Интернет-магазин ООО «3ДТУЛ» 3Dtool $$

Россия, г. Москва, ул. Дорогобужская, д. 14, стр. 4, офис 302

8 (800) 775-86-69

0
Сравнение
Сравните товары по характеристикам! Начните свой выбор с каталога товаров или воспользуйтесь поиском, если ищете что-то конкретное.
Вы смотрели
Список просмотренных товаров пока пуст. Вы можете начать свой выбор с каталога товаров или воспользоваться поиском, если ищете что-то конкретное.
0
Сумма
0 руб.
В корзине
нет товаров
Главная страницаСтатьиОбзор применения 3D принтеров в медицине

Обзор применения 3D принтеров в медицине

Обзор 3D принтеров в медицине
Обзор 3D принтеров в медицине
Рейтинг ()

Содержание:

  1. Использование оборудования для трехмерной 3D-печати в медицине
  2. Преимущества применения 3D-принтеров
  3. Основные направления использования аддитивных технологий в медицине
  4. Примеры использования 3D-принтеров в медицине
  5. Заключение

Использование оборудования для трехмерной печати в медицине

3D-печать впервые стала использоваться в медицине для печати зубных имплантатов в начале 2000-х годов. С тех пор область медицинского применения этой электронной технологии существенно расширилась и продолжает развиваться. Сейчас с ее помощью производят элементы дыхательных путей (носа и др.) и скелета (челюсти, суставов и др.), клеточные культуры, кровеносные сосуды, некоторые части глаз, органы (почки, мочевой пузырь и др.), ткани, лекарственные средства, макеты биомолекул, бактерий, вирусов и многое другое.

Готовые файлы с 3D-моделями для печати дают возможность пользователям и исследователям всего мира обмениваться по сети собственными научными разработками, обсуждать интересные случаи и мнения коллег. А также самостоятельно или совместно с партнерами совершенствовать объемные прототипы, не тратя месяцы и годы на воспроизведение объектов с нуля.

Работа над аддитивными проектами требует интеграции технологий из разных научных областей, включая клеточную биологию, медицину, математику, физику, инженерию, науку о биоматериалах, а также отраслей промышленности.

Преимущества применения 3D-принтеров

Медицинская 3Д-печать обладает следующими преимуществами:

  • экономия материалов и трудовых ресурсов;
  • 3D-печать конструкций самого высокого уровня сложности, полностью аналогичных прототипам, облегчение их веса;
  • большая скорость печати;
  • высокая точность и детализация, учитывающие анатомические параметры конкретного пациента;
  • большое количество инновационных высокотехнологичных материалов, в том числе, широкий выбор расходников, которые подходят для имплантации в организм;
  • снижение себестоимости медицинских продуктов;
  • сокращение производственных сроков и, как следствие, своевременное оказание медицинской помощи.

Основные направления использования аддитивных технологий в медицине

Применение 3D-принтеров в медицине можно разделить на следующие категории:

  1. Изготовление медицинских инструментов.
  2. Печать ортопедических изделий, каркасов и имплантатов.
  3. Распечатка анатомических 3D-моделей для образовательных задач и с целью подготовки к операциям.
  4. Создание органов и тканей.
  5. Фармацевтические исследования.

Производство хирургических и других медицинских инструментов

Чтобы оперативные вмешательства проводились с минимальной травматичностью для пациентов, хирурги стараются использовать персонализированные инструменты, по анатомическим особенностям подходящие определенному человеку. 3D-печать помогает изготавливать индивидуальные инструменты и шаблоны для хирургии всего за несколько часов.

Благодаря аддитивным технологиям, хирурги могут самостоятельно заниматься доработкой готовых инструментов, придавая им нужную форму и размер для более продуктивной, удобной и безопасной работы. У врачей-стоматологов есть возможность прямо при пациенте создавать, к примеру, персональные направляющие инструменты для защиты здоровых зубов от повреждения при установке протезов.

Стоматология и протезирование

Трехмерные технологии стали настоящим прорывом в развитии рынка медицинской продукции и области стоматологии, в частности. В первую очередь, они дали возможность максимально точно и подробно сканировать полость рта в трехмерном формате. Во-вторых, с помощью 3Д-печати можно производить протезы зубов в полном соответствии с анатомией пациентов без дополнительной подгонки. Значительное сокращение ручного труда при работе над винирами, мостами и коронками дало возможность расширить перечень материалов для протезирования, снизить требуемые производственные допуски и повысить качество работы в целом.

