3D технологии в медицине. Перспективы развития

3d технологии томография и моделирования в медицине

3D технологии в медицине. Перспективы развития

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.

Источник: //medicalinsider.ru/meditsinskaya_tekhnika/3d-tekhnologii-tomografiya-i-modelirovaniya-v-medicine/

Будущее в 3D: как технологии меняют наше представление о медицине

3D технологии в медицине. Перспективы развития

За последние десятилетия 3D-технологии проникли во все сферы жизни общества, включая медицину. То, что еще совсем недавно казалось фантастикой, стало реальным.

Сегодня технологии создания трехмерных изображений и печати трехмерных объектов помогают врачам самых разных специальностей.

В чем преимущества и недостатки этих технологий и какой представляется медицина будущего – в материале m24.ru.

m24.ru/Игорь Иванко

Что нужно знать о 3D-технологиях

Впервые технология изготовления физических трехмерных объектов с использованием цифровых данных была разработана американцем Чарльзом Халлом в 1984 году. Спустя два года она была запатентована и получила название “стереолитография”.

После этого изобретатель основал компанию 3D Systems и разработал первый промышленный станок для 3D-печати.

Суть технологии заключается в печати объекта на основе его цифровой модели: 3D-принтер формирует детали объекта слой за слоем из необходимого материала, будь то пластик или металл.

По факту технология 3D-печати в области медицины не сильно отличается от той же технологии, применяющейся в других сферах.

Существенным отличием является лишь то, что при изготовке имплантата или протеза специалисты-медики учитывают индивидуальные особенности конкретного пациента.

Таким образом, производство частей человеческого тела нельзя поставить на поток: каждый случай требует особого внимания врача и долгой предварительной подготовки. Это, безусловно, увеличивает себестоимость напечатанного на 3D-принтере протеза.

В современной медицине применение трехмерных технологий развивается в нескольких направлениях. Во-первых, это сканирование органов. Компьютерная томография (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ) являются современным стандартом диагностики.

Преимущество трехмерных снимков перед плоскостными очевидно: во время 3D-сканирования специалист может выявить скрытые проблемы и впоследствии назначить пациенту более точное лечение, а также предупредить развитие серьезных заболеваний.

Во-вторых, происходит выпуск 3D-моделей органов, которые позволяют наиболее точно изучить их патологию и попрактиковаться перед проведением операции. В-третьих, активно создаются имплантаты на основе трехмерных изображений с помощью 3D-принтеров.

Также разрабатываются технологии создания искусственных костей, тканей, кровеносных сосудов и органов.

3D-печать как вид протезирования

m24.ru/Михаил Сипко

Протезирование – это одна из трех возможностей получить замену выбывшей из строя части организма. Две другие – взять готовую, то есть воспользоваться донорским органом, и вырастить новую (не слишком, наверное, далек тот день, когда с помощью стволовых клеток мы будем “по желанию” выращивать новые зубы).

Строго говоря, протезирование – самый старый и опробованный метод. Джордж Вашингтон имел деревянные зубы, ну а канонический образ пирата Джона Сильвера на деревяшке вместо ноги знаком всем, кто в детстве читал “Остров Сокровищ” Стивенсона.

Дерево как единственный доступный материал для протезирования годилось только для внешних целей: из него создавали что-то, что можно пристегнуть или вставить (и заменить при надобности).

Лишь ближе к концу прошлого века протезы стали имплантируемыми, появились титановые элементы замены скелетно-костной части, и даже шарнирные суставы.

Сейчас электроника вкупе с нейрохирургией делают удивительные вещи: например, деревянная рука, ранее имевшая сугубо декоративную функцию, теперь состоит из металла, имеет микродвигатели, управляемые биотоками мозга, и способна захватывать и переносить предметы.

Это еще не массовая медицина, но уже готовая реальность, и наверняка в ближайшем будущем подобные протезы будут создаваться все чаще и становиться все доступнее.

Сейчас трехмерная печать наиболее широко используется в стоматологии и хирургии. С ее помощью врач может изготовить цельный имплантат, идеально подходящий конкретному пациенту, а также произвести макет нужной части тела для подготовки к операции.

3D-принтер позволяет создавать недорогие модели, а также различные искусственные части тела, например, зубы или протезы конечностей. Развитие 3D-сканеров влечет за собой развитие 3D-принтеров.

