Преимущества аддитивных технологий для медицины
Что можно напечатать на 3D-принтере, чтобы повысить эффективность лечения
3D-сканеры и программное обеспечение в медицине
Планирование успешной операции с помощью точных макетов
Печать макетов, моделей и прототипов из пластиков
3D-печать протезов и имплантатов из металла
Как уменьшить риски при проведении операций: практические примеры 3D-печати
Аддитивные технологии в медицине: взгляд в будущее
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.
По данным отчета Wohlers Report 2018, медицина занимает 11,3% мирового рынка аддитивного производства. Согласно исследованию компании Market Research Future (MRFR), совокупные темпы годового роста глобального рынка 3D-печати медицинских устройств в 2018-2023 годах оцениваются в 18%.
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.
Преимущества аддитивных технологий для медицины
- Высокая точность, позволяющая учесть индивидуальные особенности человека.
- Возможность создания конструкций любой сложности.
- Облегчение веса напечатанных изделий.
- Сокращение сроков производства (в том числе за счет отсутствия оснастки), и как следствие – ускорение оказания медицинской помощи.
- Экономия трудовых и материальных ресурсов.
- Снижение себестоимости изделий.
- Большой выбор инновационных материалов.
«Можно сделать индивидуальный протез для каждого конкретного пациента, – говорит Павел Вопиловский, Директор НТК «Машиностроительные технологии» СПбПУ Петра Великого, – это наиболее значимый фактор в использовании именно этой технологии (3D-печати – ред.) для медицины. Нет двух одинаковых человек, и, даже если взять тазобедренный сустав, справа и слева, это будут разные кости».
Ваше медицинское учреждение заинтересовано во внедрении 3D-технологий? Закажите бесплатные тестовые услуги 3D-сканирования и 3D-печати!
Что можно напечатать на 3D-принтере, чтобы повысить эффективность лечения
- Макеты органов, тканей и костей при планировании операций;
- протезы, имплантаты, хирургические шаблоны в хирургии и стоматологии;
- ортопедические стельки, корсеты и другие ортезы;
- слуховые аппараты;
- мастер-модели для медицинских изделий;
- прототипы корпусов медицинских приборов;
- продукция медицинской косметологии.
3Д-сканирование и программное обеспечение в медицине
Наряду с 3D-печатью в медицине новые возможности открывают технологии 3D-сканирования 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.
Планирование успешной операции с помощью точных макетов
Создание точных 3D-моделей костей, частей тела, тканей или органов позволяет провести наглядную демонстрацию патологий в масштабе 1:1. Врач может точно оценить размер патологии и расположение прилегающих тканей перед началом операции. В случае пересадки трехмерные модели помогают разработать подробные и индивидуальные планы операций и подобрать точно подходящие органы.
Детализированная модель, напечатанная на 3D-принтере, и ее анатомически оптимальное положение помогают хирургу при сверке на всех ключевых этапах операции. Точное позиционирование патологии и кровеносных сосудов в режиме реального времени дает возможность повысить эффективность операции и снизить риски.
Изменение напечатанных анатомических моделей в соответствии с фактическим состоянием органов – один из важнейших методов применения 3D-технологий. Такая возможность не только экономит ценное время хирургов, но и повышает точность прогнозирования болезней.
Печать макетов, моделей и прототипов из пластиков
Производительное и экономичное решение для создания предоперационных макетов и моделей медицинских изделий – 3D-печать из пластиков. Существует несколько технологий пластиковой печати, в том числе моделирование методом послойного наплавления (FDM), лазерная стереолитография (SLA), селективное лазерное спекание (SLS). Первая из них использует в качестве расходного материала термопластиковую нить или гранулы, вторая – фотополимерную смолу, третья – полиамидные или модифицированные порошки.
FDM-, SLA- или SLS-принтер станет выгодным решением для предприятий, выпускающих медицинскую технику: быстрое прототипирование корпусов приборов с помощью аддитивных технологий в несколько раз ускоряет процесс разработки продукта.
Своим практическим опытом применения 3D-печати в медицине делятся специалисты компании ProtoFab, производящей широкий ассортимент SLA-принтеров и материалов:
Процесс 3Д-печати в медицине
- Сбор данных пациента с использованием различных технологий (КТ, МРТ, УЗИ, ПЭТ, 3D-сканирование).
- По результатам исследований выбирается целевая область и создается 3D-модель в программном обеспечении.
- На базе созданной 3D-модели печатается точная копия объекта.
- На напечатанной модели моделируется хирургическая операция.
