От скана к решениям: 3D-печать протезов и хирургических шаблонов

Стремясь к уходу, планированию и лечению, ориентированным на пациента, медицинские работники и больницы все чаще обращаются к 3D-печати как к ценному ресурсу для повышения уровня подготовки, оптимизации предхирургической подготовки и создания персонализированных хирургических инструментов и шаблонов. В больнице Tan Tock Seng Hospital (TTSH) в Сингапуре универсальность смол, используемых для 3D-печати, помогла создать реалистичные протезы.

Преобразование ухода за пациентами в центре медицинской 3D-печати при больнице Tan Tock Seng

Экстренные операции, часто встречающиеся в больницах, требуют оперативного реагирования, что часто делает зависимость от сторонних поставщиков анатомических моделей и хирургических шаблонов непрактичной, особенно для крупных учреждений. Это побудило TTSH создать собственную лабораторию 3D-печати, гарантирующую своевременные и точные решения для пациентов.

«Раньше, чтобы получить 3D-модель, нам приходилось искать поставщика. Найти поставщиков нелегко. А если у клиницистов и так плотный график работы, это все еще больше усложняло», - Доктор Майкл Ям, хирург-ортопед и главный клинический директор Медицинского центра 3D-печати TTSH.

Центр функционирует как клиническая служба для больницы, ее отделений и пациентов. Официально он был открыт в ноябре 2022 года, но работает с 2020 года. Он печатает 3D-модели органов на основе медицинских снимков, что позволяет лечащим врачам давать более четкие объяснения заболеваний и необходимых методов лечения. Хирурги также используют центр для печати шаблонов или специальных инструментов, помогающих в хирургии, или моделей для отработки сложных процедур.

Центр оснащен 3D-принтерами Formlabs Form 3B+ и Form 3BL, а также различными биосовместимыми фирменными материалами.

«3D-принтеры Formlabs хорошо работают с биосовместимой смолой, что очень полезно для наших хирургических вмешательств. Это повышает точность и аккуратность наших операций. Это облегчило нам жизнь, потому что если нам нужно сделать операцию пациенту, а сканы нужны в ближайшее время, собственное производство позаботится об этом процессе и обеспечит его быстрое выполнение», - Доктор Майкл Ям, хирург-ортопед и главный клинический директор Медицинского центра 3D-печати TTSH.

Вызов

В 2022 году, борясь с раком кожи, 73-летний Дж. Ф. Лиан удалил большую часть своего носа. По словам Лиана, он смирился с тем, что будет жить с отверстием посередине лица, и был приятно удивлен, когда TTSH предложил ему шанс получить напечатанный на 3D-принтере нос, который будет практически идентичен оригинальному органу. 3D-печать протеза носа для Лиана была пилотным проектом центра.

Переживший рак кожи г-н Дж. Ф. Лиан с 3D-печатной моделью лица и протезом носа.

Решение

Коллега предложил доктору Яму разработать и напечатать на 3D-принтере протез носа для Лиана. «Я знаю, насколько полезной может быть 3D-печать, и всегда стремлюсь расширить границы», - говорит доктор Ям. Так, в ноябре 2022 года Медицинский центр 3D-печати при TTSH предложил разработать и 3D-печатать протез носа из смолы для Лиана, основываясь на снимках его лица.

Первым шагом было создание файла для 3D-печати, который был получен на основе компьютерных томограмм, сделанных с лица Лиана перед операцией. Изображения были очищены инженерами 3D-печати и "нарезаны" на файлы, которые принтер мог прочитать. Печать протеза носа из Surgical Guide Resin на 3D-принтере Formlabs Form 3B+ заняла около часа. Затем 3D-модель промыли в изопропиловом спирте, чтобы удалить излишки смолы. Затем 3D-модель поместили в Form Cure, где она затвердела под ультрафиолетовым светом. Наконец, она была обрезана, отшлифована и отполирована, чтобы подготовить ее к покраске.