Активно разрабатываются технологии создания протезов не только из титана или пластика, но и из собственных стволовых клеток конкретного пациента.

Успешные случаи применения 3D-печати в медицине уже насчитываются десятками. Так, например, в 2013 году в США хирурги заменили пациенту кости черепа на имплантаты, распечатанные на заказ.

В результате операции его череп теперь на 75 процентов состоит из искусственных деталей.

По сути, эта операция открыла новые двери в области протезирования: в компании Oxford Performance Materials, которая создала имплантат и провела его успешное установление, отметили, что подобная технология сможет помочь тысячам людей, оказавшимся на грани жизни и смерти.

Специалисты называют несколько преимуществ 3D-печати в сравнении с другими способами создания протезов: скорость (гораздо быстрее напечатать нужный протез, нежели отлить его из титана), легкий вес подобного имплантата, пористость напечатанного протеза, которая в свою очередь позволяет ему обрасти живыми тканями за более короткий срок.

Мнение эксперта

“В настоящее время на базе крупных медицинских центров в нашей стране стало возможным проведение виртуального 3D-планирования и компьютерной симуляции предстоящих операций. Для хирургов данные технологии усложняют процесс планирования операций и требуют больших временных затрат. Однако это уменьшает вероятность ошибок в ходе операций, что очень важно в челюстно-лицевой хирургии, поскольку исправление функциональных проблем (жевания, дыхания, речи) часто не так важно для пациента по сравнению с эстетическими. Эстетика лица имеет огромное социальное значение для пациента”.

Михаил Мохирев

врач Центрального научно-исследовательского института стоматологии и челюстно-лицевой хирургии

Проблемы области

На сегодняшний день томографы и 3D-принтеры крайне дороги. Позволить себе приобрести необходимую аппаратуру может не каждая больница, поэтому 3D-сканирование и операции с предварительным 3D-моделированием проводятся только в крупных федеральных центрах.

Для хирургов основной проблемой, связанной с использованием 3D-технологий, является оплата времени, потраченного на сам процесс планирования.

Поскольку врачи работают по медицинским квотам, этап подготовки к операции практически не учитывается и по факту происходит за счет энтузиазма самого специалиста.

Трудности возникают и во время самих операций: готовые 3D-имплантаты крайне чувствительны и требуют особой квалификации врача.

По словам специалиста, российские врачи практически не привязаны к зарубежному оборудованию (комплектующие в основном производятся в сотрудничестве с Китаем), но программы, которыми пользуются наши хирурги – зарубежные, так как российского программного обеспечения в сфере 3D-моделирования не так много. В связи с этим врачи часто ездят за границу, где учатся работать с новыми медицинскими программами и современным ПО.

Перспективы 3D-технологий

Основываясь на очевидных достоинствах 3D-сканирования и 3D-печати, можно предположить, что в будущем эти технологии полностью завоют области диагностики и протезирования.

Те возможности, которые эти инновационные технологии открыли для специалистов, безусловно, будут стимулировать развитие данной области.

Так что, вполне возможно, уже через несколько лет напечатанное на 3D-принтере человеческое сердце или желудок никого не удивит и будет восприниматься людьми, как деревянная нога Джона Сильвера сто тридцать лет назад.

Дарья Щёкина

Источник: //www.m24.ru/articles/nauka/02112016/120896

Новые достижения: 3D технологии в медицине

3D технологии в медицине. Перспективы развития

Все чаще появляются новости о 3D-печати органов и частей тела. И очередная сенсация, которая ставит медицину на совершенно новый уровень, пришла из Испании. Врачи спасли больного саркомой, напечатав ему новую грудную клетку на 3D-принтере.

В ходе лечения хирургам пришлось удалить значительную часть грудной клетки 54-летнего пациента, которая была поражена злокачественной опухолью, но благодаря новейшим технологиям удалось создать имплантат из титана, заменивший поврежденные кости.

Операция беспрецедентная — до этого ни 3D-моделлеры, ни хирурги не решались браться за задачи такой сложности. Модель грудной кости и реберной клетки воссоздана на основе снимка высокой четкости, сделанного при помощи томографа, и распечатана на принтере Arcam (стоимостью 1,3 млн долларов).

