Будущее современной медицины - это интеграция традиционных методов лечения и новейших информационных технологий. Эти технологии используют достижения физики, химии, математики и информатики, биологии и медицины для совершенствования диагностики и терапии заболеваний.
Особенно зависимой от развития технологий областью является медицина. В большинстве случаев от качества медицинского оборудования зависит не толькоприбыль медицинского учреждения, но и жизнь и здоровье пациентов. Помимо оборудования, предназначенного непосредственно для лечения и проведения процедур, всё чаще в медицинских учреждениях можно встретить компьютеры и ноутбуки. Наличие информационных систем позволяет медицинскому персоналу постепенно избавляться от множества информации, содержащейся на всевозможных бумажных носителях, таких как карточки и бланки, а также структурировать и сортировать, а после чего и хранить полученную информацию.
Хирургия один из основных разделов клинической медицины, изучающий болезни и повреждения, при диагностике и лечении которых используются методы и приёмы, в той или иной мере сопровождающиеся нарушением целостности покровных тканей организма. Современный период хирургии в начале XXI века можно назвать периодом технологическим. Это связано с тем, что процесс хирургии в последнее время определяется не столько развитием анатомо-физиолоигческих представлений или улучшением мануальных хирургических способностей, сколько более совершенным техническим обеспечением
Реконструктивная хирургия
Реконструктивная хирургия - это раздел хирургии, занимающийся исправлением и восстановлением формы и функции тканей и органов. Среди методов восстановительной хирургии важное место занимают пластические операции.
По данным отчёта Wohlers Report 2018, медицина занимает 11,3% мирового рынка аддитивного производства. Согласно исследованию компании Market Research Future (MRFR), совокупные темпы годового роста глобального рынка 3D-печати медицинских устройств в 2018-2023 годах оцениваются в 18%.
Пластические операции широко применяются в челюстно-лицевой хирургии для замещения дефектов челюстей, а также с целью восстановления рельефа лица, полноценной внутренней выстилки век, носа, щёк, закрытия изъянов, возникших в результате травм, после иссечения родимых пятен, рубцов, опухолей. В области травматологии и ортопедии применяют такие восстановительные операции, как артропластика, корригирующая остеотомия, остеосинтез. Применение металлических эндопротезов усовершенствованной конструкции сделало возможным замещение тазобедренного, коленного, локтевого суставов.
CAS-технологии (от англ. Computer Assisted Surgery) значительно упростили реконструктивную хирургию. Благодаря этим технологиям стало возможным делать 3D модели различных анатомических структур, а главное появилась возможность подобрать индивидуальный план лечения для каждого пациента. С появлением 3D-принтеров возможно не только виртуально смоделировать, но и распечатать модели костей, а также их фрагментов. При необходимости принтинг может быть использован для изготовления индивидуальных эндопротезов из биосовместимых материалов, а также накостных пластин - крепителей из титана.
Компьютерное 3D-моделирование отличается от традиционного планирования тем, что работа проводится не в двумерной плоскости на бумаге, а в трехмерном измерении, что позволяет с большой достоверностью рассмотреть все параметры дефекта, заранее составить несколько вариантов индивидуального плана операции. Перед планированием виртуальной операции выполняется 3D-сканирование больного, на основании которого можно также оценивать результаты лечения.
С помощью компьютерной томографии получают послойные растровые изображения – срезы под заданным углом. Томограммы используют послойные растровые изображения, представленные в специализированном формате DICOM. Полученная с помощью томографии растровая модель не может быть использована для проведения анализа. Для этого надо преобразовать растровое изображение в трёхмерную твердотельную модель, состоящую из геометрических примитивов, точек, линий, поверхностей и объёмов. В настоящее время существует ряд программных систем, как зарубежных, так и отечественных. Благодаря этим программам появилась возможность сократить время и сэкономить силы на разработку и изготовление протезов. Также появилась возможность проводить тренировочные операции с помощью виртуальной реальности.
Рассмотрим этапы виртуального планирования операции на примере больного 16 лет с фибромиксомой нижней челюсти:
1-й этап - выделение и визуализация опухоли в области нижней челюсти.
На 2-м этапе проводится виртуальная операция - резекция нижней челюсти с опухолью и формирование изъяна челюсти.
