколько печатающих головок
можно использовать для размещения различных типов
клеток (органоспецифичных, клеток кровеносных
сосудов, мышечных тканей), что является основной
задачей при изготовления гетероцеллюлярных тканей и
органов. 3D-печать биологическими материалами
может быть использована для регенерации тканей, а в
перспективе и органов, непосредственно на пациенте.

9.

Печать хирургических инструментов
Современные
хирурги
стараются
проводить
операции с как можно меньшей травматичностью
для пациента, поэтому для них очень часто
требуется
персонализированный
инструмент.
Использование 3D-печати позволяет создавать такие
инструменты в течение нескольких часов.
Теперь
врач
может
самостоятельно
модифицировать готовую модель, придав ей
необходимые размеры и форму для удобства и
эффективности работы. Стоматологи теперь могут
прямо
при
пациенте
создать,
например,
индивидуальные направляющие, исключающие
возможность повреждения здоровых зубов при
протезировании.

10.

«Печать» лекарств
Технологии 3D-печати уже используются в фармацевтических исследованиях и
персонализированной медицине, сфера их применения постоянно
расширяется. 3D-печать дает возможность точного контроля дозы препаратов и
производства лекарственных форм со сложными профилями высвобождения
медикаментов и пролонгированным действием. Теперь фармацевты могут
анализировать фармакогенетический профиль пациента и другие
характеристики, такие как возраст, вес или пол, чтобы определить оптимальную
дозу лекарственных средств и последовательность их применения. При
необходимости доза может быть скорректирована, в зависимости от
клинического ответа. С помощью 3D-печати можно производить
персонализированные лекарства в совершенно новых рецептурах, таких как
таблетки, содержащие несколько активных ингредиентов либо в виде одной
смеси, либо в виде сложных многослойных таблеток.

11.

Протезирование и
стоматология
3D-печать успешно используется в медицине для
изготовления сложных индивидуальных протезов или
хирургических имплантатов. Имплантаты и протезы любой возможной геометрии могут
быть изготовлены переводом рентгеновских, МРТ- или КТ-снимков в модели для 3D-печати
с помощью специального программного обеспечения.
Быстрое изготовление нестандартных имплантатов и протезов решает насущную
проблему в ортопедии, где стандартные имплантаты часто не подходят пациенту. Это
верно и для нейрохирургии: черепа имеют индивидуальную форму, поэтому сложно
стандартизировать черепной имплантат. Ранее хирургам приходилось использовать
различный инструмент для модификации и подгонки имплантатов, иногда и прямо во
время операции. Использование 3D-принтеров делает эту процедуру ненужной.
Аддитивные технологии особенно востребованы, когда необходимо срочное
изготовление имплантатов.

12.

Настоящая революция в стоматологии
произошла с появлением 3D-технологий.
Во-первых, стало возможно полное и
точное
трехмерное
сканирование
полости рта. Во-вторых, использование 3Dпечати дало возможность создавать
протезы,
абсолютно
точно
соответствующие анатомии пациента, без
необходимости долгой и малоприятной
подгонки. Радикальное уменьшение доли
ручного труда при изготовлении протезов
или
виниров
позволило
уменьшить
требуемые допуски при производстве,
расширить
перечень
используемых
материалов
и
увеличить
удовлетворенность
пациентов
от
результатов работы врача.

13.

Сокращение времени и повышения
качества операций
Учет индивидуальных различий и особенностей анатомии конкретного человеческого тела
дают возможность использовать напечатанные 3D-модели для подготовки хирургических
операций. Наличие у врача осязаемой модели органа конкретного пациента, сделанной
например по результатам КТ (компьютерной томографии) для изучения или для имитации
операции, существенно снижает риск врачебных ошибок.
3D-печать позволяет специалистам создавать модели на основе снимков МРТ и КТ, чтобы
помочь хирургам лучше подготовиться к операциям.
В 2016 году у ребенка из Северной Ирландии были две незажившие после повреждения
кости предплечья. Ребенок не мог повернуть руку более чем на 50% и страдал от сильной
боли. Компьютерная томография и рентгеновские снимки показали деформированные
кости, и для лечения потребовалась остеотомия - четырехчасовая инвазивная операция, в
ходе которой хирург изменяет форму костей, чтобы улучшить состояние. Однако хирург
напечатал 3D-модель, которая изменила диагноз, оперативное вмешательство и
выздоровление пациента:

14.

Именно плотные структуры между костями, а не форма костей, ограничивали
способность ребенка к вращению.
Операция была проведена менее чем за 30 минут, вместо четырех часов.
Через четыре недели после вмешательства пациент смог выполнять движения на 90%
диапазона рук.
Время восстановления, боль после операции и рубцы значительно уменьшились.
Подобная 3D-печать меняет предоперационное планирование, что приводит к
сокращению времени пребывания в операционной, улучшению результатов
операции для пациентов, более быстрому восстановлению после операции и
снижению расходов больниц.

15.

Наряду с 3D-печатью в медицине новые
возможности
открывают
технологии
3Dсканирования и 3D-моделирования. С помощью
3D-сканера можно за считанные минуты получить
точную трехмерную модель нужного объекта
(кости, стоматологического слепка и т.д.), затем
обработать полученные данные в специальном
программном обеспечении и напечатать модель
или готовое изделие на 3D-принтере, либо
изготовить его традиционным способом. При
этом отпадает необходимость хранить слепки и
образцы – все 3D-модели сохраняются в
цифровом архиве. При необходимости их можно
оперативно откорректировать и переслать по
интернету коллегам в любую точку Земного шара.