В торакальной хирургии известны случаи замены грудных ребер титановыми имплантатами, но есть проблема — со временем традиционные крепления ослабевают и требуется повторная операция, что для пациента с саркомой было бы крайне нежелательно. Поэтому биоинженеры в данном случае предложили принципиально новый тип креплений для длительного использования.

Пациент выписан спустя 12 дней после операции и быстро идет на поправку.

3D-защита от мошенников

И еще одна новость про то, как 3D-технологии делают невозможное возможным. Сегодня рынок наводнен подделками всевозможных вещей от таблеток до мотоциклов. Годовой оборот мирового рынка контрафактных товаров составляет 1, 8 млрд долларов, и, судя по тенденциям, это не предел.

Доступный способ защиты оригинальных лекарств придумали британские технологи. 3D-штамповка, «встроенная в процесс» литья таблетки, представляет собой ряд небольших выемок строго определенной глубины, расположенных на поверхности препарата.

Такой штрих-код кодирует производителя, серию и номер партии лекарственного средства. С помощью специального сканера врачи и пациенты смогут точно определить подлинность препарата.

Технология подходит не только для таблеток, но для любых литых и формованных изделий из пластмасс, эластомеров и композиционных материалов. Поэтому разработчики собираются предложить свое изобретение производителям швейцарских часов, подделка которых также невероятно популярна у мошенников всего мира. В массовое производство новинку планируют внедрить в 2016 году.

Альцгеймер заразен? Нет!

А вам щекочут нервы медицинские страшилки, которыми нас регулярно потчуют СМИ? Журналисты готовы из любого непримечательного факта раздуть угрозу мирового масштаба. Но проходит время — и вот уже Эболы никто не боится, про птичий грипп забыли, а над коровьим бешенством посмеиваются.

И вдруг в сентябре очередная сенсация — «болезнь Альцгеймера может быть заразна и передается при переливании крови»! Как вам понравится перспектива впасть в маразм из-за донора с Альцгеймером? Страшно?

Зато ученых так просто не напугать, поэтому они спокойно все объяснили.

Весь сыр-бор разгорелся из-за одного небольшого исследования, в ходе которого при вскрытии в мозге восьми молодых пациентов нашли скопления аномального белка бета-амилоида, характерного для болезни Альцгеймера.

В детстве всем этим людям для лечения низкорослости вводили гормон роста, извлеченный из гипофизов покойников, в том числе страдающих болезнью Альцгеймера. Отсюда возникла идея о том, что Альцгеймер может передаваться при медицинских вмешательствах.

Но дело в том, что амилоидные бляшки сами по себе не означают наличия или даже зарождения болезни Альцгеймера. На самом деле до сих пор даже не установлено, является ли бета-амилоид причиной или следствием болезни.

Кроме того, для Альцгеймера обязательно присутствие аномального тау-белка и массовое разрушение нейронных связей — чего у погибших пациентов обнаружено не было.

Так что на этот раз ученые загубили панику на корню, и совершенно правильно сделали.

Сам себе виртуальный Фрейд

И напоследок новость от психологов. Они наглядно продемонстрировали справедливость утверждения, что «все ответы находятся внутри нас», и сделали это весьма остроумным способом.

Добровольцев, принявших участие в уникальном эксперименте, погружали в глубокую виртуальную реальность с помощью специальной гарнитуры и датчиков.

При этом создавалась иллюзия полного присутствия в комнате с двумя персонажами — «клоном» самого участника и знаменитым психоаналитиком Зигмундом Фрейдом (при разработке виртуального пространства авторы предварительно убедились, что образ Фрейда является не только авторитетным, но и хорошо узнаваемым).

Испытуемый мог «перемещать сознание», оказываясь попеременно то виртуальным собой, то «Зигмундом Фрейдом». Далее участников просили осуществить два различных диалога.

В первом варианте диалога доброволец от имени своего клона озвучивал проблему, а рекомендации по решению этой проблемы давал уже «переместившись во Фрейда». Вторым вариантом был разговор клона в духе «сам с собой», проще говоря, участник пытался самостоятельно прийти к каким-то выводам.

Эксперимент показал, что советы «профессионального психоаналитика» были более точными и оказали на всех добровольцев существенно большее влияние, чем «собственные».