Эксперты iQB Technologies рекомендуют статью: Профессиональные 3D-принтеры Sharebot: воплотите свои самые смелые идеи
3D-печать протезов и имплантатов из металла
Для изготовления протезов и имплантатов используются разные технологии и материалы – от пластиков до металлов. 3D-печать металлами позволяет создать изделие с заданной сложной геометрией, идеально подходящее конкретному пациенту. Топологическая оптимизация в сочетании с этой аддитивной технологией решает такие важные для протезирования задачи, как:
- создание цельнометаллической конструкции любой необходимой формы;
- облегчение веса протеза;
- повышение прочности изделий за счет микроскопических полостей, которые обеспечивают миграцию собственных клеток костной тканей больного;
- создание протезов с пористой структурой, способствующей более быстрому вживлению.
3D-печать из металлических сплавов (в первую очередь – титановых) используется при протезировании костей челюстно-лицевой области, межпозвоночных дисков, ключиц, коленных суставов, лопаток, тазобедренных костей. В стоматологии эти материалы применяются для изготовления цельных имплантатов, а также металлических основ коронок и мостов из титана, кобальт-хрома и других сплавов.
Наиболее важными особенностями протезов, созданных с помощью 3D-печати металлами, являются идеальная точность их соединения с телом и отсутствие реакции отторжения. Создание протезов на 3D-принтере обходится дешевле и требует меньше времени, чем любая традиционная технология.
Идеальное решение для стоматологии: Доступный 3D-принтер по металлу? Встречайте Sharebot MetalONE!
Как уменьшить риски при проведении операций: практические примеры 3D-печати в медицине
Институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена совместно с ЛЭТИ (Санкт-Петербург) провели работу по созданию и 3D-печати протеза тазобедренного сустава из титана. На основе КТ был создан пластиковый макет кости. Следующий этап – проектирование имплантата и корректировки по его позиционированию на кость. Затем, после того как врачи провели планирование операции на макете, протез был напечатан на 3D-принтере. Пациент, у которого в результате травмы был практически разрушен тазобедренный сустав, встал на ноги.
Важнейшую роль для полноценной эмболизации внутричерепной аневризмы играют устойчивое положение микрокатетера и его оптимальная форма. С помощью 3D-принтера можно напечатать модели кровеносного сосуда и аневризмы, которые помогут хирургу лучше понять анатомическую структуру. Правильная формовка микрокатетера при внутричерепной аневризме – сложный процесс, и врачам, которые в первый раз сталкиваются с данной методикой, необходимо длительное обучение. Для наглядной демонстрации кровеносных сосудов и аневризмы можно использовать модель, напечатанную на 3D-принтере в натуральную величину.
В сравнении с моделями сосудов из ABS-пластика силиконовые модели более точно соответствуют кровеносным сосудам человека. 3D-печать позволяет «скопировать» сложную геометрию сердца пациентов с цереброваскулярными болезнями и мгновенно передать сведения в ПО.
Традиционно для планирования остеотомии используются рентгеновские снимки. Однако на двухмерных снимках не отражается фактическое состояние костей. В связи с этим 60% операций не дают положительный результат. Решить данную проблему помогут 3Д-шаблоны, напечатанные компанией Materialise. Производство таких шаблонов не требует больших затрат, и они доступны всем пациентам.
.jpeg)
Аддитивные технологии в медицине: взгляд в будущее
Благодаря инновациям, о которых мы рассказали в этой статье, удается повысить надежность операций, сэкономить время, снизить производственные расходы и стоимость конечных изделий, а главное – улучшить и продлить жизнь пациентов.
В последние годы уделяется все большее внимание 3D-печати в медицине и ее преимуществам – высокой точности, производительности и возможностям кастомизации. Наряду с совершенствованием 3D-оборудования ведется активная работа по созданию новых материалов для медицины. С помощью аддитивных технологий можно будет, к примеру, напрямую печатать изделия из керамики, а также создавать цельные зубные протезы, включая зубы и десны, из биосовместимых материалов.
Направление современной медицины, с которым связывают прорыв в лечении болезней и патологий в обозримом будущем, – 3D-печать тканей, кровеносных сосудов и органов, или 3D-биопринтинг. Ведущие научные и медицинские центры разрабатывают новые технологии и проводят клинические исследования в этой области.
Достижения аддитивных и биомедицинских технологий будут способствовать развитию бионического моделирования и 3Д-печати тканей и органов, что позволит сохранить здоровье и спасти жизни огромному числу людей.
В нашем блоге мы продолжим знакомить вас с темой внедрения 3Д-печати в медицине. Следите за публикациями!
Статья опубликована 15.11.2019 , обновлена 26.02.2021