Аддитивное производство широко используется в медицине для работы над проектами сложных индивидуальных и серийных изделий: хирургических имплантатов, протезов любой геометрии, вспомогательных конструкций и др. Такие конструкции изготавливаются путем перевода КТ-, МРТ- или рентгеновских снимков в объемные модели для печати на 3Д-аппаратах при помощи специализированного ПО. 3D-технологии особенно востребованы, когда речь идет о срочном выпуске нестандартных протезов и имплантатов. Дело в том, что стандартные модели зачастую не соответствуют специфике анатомии пациентов. Например, с такой проблемой часто сталкиваются нейрохирурги: человеческие черепа имеют уникальную форму, поэтому крайне сложно создать стандартный черепной имплантат. До появления трехмерных технологий и 3D-печатных моделей врачи дорабатывали и подгоняли имплантаты иногда прямо в процессе операции. Теперь этого делать не нужно. Наиболее важное достоинство напечатанных протезов – идеально точное соединение с телом практически без риска отторжения.

Обучение студентов и подготовка к оперативным вмешательствам

Объемные модели являются намного более предпочтительными средствами для обучения и тренировки студентов-медиков, чем человеческие трупы. 3D-макеты более доступны, кроме того, трехмерное моделирование помогает воспроизвести широкий спектр патологий, соответствующих изучаемой теме. Например, нейроанатомические 3Д-модели очень полезны для будущих нейрохирургов, так как дают наиболее полное представление о сложнейших структурах организма, чего невозможно добиться, изучая двумерные снимки.

Трехмерные модели, напечатанные на 3Д-принтере на основе результатов аппаратных исследований, позволяют учитывать анатомию пациента при репетиции операций. Использование осязаемого объемного макета органа пациента дает хирургу возможность более тщательно изучить патологию или имитировать оперативное вмешательство, что существенно уменьшает риск врачебных ошибок.

Изготовление органов и тканей методом трехмерной биопечати

Биопечать – один из видов объемной печати в медицине. Вместо металла или пластика специальные принтеры используют дозатор-шприц для нанесения «биологических чернил» (тканевых сфероидов), то есть слоев живых клеток или структурирующей базы для них, создавая искусственную живую ткань. Для «распечатки» некоторых тканей берут стволовые клетки, морские водоросли или свиной коллагеновый белок.

Полученные таким образом органические материалы являются хорошей альтернативой донорским тканям и ценным пособием для медицинских исследований. Они могут применяться для регенерации тканей, а в перспективе и для восстановления органов прямо в теле пациента.

Трехмерная биопечать может выполняться по разным технологиям: струйной, лазерной или экструзионной. Наиболее распространенный способ – струйная 3D-печать, при которой можно использовать несколько печатающих головок для нанесения разных типов клеток (мышечных тканей, кровеносных сосудов, органоспецифических клеток). Эти клетки необходимы для построения гетероцеллюлярных органов и тканей.

Производство лекарственных препаратов на 3D-принтере

3Д-технологии применяются в персонализированной медицине и фармацевтических исследованиях. С помощью трехмерной печати можно полностью контролировать дозировку различных препаратов и состав лекарственных форм с пролонгированным действием и сложными профилями высвобождения действующих веществ. У фармацевтов появилась возможность эффективно анализировать фармакогенетический профиль пациентов и другие параметры. Например, пол, возраст и вес, для определения оптимальной дозы лекарств и схемы их приема. Исходя из клинического ответа, дозировка при необходимости может быть скорректирована.

Аддитивная печать позволяет выпускать персонализированные лекарственные средства по новым рецептурам, к примеру, сложные многослойные таблетки или капсулы, содержащие несколько активных компонентов, и многие другие полезные вещи.

Примеры использования 3D-принтеров в медицине

Печать яичников

В 2017 году американскими докторами и учеными Северо-западного университета Чикаго (США) был разработан искусственный яичник, открывающий возможности для полного восстановления женской репродуктивной функции. В ходе исследования протез яичника, напечатанный на 3D-принтере, был вживлен в организм бесплодной лабораторной мыши. В результате эксперимента «пациентка» обзавелась потомством, причем, мышата оказались полностью жизнеспособными и после также смогли произвести потомство.

На данный момент достоверно не известно, возможно ли будет имплантировать такой искусственный яичник женщине, поскольку человеческие фолликулы растут гораздо быстрее, чем мышиные.