Специалисты считают, что благодаря подобным экспериментам открываются принципиально новые возможности для когнитивной психотерапии, а также любого вида деятельности, связанного с принятием решений.

Ирина Кайнова, Ксения Скрыпник

Фото thinkstockphotos.com

Источник: //apteka.ru/info/articles/novosti-zdorovya/3d-tekhnologii-v-meditsine/

Безопасность, точность и скорость: 3D-технологии в медицине

3D технологии в медицине. Перспективы развития

Мировая медицина активно внедряет в практику новейшие технологии и прорывные разработки ученых с 2010 года.

Применение 3D-печати в отечественной клинической практике пока фрагментарно, но интерес общественности, государства и докторов к перспективной технологии усиливается с каждым годом. Осенью 2016 г.

состоялась первая конференция по биотехнологиям, персонализированной медицине и тканевой инженерии “Биотехмед”.

Эксперты области и министр здравоохранения РФ подтвердили ценность современных методик и оборудования и признали, что биомедицинские технологии, 3D-сканирование и печать откроют новые возможности врачам и помогут повысить качество и доступность медицинской помощи в стране.

Как технологии меняют повседневную деятельность докторов и жизнь пациентов? Что готовы предложить здравоохранению сегодня?

1. Предоперационная подготовка делает хирургию безопаснее

Медицина, возможно, последняя индустрия с высоким уровнем риска, которая до сих пор не репетирует перед началом “игры”. Пилоты отрабатывают взлеты и посадки на реалистичном симуляторе, футболисты проводят несколько предматчевых тренировок, где многократно прогоняют передачи и комбинации, которые помогут им забить мяч в ворота соперника во время игры.

Тренировки в сфере здравоохранения проходят по принципу: увидел операцию один или несколько раз, провел такую же операцию самостоятельно, затем обучил другого специалиста. Таким образом, доктора практикуются на тех самых пациентах, которым оказывают медицинскую помощь.

Как врачу оттачивать мастерство проведения сложнейших операций по удалению опухолей головного мозга, как репетировать операции при пороках сердца или редких детских заболеваниях (врожденной диафрагмальной грыже или гидроцефалии), когда ошибка может стать фатальной?  

2 операции – 1 разрез

В этом вопросе способны помочь трехмерные технологии совместно с компьютерной диагностикой. 3D-дизайнеры и инженеры задействуют оперативную информацию о состоянии организма человека в виде набора снимков внутренних органов (компьютерной и магнитно-резонансной томографий) и воссоздают на ее основе сложные физические объекты.

3D-модели для предоперационной практики. Источник фото: Boston children's hospital

Напечатанные на профессиональном 3D-принтере модели костей и органов, системы нервов и сосудов мозга пациента служат имитацией реального фрагмента организма человека.

Эти модели хирурги используют для дооперационной практики и планирования. Врач отрабатывает ход вмешательства и хирургические манипуляции, пока не найдет оптимального пути решения проблемы.

Поэтому на операцию он идет с детальным пониманием клинического случая и четким планом действий.

2. Анатомическая точность

Современные медицинские 3D-продукты – ортезы, каппы для коррекции прикуса и слуховые аппараты – технологически объединяет одно: персонализация производства.

Изделие создают на основе 3D-сканирования пациента, которое в точности воспроизводит индивидуальные анатомические особенности. Так врачи повышают эффективность лечения для конкретного человека, а пациенты получают максимально удобные в быту изделия.  

Прозрачная альтернатива брекетам

Американская компания разработала каппы, или элайнеры, для коррекции прикуса Invisalign. Как и брекеты, каппы выравнивают положение зубов.

3D-элайнеры справляются с задачей в среднем на 20-30% быстрее брекет-систем, так как работают более точечно. При этом они удобнее, эстетичнее и незаметнее брекетов.

Каппы для выравнивания зубов. Источник фото: Invisalign

На основе 3D-сканирования челюсти конкретного человека дизайнеры визуализируют процесс движения целого ряда или отдельных неровных зубов и изготавливают персонально для пациента серию капп.

Желаемого прикуса можно добиться через 18 месяцев.

Таков средний срок курса лечения с применением элайнеров, по сообщению представителей стартапа 3DSmile, который развивает технологию в России с 2014 года.

