SLS 3D-печатные анатомические модели и хирургические шаблоны для улучшения лечения переломов и сложных остеотомий
Рабочий процесс: от сломанной кости до лечения перелома с помощью 3D-печатных хирургических шаблонов
AZ Monica — это быстро развивающаяся многопрофильная больница с кампусами в районе Антверпена в Бельгии, которая включает крупное ортопедическое отделение с 18 хирургами-ортопедами, каждый из которых имеет свою узкую специализацию.
Доктор Фредерик Верстрекен специализируется на хирургии кисти, запястья и предплечья и был движущей силой внедрения в ортопедическом отделении 3D-визуализации, цифрового планирования и 3D-печати с тех пор, как впервые использовал цифровые технологии в 2009 году.
Ортопедическое отделение начинало с передачи большинства случаев на аутсорсинг, но теперь охватывает весь рабочий процесс: от планирования до сегментации и 3D-печати медицинских инструментов с использованием собственных 3D-принтеров для стереолитографии (SLA) и селективного лазерного спекания (SLS).
Читайте дальше, чтобы узнать от доктора Верстрекена, как ортопедическое отделение AZ Monica использует 3D-печатные анатомические модели и хирургические шаблоны для лечения острых и хронических переломов и проведения сложных остеотомий, а также его советы о том, как любому учреждению можно начать с нуля и создать цифровую лабораторию.
Проведение сложных остеотомий с помощью 3D-печатных шаблонов
Одним из первых ключевых применений цифровых технологий в AZ Monica стали остеотомии при неправильно сросшихся костях. Кости, которые срослись в неправильном положении, могут выглядеть странно, вызывать боль, и пациент может утратить функции, такие как движение или сила хвата.
Остеотомии пытаются вернуть кости в правильное положение, но это сложные операции, поскольку случаи связаны с трехмерными деформациями, которые могут включать угловое смещение, ротацию, укорочение или все это одновременно.
Традиционная техника предполагает изучение 2D-рентгеновских снимков и планирование на бумаге, но это не дает полной трехмерной картины деформации, поэтому нет уверенности, что то, что медицинская команда запланировала заранее, будет возможно полностью реализовать в операционной.
«Были вещи, которые мы не могли сделать, они были просто слишком сложными. Шанс, что мы восстановим нормальную анатомию, был настолько низок, что мы не брались. Мы просто говорили пациенту, что с этим придется жить. Жизнь возможна, но с ограничениями. Например, если у вас перелом предплечья и вы не можете вращать рукой, очень трудно работать за компьютером. Очень трудно пользоваться смартфоном. Очень трудно заниматься физическим трудом и спортом».
Фредерик Верстрекен, хирург кисти и запястья, больница AZ Monica
Цифровые технологии позволяют команде точно планировать каждый случай, печатать 3D-модели костей, чтобы получить осязаемое дополнительное измерение для процесса планирования и в операционной, а также создавать точные хирургические шаблоны для проведения операций с высокой точностью. «Если мы можем восстановить анатомию, то мы можем восстановить и функцию. Существует сильная корреляция между восстановлением анатомии и возвращением пациентами нормального объема движений, а также исчезновением боли», — говорит доктор Верстрекен.
«Это позволяет нам делать то, что мы раньше не могли. Пациенты могут восстановить полную ротацию предплечья, если это перелом предплечья, или движения запястья, если это перелом запястья. Клинические результаты очень впечатляющие. Это сильно меняет их жизнь, потому что они снова могут заниматься физическим трудом, водить машину, играть. Многие из наших пациентов — дети, поэтому у них были бы проблемы с игрой в теннис, мяч и так далее. Теперь они могут снова начать все это делать благодаря 3D-технологиям».
Фредерик Верстрекен, хирург кисти и запястья, больница AZ Monica
3D-планирование неправильно сросшегося дистального отдела плечевой кости, с наложением изображения здоровой стороны на пораженную.
Лечение таких случаев с использованием цифрового рабочего процесса обычно начинается с двусторонней КТ. Команда сегментирует пораженную и здоровую стороны, зеркально отражает изображение здоровой стороны и накладывает его на пораженную, чтобы рассмотреть деформацию в 3D.
