Технология 3D-печати известна уже несколько десятков лет. Медицина находится в пятерке областей-лидеров по использованию этого способа создания объемных моделей. В основном он применяется в кардио- и сосудистой хирургии, травматологии и ортопедии.
В отличие от традиционных технологий, когда материал обрабатывается, затем форма заготовки изменяется и «подгоняется» под конкретного пациента, 3D-печать подразумевает, что на основе компьютерных технологий из различных материалов с помощью их послойного добавления создаются объемные модели. Медицина занимает 16% мирового рынка 3D-печати, половина изготавливаемых таким образом изделий приходится на имплантаты и протезы. Их можно изготовить любой конфигурации, нужно только с помощью специального программного обеспечения рентгеновские, МРТ- или КТ-снимки перевести в модели для 3D-печати. Но только имплантатами и протезами дело не ограничивается.
На сегодняшний день подобная технология применяется также при изготовлении тканей и органов, анатомических моделей, медицинских инструментов и при фармацевтических исследованиях.
Готовимся к операции
Риск врачебных ошибок значительно снижается, если при подготовке к хирургическому вмешательству учесть индивидуальные различия и особенности анатомии конкретного человека. Объемную модель определенного органа получают, опираясь на результаты компьютерной томографии, и на ней уже отрабатывают детали операции.
Такие напечатанные на 3D-принтере модели можно не только увидеть, но и пощупать руками. Они дают представление о самых сложных и глубинных структурах человеческого организма, помогают понять, с какими осложнениями и трудностями может столкнуться хирург во время операции и как можно их избежать.
Вам ухо или позвоночник?
Врачи уже описывают способы использования 3D-печати для производства ушей, деталей скелета, дыхательных путей, челюстей, отдельных структур глаза, кровеносных сосудов, различных тканей человеческого организма. Для этого применяются биопринтеры. Специальный шприц-дозатор наносит биочернила (слои живых клеток или структурирующей основы), и принтер «печатает» искусственно созданную живую ткань или целый орган.
Эта технология очень востребована для медицинских исследований. Также ее можно использовать для восстановления поврежденных тканей и органов.
Протезы и имплантаты
3D-печать с успехом применяется для изготовления сложных индивидуальных протезов или имплантатов. Это решает многие проблемы в ортопедии, где часто стандартные изделия не подходят конкретному пациенту и их надо долго и упорно «подгонять». Из-за этого и время теряется, и сам процесс «подгонки» порой доставляет человеку физические страдания.
Такая технология облегчает и труд нейрохирургов. Черепной имплантат сложно стандартизировать, ведь у каждого человека череп имеет свои особенности. Выручает 3D-печать и в том случае, когда надо срочно изготовить имплантат. Особенно наглядно проявляется это в стоматологии, где наконец-то стало возможным создавать зубные и челюстные протезы, абсолютно точно соответствующие анатомии конкретного пациента. Долгий и малоприятный процесс их подгонки практически остался в прошлом.
3D-печать используют таже при имплантации искусственной роговицы. Это спасает пациентов, которым никак не могут подобрать донорский орган. К сожалению, такая роговица не всегда приживается и не является полностью прозрачной. Потому группа исследователей из Южной Кореи разработала способ 3D-печати роговицы с использованием тканей самого пациента. Риск тканевой несовместимости и отторжения органа таким образом сводится к нулю. Кроме того, технология воспроизводит естественную микросреду глаза, и роговица получается такой же прозрачной, как естественная роговица глаза.
Технология 3D-печати спасает положение и при обширных ожогах тела. Обычно на поврежденные участки пересаживается здоровая кожа пациента, взятая с не пострадавших от термического воздействия мест. Метод травматичен, и бывает, что у человека вообще не остается кожи, пригодной для пересадки. В недалеком будущем в таких случаях на выручку придет специальный принтер, который сможет печатать выращенные из тканей пациента клетки кожи непосредственно на ране. Принтер уже изобретен. Метод проходит апробацию.
Прощание с гипсом
В России ежегодно регистрируется до 12,5 млн различных по характеру и локализации травм конечностей. Сломанную руку или ногу фиксируют гипсом или ортезом серийного производства. Гипсовую повязку полагается носить до 4-5 недель, что доставляет пострадавшему определенные неудобства. Загипсованную конечность нельзя даже элементарно помыть или почесать. Вот и получается, что за год из 1,5 млн случаев наложения гипсовой повязки в 350 тысячах случаев ее снимают досрочно, когда костная мозоль еще до конца не сформировалась. Стоит учитывать и противопоказания: гипс нельзя использовать при повреждениях крупных сосудов, инфекционных осложнениях, обширных ожогах или обморожениях, а также при значительных отеках конечностей.
Вот почему сейчас рассматриваются альтернативные способы изготовления фиксирующих устройств, сообщает ведущий научный сотрудник, профессор НИЦ ВМА имени С.М. Кирова, доктор медицинских наук Степан Пелешок. Требования к фиксирующему средству:
- дешевизна,
- доступность кожи для ежедневных гигиенических процедур,
- достаточная прочность материалов,
- гипоаллергенность материалов,
- достаточная степень иммобилизации,
- обеспечение доступа для лечения травм и заболеваний,
- быстрое производство,
- воздухопроницаемость.
Как можно этого достичь? Опять-таки на помощь приходит 3D-печать. Поврежденную область сканируют, формируют облако точек и получают объемную модель участка, который отсканировали, рассказывает профессор Пелешок. Далее для лонгета или шины создается рабочий слой, моделируются гигиенические отверстия, поверхность сглаживается, устройство печатается на 3D-принтере и обрабатывается.
Программное обеспечение позволяет придавать иммобилизирующему устройству любую толщину, разделить его на части, чтобы было удобно снимать, вырезать лишние элементы, создавать различные крепления, продолжает эксперт. Пока что возможности принтера ограничены, можно печатать устройства для фиксации только кисти и предплечья.
Зато шина и лонгет могут быть цельными и совершенно разного дизайна. «Одетая» в них конечность смотрится довольно элегантно. А главное – пациент может такую шину самостоятельно снять и снова надеть.
Чаще всего для изготовления подобных устройств используется полилактид – материал растительного происхождения, источником которого являются кукуруза или сахарный тростник. Полилактид биоразлагается, гипоаллергенен, прост в печати, дешев, размягчается при 60ºС, нетоксичен и плотен.
Применение таких технологий в медицине дает возможность изготавливать медицинские изделия под конкретного пациента по индивидуальным лекалам, сокращает время ожидания и повышает качество медицинской помощи, делает высокотехнологичную медицинскую помощь более доступной, констатирует профессор Пелешок.