3. Экономия времени

Скорость, высокая точность и возможность производства уникального для каждого пациента медицинского изделия – ключевые особенности технологий 3D-сканирования, моделирования и печати, которые позволяют оперативно создавать качественную медицинскую продукцию без повышения затрат, а за счет упрощения производственного цикла.

Слуховой аппарат на заказ за 4 часа

Технология производства традиционных моделей слуховых аппаратов базируется на разработках второй половины 20 века и заключается в заготовке мастером индивидуального корпуса по слепку слухового прохода пациента с помощью пресс-формы и многоэтапной ручной обработки.

Длительный и трудоемкий процесс требует высокого мастерства и не исключает дополнительной работы мастера по подгонке корпуса под пациента.

Теперь для подготовки индивидуального внутриушного слухового прибора вместо 12 этапов требуется всего 4, вместо 3 дней – 4 часа.

Сканирование слухового канала. Источник фото: Uvero

Производственный цикл 3D-печатных внутриушных вкладышей для усиления звука выглядит так:

  1. 3D-сканирование слухового канала пациента.

  2. Подготовка и шлифовка цифровой модели в программе. На этом же этапе генерируется фиксирующая форма, размещается вентиляционный канал (изготовить вручную такие отверстия сложных форм и размеров невозможно), проектируется место под электронику.

  3. 3D-печать изделия.

  4. Интеграция электроники в распечатанную 3D-деталь.

За день один оператор отправляет на печать более сотни индивидуальных внутриушных вкладышей. При этом, специализированное программное обеспечение исключает риск человеческой ошибки и необходимость дальнейшей подгонки прибора – вкладыш и корпус аппарата изначально создаются анатомично.

_________________________________________________

Таким образом, внедрение современных методик в практическое здравоохранение обогащает инструментарий врача и выводит медицину на новый уровень: через разработку и производство средств дооперационной симуляции повышают безопасность хирургического вмешательства и минимизируют риски врачебной ошибки;  через оперативное создание высокоточной продукции “под пациента” (с учетом специфики его анатомии и патологии) – улучшают эффективность и качество медицинской помощи.

В долгосрочной перспективе, по прогнозам Минздрава, переход к новой высокотехнологичной медицине способен увеличить среднюю продолжительность жизни в стране на 25-30 лет. За счет каких открытий и разработок удастся добиться таких результатов, и где граница между реальными возможностями и ограничениями 3D-технологий, –  на эти вопросы попробуем ответить в следующих статьях.

Источник: //3dlab.clinic/news/preimusestva-primenenia-3d-tehnologij-v-medicine

3D принтеры в медицине — область применения и перспективы развития печати

3D технологии в медицине. Перспективы развития

Технологии 3D-печати впервые были применены в стоматологии. В конце 1990-х годов компания Align Technology начала производить капы для выращивания зубов с использованием 3D-принтеров.

Однако первый имплантат удалось напечатать фирме LayerWise лишь в 2012 году. Тогда же состоялась первая операция по вживлению титановой нижней челюсти, изготовленной с помощью 3D-печати.

3D-печать в медицине

Какими достоинствами обладают протезы костей, созданные при помощи технологий 3D-печати? Во-первых, высокая скорость изготовления. Стандартное создание протезов занимает слишком много времени, которого у пациента может и не быть. Печать протезов же происходит довольно быстро.

Во-вторых, малый вес, который также может подвергаться изменениям в ту или иную сторону. Все зависит от степени пористости протезов, которые часто изготавливают из титана. В-третьих, эта самая пористая структура способствует более быстрому обрастанию протезов живыми тканями.

С помощью технологий трехмерной печати врачи успешно устраняют проблемы с межпозвоночными дисками, которые могут появиться из-за активных занятий спортом или по причине возникновения опухоли спинного мозга.

Материалы для изготовления позвонков обладают пористой структурой, поэтому готовые имплантаты быстро зарастают костной тканью и превращаются в полноценную часть человеческого тела.

Единственным недостатком этого метода лечения является довольно продолжительный реабилитационный период.

В 2013 году американские медики впервые провели операцию по замене костей черепа пострадавшего в ДТП. Благодаря титановым протезам, напечатанным на 3D-принтере, удалось заменить 70% черепа пациента!