Затем они печатают 3D-анатомические модели или изучают случай в дополненной реальности. Если принимается решение о планировании корректирующей операции, это делается виртуально на экране компьютера. На основе деформации определяется лучшее место для остеотомического распила, и фрагменты нужно будет сместить, чтобы вернуть их в правильное положение. Они выбирают, какая фиксация потребуется и какая пластина лучше всего подойдет пациенту. Когда вся операция смоделирована на компьютере, инженер команды проектирует хирургические инструменты, которые будут напечатаны на 3D-принтере и использованы в операционной для точного позиционирования на кости пациента. Этот процесс позволяет хирургам точно скопировать виртуальный хирургический план в операционной.
Пациент-специфичные модели костей и хирургические шаблоны, напечатанные из尼лона 12 (порошок) для лечения неправильно сросшегося перелома дистального отдела лучевой кости.
«Шаблоны показывают нам, где нужно делать отверстия и где делать разрезы, так что когда мы берем пластину, все встает в правильное положение. Мы достигаем гораздо большей точности, чем без шаблонов. Мы экономим как минимум 50% времени по сравнению с работой вручную. И это намного точнее».
Фредерик Верстрекен, хирург кисти и запястья, больница AZ Monica
Инструменты, которые попадают в операционную, должны соответствовать строгим требованиям. Они должны быть биосовместимыми и выдерживать паровую стерилизацию при 134°C. Это исключает большинство процессов и материалов 3D-печати, кроме SLA и SLS.
3D-печатный шаблон на предоперационной модели и в использовании во время операции.
«Я был очень рад появлению смоляных принтеров Formlabs. Потому что для нас это был принтер, который был доступен по цене, мог печатать материалы медицинского класса, и мы могли стерилизовать изделия в больнице. Так что для нас это действительно изменило правила игры. У нас был маленький FDM-принтер, который был просто игрушкой, но не медицинского класса. Если мы пытались стерилизовать [напечатанные им детали], они плавились. Так что мы могли лишь немного печатать, но ничего серьезного».
Случай неправильно сросшегося перелома дистального отдела лучевой кости: виртуальный результат 3D-планирования и рентгенологический результат через 2 недели после операции.
Доктор Верстрекен начал со смоляных шаблонов, но обнаружил, что нейлоновые шаблоны, напечатанные по технологии SLS, еще лучше подходят для такого типа операций, так как они более гибкие и менее склонны к поломке. Поэтому сначала они начали заказывать нейлоновые детали у внешних подрядчиков.
«SLS-принтеры, которые были на рынке, были слишком дорогими, с ними было слишком много хлопот и так далее. Но всегда была идея, что как только мы найдем доступный SLS-принтер, мы должны попытаться его приобрести. Затем появился Fuse 1, и было очевидно, что это тот принтер, который нужен для нашей лаборатории», — сказал доктор Верстрекен.
Взгляд изнутри на острые переломы с помощью анатомических моделей
Наличие собственных возможностей 3D-печати также открыло в больнице двери для использования цифровых технологий в острых случаях.
«Если это плановый случай, например, неправильно сросшийся перелом, который так существует уже год или больше, то у нас есть время и возможность планировать операцию в течение нескольких недель. Но если это острая травма, у нас нет недели. Если вы попадаете в больницу в отделение неотложной помощи со сломанным запястьем, то обычно операцию проводят в течение двух или трех дней. Если бы нам пришлось отдавать 3D-печать на аутсорсинг, мы никогда не были бы уверены, что детали придут вовремя», — сказал доктор Верстрекен.
«Теперь, с принтером и нашим инженером в больнице, взаимодействие стало намного, намного лучше. Мы можем увидеть перелом сегодня, и завтра утром у меня могут быть напечатанные детали в операционной, если мы напечатаем их ночью. Это было невозможно, когда мы пользовались услугами подрядчиков».
Фредерик Верстрекен, хирург кисти и запястья, больница AZ Monica
Рентген и 3D-печатная анатомическая модель сложного перелома пальца.
При острых случаях анатомические модели используются для планирования, информирования пациента и получения согласия, а также в качестве наглядного пособия в операционной.
