Применение 3D принтеров в медицине возможно по многим направлениям. Трехмерная печать в этой области постоянно открывает новые горизонты и то, что еще несколько лет назад считалось невероятным, сегодня вполне обыденная вещь. Уже на полном серьезе заходит речь о печати человеческих органов, в результате чего проблема их нехватки при пересадках будет вполне успешно решена. Но это все перспективы недалекого, по крайней мере, в это хочется верить, будущего, а сейчас мы рассмотрим то, что уже реально работает и помогает в решении конкретных задач.
Область применения
Производство протезов и моделей суставов наиболее успешная область, где 3D технологии произвели настоящий фурор. При помощи принтеров, работающих по технологии FDM печати, которая позволяет производить изделия методом послойного наплавления, изготавливают модели или протезы тазобедренных, плечевых, коленных суставов. С примерами таких аппаратов можно ознакомиться , на ваш выбор предлагаются как дорогие, так и вполне бюджетные варианты.
Недавно в США был разработан и изготовлен ручной протез, которым стала пользоваться 13 летняя девушка, потерявшая часть руки по локоть в результате несчастного случая. При помощи искусственной руки она с ловкостью управляется компьютерной мышкой, пьет кофе и даже играет в бейсбол. Изготовление каждого пальца занимало всего 7 минут, а внешний вид протеза привел в восхищение ее одноклассников. Но самым важным положительным моментом стала его цена - стоимость составила всего 200 долларов, что в десятки раз меньше обычных протезов. Также 3D технологии активно применяются для изготовления:
- Зубов.
- Слуховых аппаратов.
- Имплантантов.
- Хирургических инструментов.
- Ортопедической обуви.
- Учебных макетов в медицинские вузы.
Отдельно хотелось бы остановиться на имплантантах. При помощи 3D печати их изготавливают из пластика и металла. Например, для поврежденного участка черепа с успехом применяются пластины. Они дешевле своих аналогов, а время, затраченное на их производство, сокращается в несколько раз. В 2012 году для двух маленьких пациентов были изготовлены искусственные трубки, заменяющие трахеи, этим самым удалось спасти две жизни. Без этих имплантантов дети просто задыхались и не имели шанса прожить даже несколько лет. При этом стоимость работ и изготовление имплантанта была уменьшена в 5 раз.
Что нас ждет в ближайшем будущем
3D технологии находят свое применение во все новых областях медицины. Не проходит и дня, чтобы в разных уголках земного шара не было заявлено о новых возможностях этих аппаратов. Например, в Германии были проведены испытания по изготовлению костных хрящей для коленных чашечек, носа и ушей. Сейчас начаты испытания таких имплантантов на животных, после успешного завершения которых, медики планируют их вживление людям.
Их итальянские коллеги проводят испытания по созданию искусственной сети зрительных нервов. Это сложнейшая работа, но в случае ее успешного завершения, станет возможно восстанавливать зрение слепым людям. Также итальянские ученные работают над возможностью создания искусственных глазных яблок. Они планируют завершить испытания в 2027 году. Не отстают от своих европейских коллег и российские медики. В 2016 году был разработан проект по печати щитовидной железы, которую уже в ближайшем будущем будут испытывать на мышах. В производстве станут использовать тканевые сфероиды, полученные на основе соединения человеческих клеток. Если опыты будут удачными, то это станет настоящим прорывом в изготовлении и других человеческих органов.
3D печать титаном
Мы решили вынести отдельным пунктом одно из важных применений 3D-печати, которое постепенно получает распространение и в Украине. 3D печать титаном может сыграть значительную роль в создании индивидуальных протезов и имплантатов. Таким образом значительно упрощается процесс проведения операции и уменьшается риск послеоперационных осложнений. Мы предлагаем 3D печать титаном на по индивидуальным данным пациента. Есть возможность моделирования необходимого изделия на основе данных КТ. Более подробную информацию о проведении подобного проекта читайте в этой статье. 3D печать титаном – это новый шаг в медицине, который может значительно упростить весь процесс лечения.
3D медицина
Вероятно, наибольшее влияние на нашу жизнь может оказать именно в медицине. Медицина не стоит на месте, постоянно совершенствуется и развивается. Уже сегодня в этой сфере разрабатываются чрезвычайно перспективные методики, способные полностью перевернуть мир. В основном, это достижения в сфере – потенциально успешной технологии, позволяющей создавать живые ткани, кости и , идентичные человеческим. Но 3D печать в медицине не ограничивается лишь таким применением. На текущий момент доступны и более реальные возможности, которые уже широко применяются по всему миру.