Считается, что подобные процедуры ежемесячно могут спасать жизни сотен людей, получивших травмы в результате автомобильных аварий и боевых действий. Кроме того, возможно успешное лечение пациентов, страдающих от опухоли головного мозга.

Импланты и протезы, напечатанные на 3D-принтере, также применяются при операциях на ключицах, лопатках, тазобедренных костях и т.д. Например, не так давно американская компания Conformis впервые вживила пациенту коленный сустав нового поколения.

Раньше для замены коленного сустава долго подбирали протез, а затем обтачивали кость, чтобы внедрение импланта завершилось успешно. Теперь же эта процедура выполняется лишь с помощью компьютерной томографии и печати подходящего протеза.

3D-принтеры используются и для печати объемных моделей внутренних органов человека. Например, перед операцией создается точная копия сердца пациента. Таким образом хирург составляет максимально подробный план предстоящей операции, ориентируясь не только на результаты сканирования, но и на индивидуальные особенности этого органа.

В России

В 2017 году в НИИ онкологии им. Н.Н. Петрова была осуществлена пересадка костного имплантата, напечатанного на 3D-принтере. Группа врачей во главе с профессором Георгием Гафтоном три с половиной часа спасала пациента от раковой опухоли, возникшей в лонной кости.

Чуть позже медики из НИИ онкологии им. Н. Н. Петрова провели другую операцию. На этот раз больному пришлось удалить переднюю часть нижней челюсти, которую заменили на титановый протез.

За его создание отвечала компания «3D Медицинские системы».

Хотя пациенту пришлось пройти трудный послеоперационный период (регулярное ношение специальной маски и питание через шприц), операция была признана успешной.

Интересно, что финансированием подобных операций занимается государство. Так, взрослые пациенты могут рассчитывать на сумму до 800 тысяч рублей, дети ― до 1,6 миллиона рублей.

За рубежом

В 2016 году шведские ученые из Wallenberg Wood Science Centre совместно с профессором Полом Готенхолмом осуществили вживление искусственных хрящевых тканей в организм подопытных мышей. При помощи биочернил Cellink, в состав которых входят бурые водоросли, целлюлозные волокна и клетки человеческих хрящей, исследователи сумели напечатать на 3D-принтере качественные имплантаты.

Внедрение напечатанного хряща в организм подопытной мыши прошло успешно. После этого ученые добавили в состав хряща стволовые клетки из костного мозга и повторили эксперимент.

Эти исследования позволили шведам обсуждать возможность проведения клинических испытаний на людях. Вполне вероятно, что хрящи, напечатанные на 3D-принтерах, будут использоваться не только при лечении различных травм и онкологических заболеваний, но и в пластической хирургии.

Ортопедические корсеты

Российское изобретение под названием GS3 ― это специальный ортопедический корсет для спины, созданный с использованием технологий трехмерной печати. Данный корсет предназначен для пациентов, проходящих курс реабилитации после серьезных травм или операций.

Основное преимущество корсета GS3 ― возможность индивидуальной подстройки. Благодаря встроенным гироскопам и акселераторам, работающим через Bluetooth, корсет не сковывает человека в движениях, при этом осуществляя постоянную поддержку спины и поясницы.

Развитие в стоматологии

Использование 3D-печати в стоматологии позволяет создавать качественные и долговечные модели вкладок, накладок, коронок, виниров и мостов для их дальнейшего внедрения в организм. Различные материалы, используемые для печати пломб, не только обладают высоким уровнем биосовместимости, но и могут применяться для лечения слегка поврежденных зубов.

С помощью 3D-принтеров можно моделировать большое количество необходимых объектов за одну сессию. Более того, все напечатанные модели сохраняются в системе и могут быть использованы в будущем, например, для автоматического моделирования зубов.

Печать человеческих сердец

Американская компания BIOLIFE4D на текущий момент занимается созданием искусственных сердец, для печати которых предполагается использовать клетки пациентов. По мнению основателей этого стартапа, трехмерная печать человеческих сердец навсегда решит проблему с дефицитом трансплантатов.

Сердце, напечатанное на 3D-принтере при помощи собственных клеток больного, не будет раздражать иммунную систему и сможет успешно заменить настоящий орган.