«Мы используем анатомические модели в основном при внутрисуставных переломах. То есть если у вас кость сломана на несколько фрагментов, то нам нужно собрать эти кусочки вместе в операционной. Если у вас на операционном столе рядом лежит модель сломанной кости, это очень помогает увидеть, где находятся фрагменты и где именно сломана кость. Потому что мы не можем заглянуть внутрь сустава. Но если у нас есть напечатанная модель кости рядом, мы можем посмотреть на нее изнутри и увидеть, где части сломаны и как они смещены. Это очень помогает нам собрать фрагменты обратно в исходное положение», — сказал доктор Верстрекен.
Анатомические модели, напечатанные как по технологии SLA, так и SLS, можно стерилизовать, чтобы брать в операционную. Эта модель использовалась для проверки позиционирования металлической пластины.
«Но не только это. Это также помогает нам подготовить операцию на компьютере, собрать все части вместе на компьютере, как пазл, а затем иметь напечатанную модель рядом с собой на операционном столе. И напечатанная модель позволяет нам выбрать наиболее подходящую пластину для этого конкретного случая и решить, где разместить пластины и винты, чтобы добиться наилучшего возможного результата», — сказал доктор Верстрекен.
Доктор Верстрекен заявил, что сочетание визуализации, цифрового планирования и 3D-печатных анатомических моделей позволяет клиницистам экономить около 30-40% времени в операционной. При таких сложных случаях они приходят на операцию гораздо лучше подготовленными, чем без этих цифровых инструментов, используют меньше излучения и при этом достигают значительно более высокой точности.
Белая книга: Как печатать 3D-анатомические модели для предоперационного планирования и улучшения информирования пациентов
Скачайте нашу белую книгу с практическим руководством для врачей и технологов, чтобы начать создавать 3D-печатные анатомические модели из снимков пациентов, рассматривая лучшие практики настройки КТ/МРТ-сканирования, сегментации данных и преобразования файлов в формат, пригодный для 3D-печати.
Скачать белую книгу
Контроль качества и нормативно-правовые вопросы при собственной 3D-печати
Помимо очевидных клинических преимуществ, наличие собственной лаборатории 3D-печати также подразумевает работу в рамках нормативно-правового поля и контроль качества на каждом этапе процедуры: от получения и хранения данных, использования компьютерного программного обеспечения для обработки данных, самой 3D-печати и до отслеживания результатов лечения и осложнений.
С 2021 года медицинские изделия, такие как анатомические модели и хирургические шаблоны, должны соответствовать Регламенту о медицинских изделиях (MDR) в Европе как изделия класса IIa, что очень похоже на регулирование в других частях мира. Регламент очень строгий, однако существуют исключения для «изделий внутреннего изготовления» и «изделий, изготовленных по индивидуальному заказу», производимых в больницах и используемых в рамках одного юридического лица, что упрощает соблюдение требований (Глава II - Статья 5).
Доктор Верстрекен и ортопедическое отделение работали с юридическими консультантами и консалтинговыми компаниями и получили поддержку от Materialise, чтобы иметь возможность валидировать свои рабочие процессы. Больница создала систему контроля качества, что также проще, когда все делается внутри учреждения, а случаи и процессы хорошо документированы.
Когда медицинские инструменты производятся сторонними поставщиками услуг 3D-печати, они становятся производителями и несут ответственность за соблюдение нормативных требований. Это означает, что больница должна отвечать на множество вопросов о показаниях и о том, как она планирует использовать устройства, что ограничивает гибкость и свободу практикующих врачей.
Наличие всего процесса внутри учреждения также облегчает создание системы контроля качества. «[Со сторонними поставщиками] вы никогда не уверены, как они это делают, какая у них система контроля качества, какой порошок и принтеры они используют и как. Теперь мы знаем, что то, что мы печатаем, — это именно то, что нам нужно. Если мы используем очень маленькие направляющие для сверл, например, 1,2 миллиметра, которые проходят через инструмент. Теперь мы знаем, потому что протестировали на Fuse 1, что если мы запланируем 1,2 миллиметра, то получим ровно 1,2 миллиметра. Если мы отдаем на аутсорсинг, это может быть 1,1 или 1,3 миллиметра, что может плохо подойти. Так что это фактор неопределенности. Я чувствую, что у нас все под контролем, и то, что спроектировано и запланировано в 3D на компьютере, — это именно то, что выйдет из принтера, в точных размерах, которые нам нужны», — сказал доктор Верстрекен.