Поскольку 3D-печать может стать решением многих медицинских проблем, доктор Ям говорит: «Мы хотим сделать 3D-печать более доступной для пациентов».

Команда доктора Майкла Яма экспериментировала с рисованием на различных типах материалов. Потребовалось несколько проб и попыток, чтобы добиться нужного тона кожи.

Проверка формы, посадки и функциональности напечатанного на 3D-принтере носового протеза на г-не Лиане.

Результат

Создание 3D-протеза носа для г-на Лиана началось с компьютерной томографии его лица, которая была обработана и распечатана. После первых проблем с подгонкой из-за потери веса и изменений лица были сделаны новые сканы. Реалистичная цветная печать была сложной задачей, пока доктор Ям не начал сотрудничать с экспертами-косметологами г-жой Го и г-жой Хо из Института технического образования (ITE) в Сингапуре. Несмотря на их опыт работы со сценическим гримом, покраска протеза из смолы под цвет кожи потребовала значительных экспериментов. Они прорисовали мелкие детали и нанесли финишное покрытие, хотя опасения по поводу воздействия солнечных лучей и прилегания оставались. В итоге прозрачная лента и стратегическое использование очков помогли удобно закрепить протез.

Доктор Майкл Ям, руководитель группы по 3D-печати в TTSH, впервые использовал 3D-печать для помощи в хирургии в 2019 году.

Хирургические шаблоны для точных результатов

Доктор Ям также рассказал о различных областях применения 3D-печати с оборудованием и материалами Formlabs в больнице, в том числе о хирургических шаблонах, с помощью которых они провели множество операций, что в итоге позволило добиться лучших результатов, повысить точность и сэкономить время.

Рассказывая о недавнем случае, связанном с использованием хирургических шаблонов, доктор Ям говорит: «Мужчина в возрасте 60 лет поступил в нашу больницу после дорожно-транспортного происшествия. У него был дефект необычной формы в бедренной кости, который требовал костной пластики. Мы начали с КТ, чтобы изучить кость. Используя данные сканирования, мы разработали индивидуальный шаблон, соответствующий форме дефекта. Затем эта оснастка была напечатана на 3D-принтере Formlabs From 3B+, после чего была проведена пост-обработка и стерилизация для использования в хирургии. С помощью данного хирургического шаблона, разработанного в нашем центре 3D-печати, я смог точно вырезать трансплантат в соответствии с дефектом. Это оптимизировало процесс, сократив как формирование кости, так и время операции. Это также сократило время анестезии, что потенциально снижает уровень инфицирования».

Примеры хирургических шаблонов и 3D-моделей, напечатанных TTSH с учетом особенностей пациента и обеспечивающих высокую точность и эффективность при проведении многочисленных операций.

Проекты будущего 3D-печати

В настоящее время TTSH работает над проектом, посвященным имплантационной печати, то есть печати имплантатов. Отвечая на вопрос о материалах, которые будут изучаться для этого новаторского проекта, доктор Ям пояснил: «Мы планируем использовать традиционные материалы, такие как титан и нержавеющая сталь, а также изучить возможности печати из PEEK и Silicone Resin для этих целей, особенно для протезирования, где рассматривается силикон».

Больница также работает над проектом по совмещению дополненной реальности с 3D-печатью в учебных целях. «Печатать все подряд не представляется возможным. Поэтому здесь может помочь дополненная реальность. Это улучшит процесс обучения и повысит уверенность людей», - добавил доктор Ям.

Помимо имплантатов и учебных пособий, TTSH уделяет все больше внимания печати протезов и хирургических шаблонов. Эти усилия направлены на создание высокотехнологичных протезов конечностей и устройств, идеально соответствующих индивидуальным потребностям пациентов. Кроме того, хирургические шаблоны, созданные с помощью 3D-печати, обеспечат хирургам точность в проведении сложных процедур, улучшая результаты операций. Продолжая внедрять инновации в области 3D-печати, TTSH надеется расширить границы персонализированной медицины и улучшить качество обслуживания пациентов.