Новые технологии позволяют надеяться на колоссальные перемены в области медицины. При помощи 3D-принтеров сегодня создаются разнообразные протезы, имплантаты, фрагменты внутренних органов, костей и т.п.

И хотя на сегодняшний день трехмерная печать чаще всего применяется лишь стоматологии и хирургии, не так уж и далек тот день, когда медики получат возможность создавать все человеческие органы и части тела.

Источник: //www.sciencedebate2008.com/3d-printery-v-meditsine-oblast-primeneniya-i-perspektivy-razvitiya-pechati/

Развитие 3D печати: от революции к эволюции — Офтоп на vc.ru

3D технологии в медицине. Перспективы развития

It-weekly проанализировали развитие российской 3D индустрии. Александр Корнвейц, генеральный директор компании “Цветной мир” поделился своими прогнозами и мнением о динамике роста, тенденциях, сферах применения, перспективах российского рынка и о мифах о 3D печати.

Allied Market Research оценили глобальный рынок 3D печати к 2020-му году в 8,6 миллиардов долларов (это при общем темпе роста инвестиций 21% в среднем за год в период 2015-2020 гг.).

И это не удивительно, аудитория проявляет неподдельный интерес к аддитивным технологиям.

Отрасли применения 3D принтеров и 3D сканеров весьма обширны: военная отрасль, медицина, строительство, автомобилестроение, образование, развлекательная индустрия, производство изделий для бытового использования и это еще не весь список.

3D оборудованием в последние годы активно заинтересовались госструктуры. Реальные успехи использования трехмерной печати в медицине восхищают и больше напоминают фантастику – на 3D принтерах создают мышцы, кости, хрящики, которые успешно пересаживались крысам.

Многие компании (от крупных корпораций до небольших ИП) из разных сфер давно уже применяют аддитивные технологии в своем производстве. Потребительский интерес к аддитивным технологиям также возрос, в первую очередь благодаря появлению в продаже доступного по цене оборудования.

Хотя говорить о массовой популяризации трёхмерной печати очень рано.

Тренды в 3D

Мнения опрошенных участников российского рынка по поводу тенденций развития трёхмерной печати в основном схожи. Темп роста снизился, если сравнивать с тем, что было несколько лет назад.

Тогда 3D оборудование только завоевывало рынок, производители постоянно удивляли потребителей новыми технологиями, и все было интересно и необычно.

Сейчас тоже выпускаются новые модели, материалы, разработки, но ничего революционного, кардинально нового пока нет.

Среди основных трендов, определяющих дальнейший путь 3D рынка, можно выделить: создание новых современных материалов для печати, 3D печать металлами, интегрирование аддитивных технологий в производства.

Александр Корнвейц считает, что в 2018 пока не произошло особо значимых событий в сфере 3D технологий. Но следует отметить несколько важных новинок.

Raise3D презентовали новую серию профессиональных принтеров Pro2, они выделяются применением некоторых технических достижений последних лет.

Таких как: двойной экструдер с электронным приводом подъема и невероятно быстрым переключением между экструдерами; система возобновления печати; датчик окончания пластика (если пластик закончился, принтер не печатает вхолостую); встроенная камера; сенсорный дисплей 7”.

Также Александр выделил появление на отечественном рынке 3D принтеров промышленного назначения Prismlab, печатающих фотополимерами. Они работают по собственной запатентованной технологии MFP, благодаря которой можно без потери качества изготавливать крупноформатные модели в 10 раз быстрее, если сравнивать с классическими SLA принтерами.

Какие проблемы существуют в 3D печати

  • качество напечатанных моделей, далекое от совершенства
  • невысокая скорость печати моделей (подходит для прототипов, но не позволяет оперативно производить партии изделий.

Александр видит решение данной проблемы в организации 3D ферм, которые представляют собой сеть из нескольких 3D принтеров, с одним центром управления и изготавливающих монотипные изделия. Кстати, есть успешные примеры подобных печатающих ферм.

Потребительский рынок трёхмерной печати развивается достаточно быстро, стимулировать его нет необходимости: «Кто хочет купить 3D принтер для домашнего использования (в качестве игрушки, для обучения или развлечения, печати простых моделей), могут позволить себе 3D принтер от 10 до 50 тыс. руб.

