רופאים יכולים ללמוד מודלים מודפסים 3D של האיברים שלך לפני הניתוח חדשנות | סמית'סוניאן - מאמרים, חדשנות, בריאות ורפואה, טכנולוגיה

בת ריפלי רצה במסדרון לעבר הקרדיולוג עם לב טרי בידיה.

הוא הראה לו אותו, הוא לקח את זה והחל להפוך אותו, בדק ובחן אותו. הקרדיולוג זיהה מיד שצריך לזרוק חודשי תכנון בצד. חזרה ללוח השרטוט.

הלב המדובר היה מודל תלת מימד בגודל מלא של מתקתק בפועל של המטופל, חם מכבשות בבית החולים בריגהם ובית הנשים בבוסטון, מסצ'וסטס. ריפלי, רדיולוג, יחד עם הרדיולוג הרופא מייק סטיגנר, יצרו את המודל עבור צוות הקרדיולוגיה, לאחר שהמודלים הדיגיטליים התגלו כבלתי יעילים לדמיין את הגישה הכירורגית. ברגע שהקרדיולוג שם את ידיו על דגם מבוסס על נתונים מסריקות ה- CT, הבעיה הייתה ברורה כביום.

רק על ידי התבוננות בדגם, הוא הבין שהגישה לפרוצדורה תצטרך ככל הנראה להשתנות מצנתור זעיר פולשני לניתוח לב פתוח לחלוטין. למעשה, צוותו התחמק מסיבוך פוטנציאלי שלא ניתן היה לצפות אותו ללא המודל הפיזי.

ריפלי וטטיאנה קליל, עוד רדיולוגית בריגהם ונשים, הם חלק ממאמץ חדש בשם 3D Print For Health שהחל רק לפני חמישה חודשים. זו עמל של אהבה, המתנהל בזמנם הפנוי במאמץ לעודד דיונים בתוך קהילת הדפוס התלת מימדי הביו-רפואי. הם עובדים גם עם מספר כירורגים ורדיולוגים בבית החולים בריגהם ונשים, ובודקים כיצד מודלים תלת-ממדיים מפורטות של האנטומיות האמיתיות של המטופלים יכולים לסייע בהפחתת הסיבוכים מהניתוחים והטיפול, וגם לשפר את יכולתם של המטופלים להיות תומכיהם הטובים ביותר בעצמם.

"רצינו לבנות מקום לחולים ולחוקרים לחלוק רעיונות כיצד אנו יכולים להשתמש בהדפסת תלת מימד בצורה הטובה ביותר ברפואה", אומר ריפלי. "בידי האנשים הנכונים זה יכול להיות כלי חזק במיוחד."

סריקת תלת מימד של לב (הדפסת 3D לבריאות)

סריקת תלת מימד של שבץ מוחי (3D Print for Health)

סריקת תלת מימד של כליות (הדפסת 3D לבריאות)

הצוות מונע על ידי מטופליו, והרצון לעשות עבורם שינוי אמיתי. לפעמים זה אומר לעזור למטופל להבין טוב יותר את מחלתם או הפתולוגיה שלהם; לפעמים זה עוזר למנתח לפתח משחק-על-משחק כוריאוגרפי בחוזקה לצורך הליך מתקרב.

"שאלנו מנתחים מה המשיך אותם בלילה", אומר קליל. "האם הם היו זקוקים לעזרה בהמחשת האנטומיה של המטופל או העברת תקשורת לחולה? אנחנו לא רוצים להדפיס דגם רק בגלל שהוא ניתן להדפסה - הוא חייב להיות בעל שימוש. "

בריגהם ונשים אינן המוסד הרפואי הראשון שהשתמש בהדפסת תלת מימד בדרך זו. חברות אספקה רפואית משתמשות במודלים אנטומיים מודפסים 3D כדי לתכנן אבות-טיפוס טובים יותר של מכשירים, כולל שסתומי לב ותותבות; המכונים הלאומיים לבריאות מקיימים חילופי הדפס שבהם ניתן להוריד בחינם דגמים. מה שמבדיל את מאמצי בית החולים בריגהם ונשים זה שהם מתכננים ומריצים מחקרים על האופן בו המודלים המודפסים לפני הניתוח עושים את ההבדל בהפחתת זמן הניתוח והסיבוכים.