3D технологии в медицине
Хотим напомнить, что в нашем магазине представлен большой выбор 3Д сканеров, и 3Д принтеров. Кроме того, у нас заказывают:
➤3Д печать;
➤3Д сканирование;
➤Создание изделия по чертежам;
➤3Д моделирование;
➤Разработку 3Д модели по образцу;
➤3Д проектирование;
➤Разработку 3Д модели по фото;
➤Восстановление поврежденных изделий;
➤Изготовление изделия по описанию;
➤ и покраску готовых изделий;
➤ ;
➤Макетирование.
Примеры работ
Не все части нашего тела имеют одинаковый «срок годности», и все чаще современная медицина преподносит нам образцы искусственных «деталей» взамен поношенных.
Но как совместить изготовленный на конвейере имплантат с всегда неповторимым пациентом?
Как избежать болезненной процедуры подведения человека под искусственные стандарты?
Как превратить долгую операцию в простую и быструю замену «деталей»?
На помощь медицине приходит технология 3-D печати.
Меняю сустав по фотографии
Крупнейшие современные 3-D принтеры позволяют распечатать деталь высотой в человеческий рост. Неудивительно, что технологиям быстрого прототипирования находится применение и в медицине, а именно, – для воссоздания тех частей человеческого тела, которые были повреждены или пришли в негодность.Материалы, используемые в трехмерной печати, не подходят для замены «сносившейся детали» в нашем организме – но эта технология дает возможность создавать медицинские инструменты, которые изготовляются под заказ для каждого пациента, в соответствии с его недугом и анатомическими особенностями.
Такие методы активно воплощаются в жизнь компанией Materialise , успешно сотрудничающей с медицинскими учреждениями разных стран мира. Программное обеспечение, изначально создававшееся программистами компании для моделирования объектов для 3-D печати, сейчас приспособлено к подготовке и планированию операций по замене суставов, челюстей, а в более тяжелых случаях – целых участков лицевого черепа. На входе специалисты Materialise получают снимки отсканированного участка тела, а на выходе в распоряжение хирурга поступают направители для сверл и лезвий, идеально соответствующие анатомическому строению пациента.
Утром – снимки, вечером - план
Одним из первых программных продуктов компании, нашедших применение в медицине, является Mimics – программа, позволяющая превратить набор томографических снимков в трехмерную модель в STL-формате (этот формат 3-D принтер способен преобразовать в реальный объект). На этом этапе осуществляется сегментация, т.е. создание на каждом снимке маски, совпадающей своими контурами с интересующим хирурга участком тела. Затем набор масок пересчитывается программой в объемный «портрет» кости.Ряд операций, таких, как установка имплантата челюсти или коленного сустава, уже не первый год подготавливают инженеры Materialise. Сотрудники компании имеют огромный опыт в этой сфере. Как правило, планирование хирургического вмешательства осуществляется инженерами в специально разработанных программах SurgiCase (в ортопедии) и SimPlant (в стоматологии).
Например, при работе с коленным суставом сотрудник обозначает на трехмерных STL-моделях костей точки и линии, соответствующие осям и направлениям вращения, сгиба и взаимного давления в суставе, подбирает имплантанты необходимого размера, следит за соблюдением всех условий, указанных хирургом. Согласно заданным точкам программа автоматически рассчитывает все параметры, влияющие на размещение имплантатов в колене, и, как результат, находит оптимальное расположение направителей для инструментов хирурга.
Готовый план поступает врачу, для удобства которого создана доступная программа Signature, позволяющая легко просматривать и корректировать параметры будущей операции.
Подписано в печать!
Наконец, вся совокупность данных импортируется в 3-matic – редактор для работы с файлами STL-формата. Программа имеет обширнейшие возможности, в числе которых –приложения, позволяющие, используя точную модель костной поверхности и параметры планирования, создавать направители, которые соответствуют операбельному участку с точностью до долей миллиметра.Из 3-matic-а STL-модели экспортируются в готовом к печати формате, после чего поступают в распоряжение инженеров, отвечающих за его успешное изготовление. Спустя время хирург получает по почте готовые направители – инструменты, позволяющие быстро, точно и безопасно провести запланированную операцию. В дополнение к ним можно заказать и модели самих костей – для предварительного ознакомления.
Это настолько удобно и практично, что многие хирурги постоянно практикуют данный метод – за несколько лет существования проекта сотрудники Materialise подготовили тысячи операций на суставах, а департамент, отвечающий за стоматологическую сферу, был выделен в дочернюю компанию Materialise Dental (жители России, Украины и др. стран постсоветского пространства имеют возможность в прямом смысле соприкоснуться с продукцией компании Materialise – с нами сотрудничают многие отечественные стоматологические клиники).
