https://frosthead.com

Liječnici mogu proučiti 3D ispisane modele vaših organa prije operacije

Beth Ripley potrčala je hodnikom prema kardiologu sa svježim srcem u rukama.

Pokazavši mu, uzeo ga je i počeo ga okretati, pregledavajući i ispitivajući. Kardiolog je odmah prepoznao da mjeseci planiranja treba odbaciti. Natrag do ploče za crtanje.

Srce o kojem je riječ bilo je 3D model u punoj veličini pacijentovog stvarnog škakljanja, vruće stiske u Brighamu i ženskoj bolnici u Bostonu, Massachusetts. Ripley, radiolog, zajedno s polaznicima radiologa Mikeom Steignerom, stvorio je model za kardiološki tim nakon što su se digitalni modeli pokazali neučinkovitima za vizualizaciju kirurškog pristupa. Jednom kada je kardiolog poklonio model na temelju podataka s CT-a, problem je bio jasan kao dan.

Samo je pogledavši model shvatio da bi se pristup postupku vjerojatno trebao promijeniti iz minimalno invazivne kateterizacije u operaciju otvorenog srca na punoj razini. Zapravo, njegov je tim izbjegao potencijalnu komplikaciju koja je bila nemoguća predvidjeti bez fizičkog modela.

Ripley i Tatiana Kelil, još jedna radiologinja Brigham and Women, dio su novog napora pod nazivom 3D Print For Health, započeto prije samo pet mjeseci. To je rad ljubavi, proveden u svoje slobodno vrijeme u nastojanju da potakne rasprave unutar biomedicinske zajednice 3D ispisa. Oni također rade s više kirurga i radiologa u Brigham and Women Hospital, proučavajući kako detaljni 3D modeli stvarnih anatomija pacijenata mogu pomoći u smanjenju komplikacija od operacije i liječenja, a također poboljšavaju sposobnost pacijenata da budu njihovi najbolji zagovornici.

"Željeli smo izgraditi mjesto za pacijente i istraživače koji će dijeliti ideje o tome kako najbolje iskoristiti 3D ispis u medicini", kaže Ripley. "U rukama pravih ljudi može biti izuzetno moćan alat."

3D skeniranje srca (3D ispis za zdravlje) 3D skeniranje moždanog udara u mozgu (3D ispis za zdravlje) 3D skeniranje bubrega (3D ispis za zdravlje)

Tim motiviraju njihovi pacijenti i želja da im se stvarno promijeni. Ponekad to znači pomoći pacijentu da bolje razumije svoju bolest ili patologiju; ponekad pomaže kirurgu da razvije čvrsto koreografiranu igru ​​za predstojeći postupak.

"Pitali smo kirurge što ih je držalo budnim noću", kaže Kelil. "Je li im trebala pomoć pri vizualizaciji pacijentove anatomije ili uobličenju postupka pacijentu? Ne želimo ispisati model samo zato što je za ispis - mora imati uslužni program. "

Brigham and Women nisu prva medicinska ustanova koja na ovaj način koristi 3D ispis. Tvrtke za medicinsku nabavu koriste 3D otisnute anatomske modele za dizajn boljih prototipova uređaja, uključujući srčane zaliste i protetiku; Nacionalni zavodi za zdravstvo održavaju razmjenu tiska na kojoj su modeli slobodno dostupni za preuzimanje. Ono što Brigham i Žensku bolnicu čini naporima je različito to što dizajniraju i provode studije o tome kako tiskani modeli prije postupka utječu na smanjenje vremena operacije i komplikacija.

Tim se fokusira na dva postupka u suradnji s drugim liječnicima iz Brighama i Ženske bolnice - minimalno invazivna zamjena aortnog ventila i robotizirano potpomognuto resekcija tumora bubrega gdje se broji svaka sekunda nakon stezanja žila. Imati 3D model pacijentove aorte prije operacije omogućuje liječnicima da odaberu ventil koji točno odgovara; za bubreg, model daje kirurgima bolju vizualizaciju lokacije tumora, minimizirajući oštećenje tkiva od smanjenog dotoka krvi u organ tijekom operacije.

"Pomoću minimalno invazivne zamjene ventila, intervencionisti ne mogu otvoriti prsa i fizički izmjeriti ventil kako bi bili sigurni da odgovara", kaže Ripley. "Trenutno je jedini način da se mjeri to s 2D slike, ali čak i s najboljim slikama nije uvijek lako."

Usko surađujući s Jamesom Weaverom i Ahmedom Hosnyjem, stručnjacima za 3D ispis visoke rezolucije na WARD-ovom sveučilištu Instituta Wyss za biološki nadahnuti inženjering, tim istražuje kako se precizno digitalni podaci pretvaraju u fizičke modele, kao i kako najbolje iskoristiti postojeće pretrage kako bi se smanjila izloženost pacijenata nepotrebnom dodatnom zračenju.

Stomatolozi to rade već godinama. Kad izgubite krunu zuba, oni proizvode zamjenu; ništa manje od savršenog uklapanja može oštetiti okolne zube i temeljnu kost. S 3D ispisom, tim vidi personalizirano liječenje kako odlazi u glavne tokove.

