Применение 3D печати в медицине
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.
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.
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.
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).
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
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
комментарии (63)
Кстати, уже сейчас 3D принтеры применяются для печати человеческих органов: http://tedxtampabay.wordpress.com/2010/01/27/printing-organs-with-a-3d-printer/
(видео на английском)
А вообще да, может даже таким образом придумают, если уж не вечную, то очень долгую жизнь.
1-это на первых порах будет очень дорого и недоступно простым смертным.
2-на это нужны деньги и финансирование.
3-если у всех людей будет вечная жизнь это приведет к войне, голоду и разрухе.
Не переживайте. Со временем развиваются не только медицинские технологии.
Не переживайте также, что мы не поместимся на Земле. Есть и другие планеты, а технологии, которые растут, помогут нам в этом. Но только не в нашей жизни это будет, а жаль.
самый подходящий возраст — 22-26 лет!
До сих пор ученым не удалось оживить даже одну созданную человеком клетку.
Более 15 причин старения организма и до сих пор не выявлено какой-либо четкой структуры в самом старении.
Так когда же вы прогнозируете подобное продление жизни и кому оно будет по карману?
Например, автомобильные «вечные» шины, которых хватает на весь срок эксплуатации авто. Или многочисленные варианты замены бензина и ракетного топлива…
Омоложение… каким образом восстанавливать то, что уже отмерло?
Кроме клеток еще и ДНК калечится…
Думаю, что все же возможно лишь оттягивание старости.
«тем больше всяких фишек он готов потреблять, и причем регулярно.»
— скорее — тем чаще и больше он готов платить за продление своей жизни. А если с возрастом еще и цену повышать, объясняя это к примеру специфической технологией…
«Ну тогда уж детей надо рожать на закате жизни, когда жить останется лет 25-30. Тогда имеет смысл.»
Вы с этим согласны? Поэтому меня заминусовали и полностью сменили тему???
— С трудами Обри ди Грея ознакомлен, но я не верю ему, имхо — очередной шарлатан, выпрашивающий большие суммы.
Надо не лекарства активно доставлять, а жить более здраво и деньги тратить не на нано-роботов, а на очищение планеты от нашего мусора.
Генная терапия — это эгоизм, забота о самих себе, в частности о богатых, которая к тому же приведет к мутациям.
Про печать органов пока не могу ничего сказать негативного, полностью согласен с тем, что вещь нужная, пока речь не зайдет о полном дублировании людей.
мусором я назвал обыкновенный мусор, а не человечество.
кавычек не было. я говорю все буквально.
Все старое должно уходить и давать дорогу новому, как бы печально это не звучало
моцкможно удет жить 500 лет, будет так — мозг не поймет — проживешь ты лет 100-150 и тебе надоест.Но! Если тоже самое произойдет естественным путем эволюции и повышения уровня жизни, вот тогда будет другое дело.
Впрочем, технология, развитая достаточно для решения проблемы старения, решит и эту проблему.
Уже сейчас разрабатываются принтеры, которые смогут печатать сами себя, таким образом резко снижая себестоимость. Так что пора уже мечтать, что с торрентов мы будем скачивать скажем 3д-модельки телефонов и просто их печатать)
нужна нанотехнология печати и возможность использования различных материалов: проводников, полупроводников, изоляции, кремния и прочее…
Но как и создание 3-х мерных биопринтеров, которые смогут печатать целые человеческие органы, по мнению специалистов считается возможным(http://www.cybersecurity.ru/it/83350.html), то, думаю, и создание принтеров, печатающих микросхемы, вполне реально.
Вообще, создание подобных принтеров по-моему станет революций экономики и всего человечества. Так что очень важно вкладывать в эту отрасль деньги и мозги. И по возможности избежать желания остановить данные разработки тех, кому это не выгодно(тех же производителей мобильников)…
А в чем собственно вопрос?
P. S. должен сказать, что я там работал до 2009 года, но не думаю, что там что-то кардинально поменялось.
На самом деле видно, что созданием интерфейса занимаются программисты.
К сожалению, подобная кухня в большинстве софтварных фирмах, где люди, пишущие код еще и раскидывают контролы по форме. Пользователь от этого не в выигрыше.
могу сказать о Simplant, так как работал именно с ним: интерфейс там хоть и сложный, но очень функциональный. и, даже, рассчитан на обезьян которые жмут кнопку далее а потом смотрят на результат. простому смертному вообще сложно понять что на каждом шаге происходит (всякие мед. термины и т. п.)
а перед выпуском очередного публичного релиза, проводится бета тестирование, докторами, которые сотрудничают с Materialise. далее они дают замечания, где и как удобнее было бы использовать. а программисты исправляют интерфейс и функционал, согласно замечаниям, к релизу ;)
На тему подходов к построению интерфейсов есть замечательные книги
Психбольница в руках пациентов — Купер Алан и
Дональд А. Норман. Дизайн привычных вещей
Они полно описывают то, что я имею ввиду.
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).
Не только стоматологические клиники, но и хирургия, нейрохирургия и онкология исппользуют 3D модели в пластике.
картинка кликабельна