Продолжение следует
Опыт в сфере ортопедии и стоматологии дает возможность распространять такой подход на другие части тела. На подходе – операции на бедренном суставе, в активной разработке находится технология по установке сердечных имплантатов.Однако программное обеспечение, разработанное компанией, используется не только в подготовке стандартных имплантаций. Средства Mimics`а и 3-matic-а позволяют осуществлять уникальные операции, благодаря возможности воссоздать любой отсканированный участок организма и построить сложнейший 3-D объект, отвечающий этому участку анатомически. Но подробнее об этом – в другой раз.
Даниил Ткачев,
Инженер по качеству Ортопедического направления Materialise
Интенсивно развитие принтеров трехмерной печати привело к тому, что печать 3D проникла во все области науки, начиная от изготовления простых пластмассовых деталей и заканчивая применением в медицине. То что еще совсем недавно было фантазией, уже превратилось в реальность. В медицине применение трехмерных технологий развивается сразу в нескольких направлениях:
1. Сканирование органов.
2. Выпуск 3D моделей отсканированных органов. Это позволяет более точно изучить патологию, а также дает возможность попрактиковаться перед проведением операции.
3. Создание имплантов на основе трехмерных изображений пациента с учетом его функциональных особенностей.
4. Создание искусственных костей, тканей, кровеносных сосудов, вен и даже органов пациента.
Перспективы 3D технологий огромны. Стоит учесть тот факт, что они, постоянно совершенствуясь, быстро дешевеют. Использование 3D технологий в медицине позволяет сократить вероятность ошибки до минимума. Это большой прорыв в области медицины. Так, имея макет органа, который предстоит оперировать, хирург может намного лучше подготовиться к проведению операции.
©3dvita.ru
3D технологии: томография
Компьютерная томография 3D технологии – это золотой стандарт диагностирования. Трехмерное сканирование постепенно вытесняет пленочные плоскостные снимки. Такие аппараты обладают высоким потенциалом, активно используются в стоматологических исследованиях, челюстно-лицевой хирургии. Позволяют поставить максимально точный диагноз, что является гарантией полной уверенность в эффективности, качестве медицинских услуг.
3D томография является современным стандартом диагностики, что позволило выйти качеству диагностики и лечения на совершенно новый уровень. Преимущество трехмерных снимков – возможность выявить дефекты, которые часто упускаются в обычных изображениях. Это позволяет определить комплексную морфологию проблемных зон, установить более точное лечение.
3D томография — это качественное изображение, минимум облучения, а также скорость исследования и достоверная диагностика без дополнительных исследований.
3D моделирование в медицине
Трехмерные модели, создаваемые на основе компьютерной томографии в комплексе с трехмерной печатью – незаменимое достижение в области медицины. 3D моделирование в медицине позволяет создавать объемные модели. Трехмерные снимки пациентов, сделанные с помощью компьютерной томографии, трансформируются в изображение с хорошим разрешением, а затем — в трехмерные твердые 3D модели.
Это позволяет более качественно изучить особенности болезни, а также подготовиться к проведению операции. Так, для хирурга важно знать форму, очертания, особенности опухоли в трехмерном измерении, чтобы знать, как лучше действовать во время операции.
С помощью применения 3D технологий сложные операции проводятся по следующей схеме:
- сканирование;
- изготовление пластиковой модели;
- изучение и выбор метода лечения;
- собственно лечение.
3D принтеры используют в сочетании с современными системами проектирования. Так, с их помощью распечатывают клон опухоли перед операцией, чтобы лучше знать, с чем предстоит столкнуться и надлежащим образом подготовиться перед проведением операции.
3D принтер в медицине
Существует несколько примеров использования печати в медицине. В настоящее время трехмерная печать наиболее широко используется в стоматологии, хирургии. С ее помощью можно изготовить цельный имплант, который идеально подойдет конкретному пациенту, а также произвести макет больного органа для проведения более тщательной диагностики и подготовки к операции. Имея в качестве примера огромную 3D модель, хирургу проще ориентироваться во время операции.
3D принтер в медицине позволяет создавать недорогие модели, которые служат для изучения особенностей болезни. Это позволяет провести более успешную операцию, сократить ее время проведения, безошибочно подобрать схему лечения, что в разы ускоряет время выздоровления больного.
Принтеры позволяют распечатать детали больших размеров. Материалы, которые используются для печати для данных целей, не могут быть использованы для внедрения в организм. Но такие макеты позволяют производить медицинские инструменты с учетом анатомических характеристик каждого отдельного пациента.
В настоящее время 3D принтер в медицине также широко используют для изготовления различных искусственных частей тела:
- зубы;
- протезы конечностей;
- слуховые аппараты и прочее.