„Zaista smo zainteresirani za stvaranje lijekova specifičnih za pacijenta“, kaže Hosny. "Želimo stvoriti za vas najprikladnije rješenje, a u idealnom slučaju to znači mjeriti, slati ih proizvođaču medicinskih proizvoda i vraćati nešto što je točno za svakog pacijenta."

Također, grupa smatra da medicinski 3D modeli imaju primjenu u zajedničkim bolestima, a ne samo za rijetke ili komplicirane postupke.

Beth Ripley (lijevo) i Tatiana Kelil (desno) objašnjavaju proces anatomskih modela 3D ispisa sudionicima na sajmu National Maker Fairy prošlog vikenda u Washingtonu (3D Print For Health) (3D ispis za zdravlje) (3D ispis za zdravlje) (3D ispis za zdravlje) (3D ispis za zdravlje) (3D ispis za zdravlje) (3D ispis za zdravlje) Kelilu (krajnje lijevo) i Ripleyu (drugi s lijeva) pridružili su se suigrači James Weaver (drugi s desna) i Ahmed Hosny (s desne strane) s Instituta Wyss sa Sveučilišta Harvard s biološkog inspirisnog inženjerstva. (3D ispis za zdravlje)

Stvorili su niz modela koji prikazuju učinke „Top 10 ubojica“ kako bi pokazali kako će 3D ispis biti koristan za pristup kardiovaskularnim bolestima, raku, KOPB-u, traumi, moždanom udaru, Alzheimerovoj bolesti, dijabetesu, upali pluća i gripe, bolesti bubrega i samoubojstvu, Na nedavnom nacionalnom sajmu proizvođača u Washingtonu, DC, sudionici su se glodali oko stola i skupljali mozak i stopala i srca, dok su Ripley, Kelil, Hosny i Weaver skretali objašnjavajući postupak izrade modela i njihove potencijalne koristi za zdravstvo.

Tim se nada da će njihovi napori dovesti do pacijenta specifičnog liječenja. Kao primjer, oni spominju Stevena Keatinga, istraživača na MIT-u, kojem je 2014. dijagnosticiran velik moždani tumor. Keating je bio aktivan u suradnji s Weaverom i Hosnyjem kako bi vizualizirao tumor u 3D obliku, dok je njegov kirurg Ennio Chiocca tražio da ispišu posebno teksturiranu repliku.

3D modeli bili su nevjerojatno korisni pomogli Keatingu da bolje shvati opseg tumora i pružili su snažna vizualna pomagala za komuniciranje svoje dijagnoze svojoj obitelji, prijateljima i kolegama znanstvenicima. Njegovo je iskustvo također pomoglo u podizanju svijesti šire javnosti o obrazovnoj snazi ​​biomedicinskog 3D ispisa.

U idealnom slučaju, grupa predviđa da pacijent može odnijeti podatke skeniranja liječniku i imati model napravljen od tog organa ili tkiva - za bilo koji postupak. Trenutno, većina planova osiguranja ne pokriva troškove izrade modela, ali Kelil kaže ako nastavimo dokazivati ​​njegove korisnosti u dijagnostici, liječenju i smanjenju troškova, što bi se moglo promijeniti u bliskoj budućnosti. Srčani Ripley koštao je materijala i rada oko 200 dolara.

U najmanju ruku, ako je pacijent zainteresiran za dobivanje 3D printanog modela, odmah bi trebao zatražiti digitalne slike, savjetuje Ripley. Te će slike možda dobro doći na putu.

"Pacijenti trebaju imati pristup vlastitim podacima", kaže Kelil. "To je njihova vlastita anatomija."

Joseph Madsen, izvanredni profesor neurohirurgije na Medicinskom fakultetu Harvard i direktor programa kirurgije epilepsije u dječjoj bolnici u Bostonu, također je nedavno iskoristio fizički model pacijentovog mozga na kojem će operirati. Bio je u mogućnosti obaviti operativni zahvat, što je bio kompliciran daljnji postupak, na modelu.

"Nismo još uvijek tu za rutinsku upotrebu u operaciji, ali moramo stalno raditi na tome svaki dan", kaže Madsen. Smatra da će trebati neko vrijeme da se praksa sazri.

Madsen ima posebno razumijevanje svijeta 3D modeliranja: Kao srednjoškolac njegov prvi laboratorijski savjetnik bio je diplomski student informatike u Utahu koji je eksperimentirao s računalnom animacijom. U to vrijeme, ranih 70-ih godina, to je bila sasvim nova primjena računalne snage, u vrijeme kada su računala još bila spori behemoti. Gotovo dva desetljeća kasnije, Madsenov savjetnik, Ed Catmull, suosnivač je Pixar Animation Studios.

„Ed je imao viziju 3D predmeta koji bi se mogli koristiti u zabavu, a trebalo je još 20 godina između toga i produkcije Priče o igračkama “, kaže Madsen. „Ono što je važno je vizija za način na koji će se napraviti aplikacija [3D ispisa]. To je ono što vi radite s njim, kako njime manipulirate. Jako se zalažem za proširenje tehnologije, ali ovo će zahtijevati puno promišljene procjene i korisnosti od kirurga. "

Liječnici mogu proučiti 3D ispisane modele vaših organa prije operacije