3d-печатные тампоны
Белая книга: Полное руководство по обеспечению качества и нормативно-правовым вопросам в медицинской 3D-печати
Эта белая книга призвана провести пользователей в индустрии медицинских изделий через каждый этап процесса разработки продукта: от оценки методов производства и технологий 3D-печати до конкретных нормативных требований для коммерциализации и вывода на рынок медицинских изделий, напечатанных на 3D-принтере.
Скачать белую книгу
Как начать цифровую лабораторию в больнице
Хотя создание лаборатории для цифровых технологий в больнице с нуля поначалу может показаться пугающей задачей, оно становится намного проще, если разбить его на небольшие этапы.
Доктор Верстрекен определил список ключевых шагов, которые позволяют практикующим врачам внедрить цифровые технологии внутри учреждения:
- Коллеги, заинтересованные в 3D-технологиях
- Поддержка администрации больницы и финансирование
- Визуализация
- Клинический инженер и техники
- Программное и аппаратное обеспечение (все одобрено для медицинского применения)
- Внешние партнеры: юридические консультанты, подрядчики для металлической печати и другие
Доктор Верстрекен впервые познакомился с цифровыми технологиями в 2009 году: «Я начал все больше и больше интересоваться этой технологией и ее потенциалом в том, как она может помочь мне улучшить помощь, которую я мог оказать пациентам».
Сначала он работал с внешними подрядчиками для производства моделей и шаблонов для ограниченного числа самых сложных случаев. По мере того как спектр применений и случаев постепенно расширялся, другие хирурги в ортопедическом отделении также заинтересовались использованием цифровых технологий, что означало, что появился достаточный масштаб для экономической целесообразности внедрения этих инструментов внутри учреждения.
AZ Monica затем приобрела лицензию на программное обеспечение Materialise Mimics, чтобы команда могла самостоятельно заниматься сегментацией и визуализацией. По мере роста потребности в этих функциях они наняли инженера для планирования операций и проектирования шаблонов.
В команду AZ Monica входят инженер в отделении визуализации и технический отдел, который управляет 3D-принтерами.
Чтобы сократить сроки производства и иметь возможность поддерживать острые случаи, они решили перенести производство внутрь учреждения с помощью 3D-принтеров. Сначала они приобрели SLA 3D-принтер Formlabs, который достаточно компактен, чтобы работать в пределах отделения. По мере роста спроса и желания также внедрить SLS 3D-печать внутри учреждения, они решили привлечь технический отдел, который теперь занимается печатью и постобработкой деталей.
«3D-лаборатория, которая у нас есть сейчас, — это результат сотрудничества между нашим ортопедическим отделением и отделением радиологии больницы. Мы получили потрясающую поддержку от руководства больницы, им очень интересно поддерживать нас в этом. Они считают, что это отличный способ продвижения больницы, поскольку это показывает, что больница современна, принимает новые технологии и сосредоточена на улучшении помощи пациентам», — сказал доктор Верстрекен.
Ускорение внедрения цифровых технологий
Одним из оставшихся препятствий для внедрения цифровых технологий является финансирование. Во многих странах эти методы лечения еще не оплачиваются страховыми компаниями или государством.
В Бельгии пациенты должны сами оплачивать эту часть лечения. Делая все внутри учреждения, AZ Monica может поддерживать разумные цены, но это все еще ограничивает распространение. Доктор Верстрекен считает, что давление нарастает и что они близки к заключению соглашения о возмещении расходов не только в Бельгии, но и во многих других странах, таких как Германия или США.
Он считает, что один из способов ускорить внедрение — это образование. Он входит в группу специалистов по хирургии кисти, занимающуюся цифровыми технологиями, и их отделение работает с другими больницами в регионе, у которых еще нет собственных лабораторий.