הצוות מתמקד בשני פרוצדורות בשיתוף רופאים אחרים בבית החולים בריגהם ובית החולים לנשים - החלפת שסתום אבי העורקים הפולשני באופן מינימלי וכריתת גידולי כליה בסיוע רובוטי, כאשר כל שנייה סופרת לאחר הידוק הכלי. קיום מודל תלת ממדי של אבי העורקים של המטופל לפני הניתוח מאפשר לרופאים לבחור שסתום שמתאים בדיוק; עבור כליות, המודל מעניק למנתחים ויזואליזציה טובה יותר של מיקום הגידול, וממזער נזק לרקמות כתוצאה מזרימת הדם לאיבר במהלך הניתוח.

"עם החלפת שסתומים זעיר פולשנית, מתמחים לא צריכים לפתוח את החזה ולמדוד פיזית את השסתום כדי לוודא שהוא מתאים", אומר ריפלי. "נכון לעכשיו, הדרך היחידה למדוד את זה עם תמונה דו-ממדית, אבל אפילו עם התמונות הטובות ביותר זה לא תמיד קל."

הצוות בוחן בשיתוף פעולה הדוק עם ג'יימס וויבר ואחמד הוסני, מומחים להדפסת תלת מימד ברזולוציה גבוהה במכון Wyss של אוניברסיטת הרווארד להנדסה ביולוגית. החוקרים עד כמה הנתונים הדיגיטליים מתורגמים במדויק למודלים פיזיים, וכן כיצד לנצל בצורה הטובה ביותר סריקות קיימות כדי להפחית את חשיפת המטופלים לקרינה נוספת מיותרת.

רופאי שיניים עושים את זה כבר שנים. כשאתה מאבד את כתר השן, הם מפיקים תחליף; כל דבר שאינו מתאים להתאמה מושלמת יכול לפגוע בשיניים שמסביב לעצמות הבסיסיות. בעזרת הדפסת תלת מימד הצוות רואה כי רפואה מותאמת אישית ממריאה במיינסטרים.

"אנו באמת מעוניינים ליצור טיפולים ספציפיים למטופלים, " אומר חוסני. "אנו רוצים ליצור את הפיתרון המתאים ביותר עבורך, ובאופן אידיאלי זה אומר לבצע מדידות, לשלוח אותם ליצרן מכשירים רפואיים ולהחזיר משהו שמתאים בדיוק לכל מטופל."

בנוסף, הקבוצה חושבת שלמודלים תלת ממדיים רפואיים יש יישומים במחלות שכיחות, לא רק לניתוחים נדירים או מסובכים.

בת ריפלי (משמאל) וטטיאנה קליל (מימין) מסבירות את התהליך של הדפסת תלת מימד מודלים אנטומיים למשתתפים במייקר הלאומי פייר בסוף השבוע שעבר בוושינגטון הבירה (3D Print for Health)

(הדפסת 3D לבריאות)

אל קליל (משמאל לקצה) וריפלי (שני משמאל) הצטרפו חברי הצוות ג'יימס וויבר (שני מימין) ואחמד חוסני (מימין), ממכון Wyss של אוניברסיטת הרווארד להנדסה ביולוגית בהשראה. (הדפסת 3D לבריאות)

הם יצרו מערך של דגמים המראים השפעות של "10 הרוצחים המובילים" כדי להדגים כיצד הדפסת תלת מימד תועיל להתקרב למחלות לב וכלי דם, סרטן, COPD, טראומה, שבץ מוחי, אלצהיימר, סוכרת, דלקת ריאות ושפעת, מחלות כליות והתאבדות . ב"ייצור הלאומי פייר "האחרון בוושינגטון הבירה, המשתתפים הסתובבו סביב שולחן התצוגה, הרימו מוחות וכפות רגליים ולבבות, ואילו ריפלי, קליל, חוסני וויבר החליפו תור והסבירו את תהליך ייצור הדגמים ואת היתרונות הפוטנציאליים שלהם לבריאות.