За такие деньги можно приобрести устройства с набором функций и адекватным качеством печати»

Вредна ли 3D печать

Бытует мнение, что рост популярности и внедрение 3D печати во многие процессы чревата плохими последствиями. Один из самых распространенных приводимых примеров опасного применения трёхмерного принтера – печать оружия.

Еще пять лет назад американец Коди Вилсон выложил на всеобщее обозрение свою разработку – чертеж пистолета. Практически все части оружия были распечатаны на 3D принтере. Правительство США забило тревогу и добилось удаления данных чертежей из сети.

Но с тех пор с определенной периодичностью возникали сообщения о печати на 3D принтере пистолета полуавтомата и даже ружья.

Да, пистолеты и ружья, полностью напечатанные на принтере, можно назвать одноразовыми, после нескольких выстрелов они становятся непригодными для использования, но все же они остаются опасными. Вопрос в том, насколько эта ситуация серьёзна для нашего общества?

Эксперты уверены, что это по большей части надуманная проблема. Александр Корнвейц привел верный аргумент – создание оружия возможно и без трёхмерной печати. Например, с помощью обычных фрезерных или ЧПУ станков.

Сейчас 3D сообщество усиленно пытается опровергнуть миф, что трёхмерный принтер позволяет нарушителям и агрессорам больший потенциал, чем оборудование и технологии, которые привычны для нас и существуют уже несколько десятков лет.

Медицина нового поколения

В наши дни на 3D принтерах печатают дома, еду по особым рецептам, импланты, различные протезы и многое другое.

Что же можно выделить среди самых перспективных целей применения 3D печати? Александр Корнвейц выделяет биопринтинг, как одно из самых важных и интересных направлений использования аддитивных технологий.

Можно будет распечатать любые человеческие органы, к примеру почки или даже печень.

А также перспективна печать глазных линз с кастомизацией под каждого пациента.

Другие перспективные направления

Разберемся, какие еще сферы может существенно оптимизировать внедрение 3D печати в ближайшее время.

Во-первых, интеграция строительных принтеров должна приобрести массовый характер, что несёт в себе большое количество преимуществ: снижение себестоимости, сокращение сроков сдачи строительных объектов в эксплуатацию, возможность создания индивидуальных проектов для большего числа заказчиков.

Во-вторых, применение 3D принтеров в аэрокосмической отрасли, в которой ставка делается, в первую очередь, на печать металлами. А. Корнвейц упомянул компанию SpaceX, которая уже сейчас печатает некоторые части ракетных двигателей.

Государственные учреждения и 3D печать

Разумеется, 3D технологии не обошли стороной и госсектор. В компании Цветной мир зафиксировали значительное повышение спроса на 3D оборудование со стороны университетов, технических колледжей, ЦМИТов, кванториумов, даже простых школ и пр.

Российский путь развития

В начале этого года Росатомом была создана «Русатом-Аддитивные Технологии». Цель создания данной компании – производство 3D принтеров промышленного назначения и комплектующих к ним.

Они планируют захватить долю рынка размером в полтора процента и к 2025-му году получить доход до 50 миллиардов руб.

Реальность достижения этих целей пока трудно оценить, также сложно понять развитие и перспективы других российских производителей 3D оборудования, какое реальное место они могут занять на мировом рынке.

По мнению Александра, в сегменте настольных 3Д принтеров в рамках общемирового рынка у отечественных производств перспектив пока нет, причины следующие:

  • отсутствие эксклюзивных технологий, которые стали бы конкурентным преимуществом перед китайскими производителями;
  • отсутствие достаточных инвестиций в PR и маркетинг (невозможно занять место под солнцем на мировом уровне без вложений в продвижение);

«Многие компании в России, начинавшие производить 3D принтеры 3-4 года назад, сейчас уже свернули производство и закрылись. Им просто не удалось достичь ощутимых результатов даже на отечественном рынке»,– говорит Александр Корнвейц.

Материал опубликован пользователем.
Нажмите кнопку «Написать», чтобы поделиться мнением или рассказать о своём проекте.

Написать

Источник: //vc.ru/flood/43403-razvitie-3d-pechati-ot-revolyucii-k-evolyucii

WikiMedSpravka.Ru
Добавить комментарий