«Важно повышать осведомленность хирургов об этой технологии. Сейчас об этом говорят многие, и все больше хирургов интересуются. В настоящее время, возможно, 1-5% хирургов-ортопедов действительно используют 3D-технологии, знают, что это такое, и понимают ее потенциал. Но на недавней международной встрече по хирургии кисти в Лондоне 20-30% всего обсуждаемого было связано с 3D-технологиями. Медицинское сообщество очень медленно принимает новое. На это уходят многие годы. Но, я думаю, сейчас мы прошли точку невозврата, все словно увидели свет. Все больше и больше больниц будут создавать внутрибольничные лаборатории 3D-печати. Это фантастическая технология, которая позволяет нам оказывать пациентам лучшую помощь», — сказал доктор Верстрекен.
Посмотрите наш вебинар с доктором Верстрекеном, где он делится тем, как AZ Monica внедрила технологию SLS в больнице в Бельгии, что позволяет команде экономить время и улучшать результаты лечения пациентов в хирургии кисти за счет производства режущих и сверлильных шаблонов по месту оказания помощи.
Готовы внедрить 3D-печать в своем собственном учреждении? Есть вопросы о рабочих процессах и решениях для медицинской 3D-печати?
- Видео
- Ролики
Всё о ДзенеВакансииДзен на iOS и AndroidЕщё
Настроить продвижениеЭту статью может увидеть больше людейНастройте продвижение для привлечения внимания к публикации и роста числа подписчиков
ваш канал
Быстрое прототипирование для создания будущего мобильной фотографии
3 дня назад
5 мин
Макет камеры от Glass Inc. Технология камеры компании предназначена для размещения внутри стандартного смартфона.
Команда Formlabs недавно пообщалась со стартапом Glass Imaging Inc., который намерен произвести революцию в фотографической индустрии. Сооснователь компании Том Бишоп рассказал нам: «По сути, ничего не менялось с момента создания камер. Благодаря вычислительной мощности смартфонов мы можем создать нечто лучшее с нуля».
Компанию Glass Imaging Inc. основали Том Бишоп и Зив Аттар, чтобы определить будущее обработки изображений. Они познакомились, работая над мобильной фотосъемкой в Apple. После многих лет постепенных улучшений камер смартфонов, они основали Glass Imaging Inc., чтобы фундаментально переосмыслить работу камер. Команда видит уникальную возможность создать камеру, которая объединит аппаратную часть — объектив и сенсоры — с искусственным интеллектом современных смартфонов для получения идеального фото. Размещая широкоформатный анаморфный объектив и сверхширокие сенсоры в корпусе стандартного смартфона, команда стремится поместить качество DSLR-камер в ваш карман.
Чтобы убедить производителей телефонов отказаться от технологии, которой десятилетия и которая в целом удовлетворительна, Glass Imaging Inc. понадобится рабочий, функциональный прототип. Вот здесь на помощь приходит собственная стереолитографическая (SLA) 3D-печать. В последние годы множество инновационных стартапов обращаются к SLA для прототипирования деталей, печати готовых компонентов, создания форм и многого другого, чтобы значительно снизить затраты и лучше конкурировать с существующими компаниями. Glass Imaging Inc. использует как Black Resin, так и Rigid 4000 Resin для создания демонстрационных креплений, корпусов объективов и других деталей. В этом посте мы услышим от сооснователей Тома Бишопа и Зива Аттара, а также от руководителя механического дизайна Коула Когсвелла о том, как они меняют мобильную фотографию.
Инновации в 3D-печати
Компоненты прототипа корпуса камеры и держателей объектива Glass Imaging, напечатанные на 3D-принтере.
Начиная работу с 3D-печатью, Аттар сначала инвестировал в FDM-принтер. Хотя у FDM есть свои преимущества, особенно низкая стоимость печати, свойства материалов часто не подходят для многих бизнес-задач.
В поисках лучшего решения компания изначально купила дешевый SLA-принтер на Amazon. Аттар говорит: «Это было сущим наказанием, он печатал крупные изделия, вроде чехлов для телефонов, но работа со смолой требовала много усилий». В этот момент компания приобрела принтер Form 3+, отчасти из-за более простого обращения с материалами.