Технология позволяет создавать с помощью принтера различные протезы, которые идеально будут подходить для отдельного пациента. Трехмерные модели производятся из пластика или металла. Данные материалы контактируют с теплом человека, но не контактируют с кровью. Пластиковые, металлические изделия, активно развиваясь, постепенно проникают внутрь организма. С каждым днем создаются все более разнообразные импланты.
Развитие 3D сканеров влечет развитие 3D принтеров. Врачи готовы печатать не только вены, нервы, но целые органы для трансплантации. Уже сегодня протезы изготавливают не только из титана, но из собственных стволовых клеток пациента.
В протезировании преимущества 3D печати очевидны:
- скорость в сравнении с использованием технологий литья;
- легкий вес протеза, так как его пористость можно корректировать;
- пористость, что позволяет протезу быстрее обрасти живыми тканями.
Перспективы технологий 3D печати в медицине
Технологии 3D печати в медицине совершили настоящий прорыв. Человечество стоит на пороге больших перемен. Сегодня многие пациенты имеют прекрасную возможность воспользоваться результатом такого нововведения. Посредством принтеров можно напечатать не только различные протезы с учетом физиологических особенностей человека, но также живые ткани. 3D технологии также используют для изучения развития различных патологических процессов.
В настоящее время с помощью 3D принтеров создают небольшие фрагменты человеческих органов, в частности печени. Печать на принтере живых органов называется биопечатью. Вместо красок на таком принтере используются различные типы клеток: гепатоциты, клетки эпителия, звездчатые клетки. Первые искусственные ткани, произведенные таким образом, использовались для тестирования лекарств. Интересно, но клетки искусственной ткани выполняют функции печени, производя необходимые вещества.
Применение 3D технологий открывает множество преимуществ:
- совместимость имплатна с конкретным пациентом, чего сложно было добиться в случае с применением моделей, произведенных на контейнере;
- возможность превращения долгой операции в быстрый процесс.
В настоящее время трехмерные технологии уже активно используются в современной медицине. Одно из основных направлений – ортопедия, также это совершенно иной уровень диагностики и качества лечения.
Сегодня 3D технологии в медицине применяются для создания трехмерных снимков, на основе которых производятся точные копии переломов для обучения врачей, а также для изготовления точных моделей протезов. Но применение инновационных технологий на этом не ограничивается. Широкие возможности, которые открыли инновационные достижения, стимулирует двигаться дальше в этом направлении.
С появлением 3Д-технологий всё изменилось. В каждой сфере жизнедеятельности человека произошли серьёзные положительные сдвиги. Не стала исключением медицина. Использование в медицине открывает поистине неограниченные возможности и даже больше. При помощи 3D-печати врачи спасают жизнь или делают её комфортной.
3D-принтеры позволяют печатать не только простые шаблоны и макеты, но и части тела. В скором времени посредством станет возможным повсеместное создание органов на базе клеток человека. То есть не искусственных, а живых. И хотя пока это ещё не достижимо для всех, в научных университетах такие разработки ведутся и даже с успехом применяются.
3Д-печать протезов
Самое простое и уже повсеместно доступное использование 3д-печати – это создание протезов. 3Д-принтер на основе объёмного сканирования и 3Д-моделирования позволяет создавать анатомически точные индивидуальные протезы, причем как наружного применения, так и те, которые должны имплантироваться. Например, протез коленного сустава или даже кости. Для этого используются высококачественные биосовместимые материалы, как полимерного происхождения, так и традиционные металлы (титан). Фото напечатанных протезов можно найти в сети и в большом количестве, ведь это действительно достижение.
С целью создания протезов применяются разные 3d-технологии – фотополимерная печать, обычное аддитивное производство (FDM), а также методы лазерного спекания и сплавления. Но и это не всё, и использование 3Д-принтеров в медицинской отрасли этим не ограничивается
3Д-печать в медицине
Медицина является широкой сферой и поэтому применение 3Д-принтеров в ней тоже не узкое. Только в стоматологии 3Д-принтеры используются для:
- создания хирургических стоматологических шаблонов;
- печати кап и элайнеров;
- печати высококачественных коронок и зубных протезов, ортезов;
- изготовление точных копий челюстей пациента и др.
Ключевое преимущество, которое даёт 3Д-печать медицине – это индивидуальность. Все понимают, что поставить на поток производство органов и протезов для человека сложно, ведь невозможно стандартизировать людей. Также уникальна и каждая операция. А 3Д-принтер позволяет напечатать точную копию органа, чтобы максимально детально спланировать ход операции. Именно такое планирование сделало возможными операции в ряде клинических случаев. Можно даже посмотреть видео, где очевидно насколько отточены действия хирургов, благодаря напечатанным точным копиям оперируемых органов.
Таким образом, за 3Д-печатью в медицине будущее. А дверь в это будущее приоткрывает для всех желающих интернет-магазин «3DMall».