3-й этап — виртуальное моделирование восполнения изъяна челюсти для возможности формирования индивидуальной пластины - эндопротеза.
4-й этап — прототипирование. В качестве материала для объемной модели использован биосовместимый материал PLA-пластик: биоразлагаемый, стерилизуемый, термопластический алифатический полиэфир, структурная единица которого — молочная кислота.
В настоящее время существует ряд программ для работы с 3D моделями, как зарубежных, так и отечественных. Таким образом мы сравним функционал нескольких таких программ.
1. Mimics (Бельгия). Данное ПО позволяет проводить виртуальные операции. В функционал этой программы входит: обзор трёхмерной модели анатомических структур, проведение имплантации, проверка толщины костей, создание индивидуальных имплантов и их печать на 3D принтере. С помощью ПО можно с моделировать такие объекты как: суставы, лицевые кости, кости таза, позвоночный столб, сердце и многие другие структуры, что делает эту программу универсальной. Но главный минус данного ПО в том, что программа больше подходит для инженеров, а не для хирургов, что делает процесс лечения дольше и сложнее; также минусами этой программы является её высокая стоимость и, для отечественного сегмента, отсутствие поддержки в России.
2. Trauma Cad 2.4 (Германия). Данная программа предназначена для хирурга-ортопеда: в ней представлены инструменты для предоперационного планирования, подбора протезов, визуализации и моделирования лечения. С помощью этой программы можно с моделировать костные структуры и суставы. Минус данного ПО в отсутствие поддержки трёхмерных изображений, что представляет трудности при создании моделей, а для российского здравоохранения в том, что программа не предоставляет отечественных имплантов.
3. CMF iPlan Brain Lab (Германия). Данное ПО является более усовершенствованной версией Trauma Cad 2.4. В программе возможна работа с 3D объектами, но в ней обрезан такой функционал, как восстановление утраченных структур, а также есть ограничения в моделирование импланта.
4. Medbox (Россия). Данные ПО разработана Пироговский центром и МГТУ имени Баумана. Программа имеет функции загрузки и просмотра томограммы и создание на её основе 3D-модели пациента. Главной особенностью ПО является набор специализированных функций для манипуляций в пространстве модели, которыми может пользоваться сам хирург. С помощью разработанной программы врач может восстановить геометрию повреждённых или отсутствующих анатомических структур и использовать полученную информацию для проведения лечения. Виртуальную модель с реконструированной анатомией врач может сохранить в виде файла или отправить по электронной почте (например, для изготовления импланта).Отличительной особенностью программы является отсутствие привязанности к фирмам изготовителям имплантатов, ориентированность на врача, как главного пользователя системы, а не инженера, как в зарубежных аналогах, а также полностью российскую технологическую поддержку.
Заключение
Все огромное разнообразия медицинских информационных систем призваноповысить качество, количество и, главное, доступность медицинских услуг. Использование современных достижений информационных технологий в медицинских центрах позволит легко вести полный учёт всех оказанных населениюуслуг, сданных анализов, выписанных рецептов и пр. Также при автоматизации медицинского учреждения заполняются электронные амбулаторные карты и истории болезни, составляются отчёты, а самое главное - ведётся медицинская статистика, которая имеет огромное значение для научных исследований, оценки и прогнозирования.
Преимуществом современного подхода к костнореконструктивным операциям должен стать стабильный результат лечения, который достигается в том числе путём точного планирования операции, основанной на современных технологиях 3D-моделирования и прототипирования моделей костей и суставов. Методика 3D-моделирования, с дальнейшим прототипированием моделей, не только позволяет тщательно планировать костнореконструктивную операцию, но и даёт возможностьпрогнозировать дальнейшее этапное хирургическое лечение и в целом исходы лечения до завершения выздоровления больного.
Создание качественного имплантата - это многоступенчатый процесс, на всех этапах которого применяются цифровые технологии. Внедрение новых технологий изготовления изделий в дополнение к традиционным позволяет добиться значительного повышения эффективности работы хирурга. Благодаря научно обоснованному лечению с учётом индивидуальных особенностей пациента происходит оптимизация операционного процесса и сокращается риск для здоровья и жизни пациента. Широкое внедрение цифровых технологий позволяет быстро создавать индивидуализированные изделия, максимально восстанавливающие утраченные биомеханические, физиологические и эстетические свойства.