Изготовление макета сердца 4-хлетнего пациента на 3D-принтере Zortrax M200

Команда экспертов Кафедры детской кардиологии и врожденных пороков сердца совместно с коллегами с Кафедры радиологии и кардиохирургии Медицинского университета Гданьска (Польша) использовали 3Д-принтер Zortrax M200 для подготовки к выполнению операции по лечению сложного врожденного порока сердца у четырехлетнего пациента – тетрады Фалло.

Современный метод лечения этой патологии предполагает подачу искусственного клапана для имплантации к сердцу через специальный катетер, введенный через бедренную вену. Это крайне сложная операция, требующая от хирурга максимально полного и детального знания анатомических характеристик реального пациента.

Раньше доктора могли ориентироваться только на объемную компьютерную модель, разработанную по снимкам МРТ и КТ. Однако, этих изображений было недостаточно для формирования полного представления о состоянии органа и вероятных проблемах, которые могли бы произойти при хирургическом вмешательстве. Использование высокодетализированной физической копии органа (сердца с клетками, камерами, желудочками, кровеносными сосудами) может сыграть решающую роль при планировании операции и стать главным фактором ее успеха.

Модель сердца была напечатана в лаборатории за 24 часа. Для 3D-печати сердца использовался материал Z-Ultrat, а для сосудов – материал Z-Glass. Операция прошла успешно. Затем модель передали Университету для использования в качестве учебного пособия для студентов.

Создание черепного импланта

Костные импланты из титана печатаются в единичных экземплярах. Именно при работе с ними лучше всего проявляются достоинства 3Д-принтеров, использующих технологию селективного плавления лазером (SLM). Данный метод позволяет с высочайшей точностью печатать импланты любой формы всего за несколько часов.

Использование индивидуальных датчиков

В 2016 году ученые из Университета Вашингтона в г. Сант-Луис (США) провели исследование по использованию гибких и подвижных индивидуальных датчиков из силикона. Они распечатывали трехмерные копии отсканированных моделей сердец подопытных животных и размещали вокруг них датчики. Трехмерные датчики можно снять с прототипа и зафиксировать у сердца человека. С их помощью можно следить за работой сердечной мышцы, чтобы предотвратить возникновение инсультов, инфарктов и других тяжелых заболеваний. Индивидуальные датчики применяются пока только снаружи тела, но ученые предполагают, что в будущем станет возможно внедрять их в организм человека.

Лечение обширных ран

Ученые Института регенеративной медицины Уэйк Фореста разработали мобильный 3D-принтер, который способен печатать клетки кожи, выращенные из тканей пациента, непосредственно поверх раны.

Обширные ожоги традиционно лечат путем пересадки здоровой кожи пациента на место поврежденной. Данный метод является достаточно травматичным, кроме того, его невозможно применить при отсутствии на теле здоровой кожи.

Ручной сканер ZScanner Z700, разработанный учеными, определят глубину и размер раны. На основе этих данных оборудование для трехмерной биопечати создает эпидермальные, дермальные и подкожные клетки кожи на соответствующих глубинах, полностью покрывая рану. 3D-принтер состоит из экструдера (печатной головки) с восемью соплами диаметром 260 мкм с независимыми дозаторами, перемещающегося по трем осям. Специально для этой модели 3D-принтера ученые разработали биочернила на основе эпидермальных кератиноцитов и аутологичных дермальных фибробластов в носителе из гидрогеля.

Распечатка искусственных роговиц

Группа ученых из Школы медицины Национального университета Кунгпука и Университета науки и технологий Пхохана в Южной Корее разработала технологию объемной печати искусственной роговицы из тканевого материала пациента (стволовых клеток и децеллюляризованной стромы роговицы) на 3Д биопринтере Nano Master SMP-III с технологией микроэкструзии. Изготовленная на 3Д-принтере и заполненная биоматериалом роговица в течение четырех недель культивируется в инкубаторе при температуре 37 градусов.

Полученный материал способен полностью заменить донорскую роговицу. Его главное преимущество – полная совместимость с тканями пациента. Клеточная трехмерная печать максимально воспроизводит природную микросреду глаза, позволяя добиться естественной прозрачности. В отличие от традиционных искусственных роговиц из синтетических полимеров и рекомбинантного коллагена, этот материал просто отлично приживается. Кроме того, его использование поможет сократить срок ожидания операции, который в среднем составляет 6 лет (на примере Южной Кореи).

Изготовление биполярного хирургического зажима Volt для лапароскопических операций

В 2016 году компанией Bite был разработан миниатюрный 3Д-печатный лапароскопический инструмент для зажимания и коагуляции тканей и сосудов, предназначенный для малоинвазивной хирургии. Зажим был успешно испытан на печени свиньи. Дизайн инструмента обеспечивает легкую регулировку геометрии наконечника и стержня с учетом анатомии пациента и специфики оперативного вмешательства.