Когсвелл взялся за дело, печатая и тестируя различные держатели и корпуса объективов. Он сказал: «Было невероятно просто перейти от концепции дизайна к физической печати. Вам не нужно беспокоиться о проектировании для производства. Бывают нюансы с пользовательскими опорами, но кривая обучения очень короткая — я печатал модули для него уже через пару дней». Наблюдается значительный рост числа инновационных стартапов, выводящих новые продукты на рынок, отчасти благодаря собственной аддитивному производству. Низкий порог входа — огромное преимущество для малого бизнеса, такого как Glass Images Inc., позволяя им бросать вызов крупным игрокам даже в высокотехнологичных областях, таких как мобильная фотография.
Когсвелл отметил, что прототипирование в малых масштабах «было бы очень сложно без 3D-печати. Когда я только присоединился, мы заказывали детали, обработанные на станках с ЧПУ, и самое быстрое время получения — от нескольких дней до недели, а затем, если нужны корректировки, их приходилось отправлять обратно. С помощью 3D-печати мы смогли вносить небольшие изменения и добавлять новые функции, что сделало нашу демонстрацию гораздо более убедительной».
Он продолжил: «Мы, по сути, печатаем целый чехол для телефона. Если бы мы изготавливали его механически, это стоило бы тысячи и тысячи долларов и заняло бы неделю или больше. Теперь я запускаю печать в пятницу днем, а когда прихожу в понедельник утром, она готова».
Для стартапов на ранней стадии прототипы важны как для тестирования дизайна, так и для демонстрации инвесторам и компаниям того, над чем они работают. Бишоп сказал нам, что «главная цель команды — внедрить эту технологию в реальные смартфоны. Самое важное, что 3D-печать помогает нам постоянно совершенствовать наш продукт».
Для достижения этого Когсвелл использует две смолы: Black Resin и Rigid 4000 Resin. Black Resin отлично показала себя для крупных деталей, демонстрационных креплений и устройств, которые команда может показывать внешней аудитории, например, прессе или инвесторам. По словам Когсвелла, Rigid 4000 Resin оказалась «невероятно надежной и дает нам гораздо более стабильные результаты для корпусов объективов».
Будущее фотографии
Сейчас команда печатает корпуса объективов из Black Resin и Rigid 4K Resin. Для оптических сборок важны точность и повторяемость юстировки для получения качественных изображений, и команда впечатлена возможностями этих материалов.
Бишоп сказал нам, что никогда не было лучшего времени для прорыва на рынок камер для смартфонов. «Наша команда работает в этой индустрии с начала эры камерофонов. Это очень сложная ниша, потому что нужны знания в области производства, оптики, программного обеспечения с ИИ, а также понимание международных цепочек поставок. Но спрос на улучшения и изменения огромен, и мы создаем уникальную по опыту команду», — сказал он.
Примеры изображений с прототипа камеры Glass Imaging, собранного в напечатанном на 3D-принтере корпусе; увеличенные области демонстрируют исключительную детализацию и подобное DSLR разделение переднего и заднего плана.
Размещая сверхширокий сенсор в ультратонком модуле, который идеально встраивается в мобильное устройство без необходимости выступающего блока, команда верит, что камеры телефонов могут стать такими же хорошими, если не лучше, чем DSLR-устройства. Реализация этого, а также проектирование всего устройства для идеальной синхронизации с программными алгоритмами, станет первым настоящим скачком следующего поколения в качестве камер смартфонов.
На вопрос о совете другим дизайнерам, рассматривающим собственную 3D-печать, Когсвелл ответил: «Единственное, что я могу порекомендовать, — просто попробуйте. Как только вы напечатаете свою деталь, вы поймете, что это такое, и это действительно увлекательно. Очень здорово держать в руках свою CAD-модель уже через день. С ней можно сделать так много, открывается столько новых подходов к дизайну».
О нашей компании
TITAN 3D - поставщик и системный интегратор оборудования для 3D-печати, 3D-сканирования и автоматизированного контроля в промышленности, машиностроении, медицине.
Готовы ответить на все Ваши вопросы, проконсультировать по оборудованию, и подобрать лучшее оборудование для решения Ваших задач.
Каталог 3D-принтеров мировых производителей - проработку технологии, подбор оборудования, внедрение, пусконаладку и обучение берем на себя!
+7 (952) 243-77-75 I 01@titan-3d.ru I www.titan-3d.ru