В статье изложены основные направления использования 3D-технологий в лечении и диагностике различных заболеваний, обозначены преимущества и недостатки данных методов. Проведён анализ случаев их применения и сделаны соответствующие выводы.
Ключевые слова: 3D-печать, протезирование, опухоль, 3D-принтер, модель.
В последнее время во многих сферах жизни общества активно применяются современные 3D-технологии. Их стремительное совершенствование позволяет использовать 3D-принтеры в самых различных областях науки и техники. Сегодня уникальные методы современной печати активно применяются в медицине и список объектов, которые уже вполне успешно создаются с помощью технологии трёхмерной печати демонстрирует огромный потенциал, который 3D-печать может привнести в современное здравоохранение.
Хотя технология трёхмерной печати существует уже более 30 лет, многим она до сих пор представляется не более чем экзотическим способом изготовления объёмных сувениров из пластика. Но это далеко от истины.
На данный момент 3D-печать используется в стоматологии, трансплантологии, пластической хирургии, травматологии, протезировании и многих других отраслях медицины.
Среди множества направлений 3D-печати в медицине можно выделить наиболее развитые:
- Замена черепа;
- Протезирование суставов;
- Стоматология и челюстно-лицевая хирургия;
- Печать медицинского оборудования;
- Помощь в хирургической операции.
1. Замена черепа. В 2014 году голландские учёные и врачи Университетского медицинского центра в Утрехте (UMC) провели операцию по замене верхней части черепа на индивидуально напечатанный имплантат из пластика. Пациентке было 22 года, она страдала редким заболеванием, связанного с размягчением костей черепа, что сильно усиливало внутричерепное давление. Девушка мучилась от сильнейших головных болей, постепенно теряла зрение, начинались нарушения координации движений. Уникальная операция выполнялась под руководством знаменитого хирурга Бона Вервея (Bon Verweij) и продолжалась 23 часа.
Через 3 месяца после операции у пациентки все симптомы нивелировали: головные боли перестали беспокоить, восстановилось зрение, а внешний вид не оставил следов хирургического вмешательства [1].
Вскоре после этого подобная операция была произведена в Китае, где мужчина с повреждённым черепом получил его титановую замену, напечатанную на 3D-принтере.
На сегодняшней день такие операции стали относительно частыми, а сама технология совершенствуется и бурно развивается.
Одна из таких была проведена руководителем Регионального сосудистого центра из Нальчика (Россия, КБР) Зауром Кожаевым. После ДТП в черепе пациента был дефект диаметром 15 см. Сотрудники научной лаборатории Кабардино-Балкарского Государственного университета смоделировали череп пациента, а макет, полученный из 3D-принтера, дал возможность подобрать точную копию нужного импланта. Модель была отправлена в кузню, где точно по ней сделали титановый протез.
2. Протезирование суставов. Одно из приоритетных направлений 3D-печати в медицине — производство индивидуальных протезов суставов (чаще всего тазобедренного, коленного и плечевого), изготавливающиеся на данных компьютерной томографии. Моделирование сустава и будущего протеза осуществляется в специальной компьютерной программе, которая позволяет получить точную форму изделия с учётом индивидуальных анатомических особенностей пациента. Это позволяет создавать не стандартные титановые импланты, а модели костей, структура которых максимальна схожа с настоящими.
Процесс 3D-печати начинается с проведения КТ повреждённого сустава пациента. Далее полученные результаты конвертируют в трёхмерную компьютерную модель, которая отправляется на печать. 3D-принтер выращивает точную копию сустава, по данным которой создаётся титановый протез.
Напечатанный на 3D-принтере имплант имеет ряд преимуществ перед обычными протезами. Обычно для протезирования сустава подбирается стандартизированный протез, после чего кость обтачивается, чтобы подойти к нему. В случае с 3D-печатью за основу берутся результаты КТ и создаётся сустав, максимально естественно подходящий пациенту. Кроме того, стандартные протезы подвергаются разрушению спустя 10–20 лет после имплантирования, теряя функциональную способность.
Первая такая операция была проведена в начале 2014 года в США сотрудниками клиники Conformis, где пациенту имплантировали коленный сустав, напечатанный на 3D-принтере. Пациент, отмечает, что теперь нормально ходит и даже занимается спортом, не останавливаясь через каждый квартал и не ощущая инородного тела в организме [2].
3. Стоматология ичелюстно-лицевая хирургия. Стоматология обязана 3D-технологиям индивидуальными коронками, капами (альтернатива брекетам) и протезами зубов; стало проще, быстрее и дешевле создавать слепки зубов и челюсти.
4. Печать медицинского оборудования. 3D-печать используется для производства некоторых хирургических инструментов, среди которых: щипцы, кровоостанавливающие зажимы, ручные скальпели и скобки. Также группа iLab использует трёхмерную печать для создания пуповинных зажимов для больниц в Гаити. Главное преимущество таких инструментов — низкая стоимость, которая в 10 раз меньше качественного эквивалента из нержавеющей стали.
5. Помощь вхирургической операции. Весной 2015 года китайским хирургам из урологической больницы XiangYa при Центральном южном университете удалось провести операцию по удалению опухоли почки у 60-летней женщины. Благодаря предварительному изучению 3D-печатной модели опухоли они не только успешно удалили опухоль, но и спасли саму почку. Это просто беспрецедентный случай среди операций такого рода.
Как и некоторые другие китайские врачи, доктор Ки Лин выбрал технологию 3D-печати, чтобы заранее спланировать ход проведения операции.
Для изготовления точной копии почки пациентки были использованы КТ-сканы почки, опухоли и прилегающих областей. Они были тщательно обработаны в программе для 3D-моделирования и подготовлены к печати. Когда модели были напечатаны, врачи смогли наметить точные места будущих разрезов, а также обсудили другие подробности операции.
11 мая доктор Ки Лин и его ассистенты провели операцию и успешно удалили опухоль, не затронув при этом саму почку. Благодаря применению 3D-печатной копии им удалось сократить кровопотерю до 50 мл, а время проведения операции — до 90 минут.
«На примере технологии 3D-печати начинаешь понимать, что действительно лучше один раз увидеть. Мы смогли заранее изучить опухоль со всех сторон, определить местоположение артерий и прилегающих тканей. Это позволило нам подобрать наиболее верный вариант проведения операции», — отметил доктор Ки Лин.
Выводы:
- В статье была изложена лишь небольшая часть применения возможностей 3D-печати в медицине; с каждым днём эта технология совершенствуется учёными из разных уголков мира и возможности её применения в медицине только растут, захватывая новые области.
- 3D-печать в значительной степени упрощает технику выполнения хирургического вмешательства и позволяет чётко спланировать его ход.
- В дальнейшем необходимо проводить работу по совершенствованию имеющейся технической базы, разработке и реализации Федеральной программы по развитию 3D-технологий.
Литература:
- http://evercare.ru/3d-printing-review.
- https://econet.ru/articles/37749-iskusstvennye-sustavy-napechatayut-na-3d-printere.
- Оперативная хирургия: руководство / под общей редакцией проф. И. Литтманна. — 3-е издание на русском языке. — Издательство Академии наук Венгрии «Аkademiai Кiad6», Будапешт, 1985.