Печать протеза тазобедренного сустава

Сотрудниками Института травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена совместно с коллегами из ЛЭТИ (СПб) была проведена работа по проектированию титанового протеза тазобедренного сустава. Сначала ученые сделали макет кости из пластика на основе компьютерной томографии. Затем спроектировали имплантат и скорректировали его позиционирование на кость. Следующим этапом стало планирование операции на макете и в довершение – печать протеза на 3D-принтере. Имплантат был успешно вживлен пациенту с почти полностью разрушенным тазобедренным суставом, в результате чего человек снова обрел возможность самостоятельно ходить.

Изготовление зубных коронок

Использование 3Д-принтера Farsoon FS121M, работающего по технологии SLM, позволяет упростить и ускорить распечатку стоматологических коронок и других объектов сложной формы. Оборудование справляется с распечаткой 160 металлических коронок всего за 3 часа. Высочайшая точность изделий достигается за счет применения луча лазера с диаметром пятна в 40 мкм и мелкодисперсного порошка.

Восстановление ушной раковины (изготовление хрящей)

С помощью 3D-принтера Rokit Dr. Invivo 4D Premium со шприцом-дозатором и таких расходных материалов, как сополимер гликолевой и молочной кислот (ПМГК) и гидроксиапатит (ГАп), можно печатать гибкие структуры, необходимые для реконструкции хрящей. Данная технология применяется при реконструктивной хирургии наружного уха.

Печать стоматологических оттисков

3D-принтер Raise3D Pro2, использующий технологию FDM, позволяет изготавливать стоматологические оттиски для ортодонтии. Огромное преимущество этой методики – сокращение времени работы с пациентом. 3Д-модель создается с помощью объемного сканера всего за 1 минуту. На ее основе распечатывается пластиковый прототип, используемый ортодонтами для последующей работы. Технология широко используется медиками французской больницы Ortho 34.

Создание медицинского экзоскелета

Специалисты бюро Barlomiej Gaczorek Design Studio разработали модель сложного поддерживающего экзоскелета для рук и распечатали его детали на трехмерном SLS-принтере Sinterit Lisa. Использование технологии селективного спекания SLS позволило добиться высочайшей точности элементов конструкции.

Изготовление модели сердечно-сосудистой системы

При редких формах сердечно-сосудистых заболеваний, в особенности у новорожденных, слишком велик риск допущения ошибки при составлении схемы терапии, что требует детальной разработки программы лечения. Специалисты University Clinical Center в Гданьске (Польша) используют для работы со сложными диагнозами SLS-принтер Sinterit Lisa. Медики создали объемную модель сердечно-сосудистой системы, предназначенную для детального исследования аномалии и подготовки к операции.

Создание протезов

Применение FDM-принтеров незаменимо в ситуациях, когда необходимо облегчить и удешевить процесс изготовления эксклюзивных протезов. Канадский дизайнер Albert Fung разработал трехмерную цифровую модель протеза, которая легла в основу производства протезов руки для жителей Сьерра-Лионе, пострадавших в ходе гражданской войны. Медицинские специалисты в Сьерра-Лионе модифицируют CAD-модель в зависимости от анатомии каждого пациента и печатают изделия на 3Д-принтере Raise3D Pro2. Распечатка таких конструкций обходится всего в 50 долл. США (для сравнения, стоимость протезов, сделанных по другим технологиям, составляет несколько тысяч долларов).

Заключение

Область применения технологий 3D-печати в медицине полна достижений и постоянно расширяется, напоминая настоящую революцию в сфере здравоохранения. Аддитивные производственные методы способствуют повышению производительности и экономической эффективности труда врачей, открывают массу новых возможностей и сокращают время ожидания. Они позволяют выпускать индивидуальные медицинские изделия и препараты, повышают качество лечения пациентов, одновременно делая медицинскую помощь более доступной.

В компании 3DTool можно купить надежные 3D-сканеры и 3D-принтеры для медицинского использования проверенных брендов.

<< Все статьи


Комментарии к статье



Оставить свой комментарий:

 
Текст сообщения*
Загрузить файл или картинкуПеретащить с помощью Drag'n'drop
Перетащите файлы
Ничего не найдено
Авторизация
Регистрация
Логин должен быть не менее 3 символов
Продолжить
Создайте пароль
Пароль должен быть
не менее 6 символов длиной.