הצוות מקווה שמאמציהם יובילו לטיפול ספציפי לחולה. כמקרה אחרון, הם מתייחסים לסטיבן קיטינג, חוקר ב- MIT, אשר בשנת 2014 אובחן כחולה בגידול מוחי גדול. קיטינג היה פעיל בעבודה עם וויבר והוסני כדי להמחיש את הגידול בתלת ממד, ואילו המנתח שלו, אניו צ'יוקה, ביקש מהם להדפיס העתק מרקם מיוחד.

דגמי התלת מימד היו מועילים להפליא בסיוע לקיטינג להבין טוב יותר את היקף הגידול וסיפקו עזרים חזותיים חזקים להעברת אבחנתו למשפחתו, חבריו וחבריו המדענים. ניסיונו סייע גם בהעלאת המודעות בקרב הציבור הרחב באשר לכוחם החינוכי של הדפסת תלת מימד ביו-רפואית.

באופן אידיאלי, הקבוצה רואה את המטופל יכול לקחת נתונים לסרוק לרופא ולהכין מודל העשוי לאיבר או לרקמה זו - לכל הליך שהוא. נכון לעכשיו, מרבית תוכניות הביטוח לא מכסות את עלות ייצור הדגמים, אך קליל אומרת שאם נמשיך להוכיח את השירותים שלה באבחון, טיפול והפחתת עלויות, הדבר עשוי להשתנות בעתיד הקרוב. ריפלי ליבו ייצר חומרים ועבודה כ -200 דולר.

לכל הפחות, אם מטופל מעוניין להשיג דגם מודפס בתלת מימד, עליו לבקש מיד את התמונות הדיגיטליות, מייעץ ריפלי. תמונות אלה עשויות להועיל בהמשך הדרך.

"לחולים צריכה להיות גישה לנתונים שלהם", אומר קליל. "זה האנטומיה שלהם."

ג'וזף מדסן, פרופסור חבר לכירורגיה עצבית בבית הספר לרפואה של הרווארד ומנהל התוכנית לניתוח לאפילפסיה בבית החולים לילדים בוסטון, ניצל לאחרונה גם מודל פיזי של מוחו של המטופל עליו ינתח. הוא הצליח לבצע ריצה יבשה של הניתוח, שהיה הליך מעקב מסובך, לפי הדגם.

"אנחנו עדיין לא ממש נמצאים בשימוש שגרתי בניתוחים, אבל אנחנו חייבים להמשיך לעבוד על זה כל יום", אומר מדסן. הוא חושב שזה ייקח זמן עד שהתרגול יבשיל.

למדסן הבנה מיוחדת של עולם הדוגמנות התלת מימדית: כתיכון, יועץ המעבדה הראשון שלו היה סטודנט לתארים מתקדמים במדעי המחשב ביוטה שהתנסה באנימציה ממוחשבת. באותה תקופה, בראשית שנות ה -70, היה מדובר בשימוש חדש ומעמיק בכוח המחשוב, בתקופה שבה מחשבים היו עדיין זוויות איטיות. כמעט שני עשורים לאחר מכן הקים היועץ של מדסן, אד קטמול, את אולפני האנימציה של פיקסאר.

"לאד היה החזון של אובייקטים תלת-ממדיים שניתן להשתמש בהם בבידור, ועדיין עברו 20 שנה בין ההפקה של צעצוע של סיפור " , אומר מדסן. "מה שחשוב הוא החזון כיצד ייעשה היישום [של הדפסת תלת מימד]. זה מה שאתה עושה עם זה, איך אתה עושה את זה. אני מאוד בעד הרחבת הטכנולוגיה, אבל זה ידרוש הרבה הערכה ותועלת באמת מהורהרים מצד המנתחים. "