От томограммы до 3D-копии
Ещё совсем недавно белорусские врачи-кардиохирурги готовились к сложной операции с помощью распечатанного в Германии на 3D-принтере сердца, планировали её, чтобы затем безошибочно прооперировать пациента и гарантировать наилучший результат и быструю реабилитацию.
ТЕПЕРЬ такие модели в помощь медицине создаются и в Белоруссии. Учёные Института тепло- и массообмена Национальной академии наук смогли разработать и распечатать целый набор моделей человеческих органов. 3D-модели коленного сустава и стопы, разработанные по компьютерным томограммам реальных пациентов, уже использовались врачами для подготовки к сложным операциям.
«Врачи Республиканского научно-практического центра (РНПЦ) травматологии и ортопедии готовили операцию на коленном суставе. У пациентки был сложный случай. Чтобы гарантировать успех, медики решили изучить особенности сустава на его 3D-модели и обратились к нам, — рассказал заведующий лабораторией синтеза и анализа микро- и наноразмерных материалов Института тепло- и массообмена Национальной академии наук Белоруссии Сергей Филатов. — Передали цифровую копию рентгеновской томограммы, которую мы преобразовали в 3D-модель и распечатали на 3D-принтере. Хирурги с её помощью успешно прооперировали пациентку. Затем к нам обратились с похожей просьбой, это был сложный случай со стопой. Операция снова прошла удачно».
Визуализации томограммы на экране компьютера может быть недостаточно для подготовки к сложной операции, и тогда 3D-печать приходит на выручку. 3D-модель в точности повторяет внутреннее строение настоящего органа и соответствует ему по размерам. Это позволяет хирургам отработать на ней технологию, спланировать операцию и гарантировать её успех.
В институте сейчас используются шесть специализированных 3D-принтеров, три из которых созданы сотрудниками лаборатории. Учёные с помощью специальных компьютерных программ обрабатывают томограмму пациента и создают индивидуальную трёхмерную модель нужного органа. Затем модель корректируется, автоматически разделяется на тонкие слои и распечатывается. Печать может занять от 1—2 до 20 часов в зависимости от требуемой точности, материала и размеров модели.
«Трахея и кисть руки сделаны из гибкого полимера — полиуретана. Это тестовые модели, позволяющие определить возможные области применения новой технологии и новых материалов. Чаще всего при изготовлении моделей мы используем биосовместимые полимеры, такие как полилактид. Он удачно имитирует свойства самого сустава, поэтому 3D-модели коленного сустава и голеностопа вполне подошли хирургам для подготовки к операциям», — пояснил младший научный сотрудник лаборатории синтеза и анализа микро- и наноразмерных материалов Института тепло- и массообмена НАН Евгений Батырев.
По словам учёных, они готовы начать работы по созданию не только моделей и протезов из полимерных и композиционных материалов, но и из тканей живых клеток. «Мы можем изготовить 3D-модели почти всех органов, вопрос только в том, какая степень точности требуется. Здесь задачу ставит врач», — говорит заместитель заведующего лабораторией синтеза и анализа микро- и наноразмерных материалов Михаил Долгих.
Сегодня в Институте тепло- и массообмена занимаются исследованиями, которые могут быть полезны не только в сфере медицины и образования. Аддитивные технологии, с которыми здесь работают, найдут применение и в промышленности. С помощью 3D-печати можно создавать сложные по форме и структуре изделия быстрее и дешевле, чем традиционными способами. Современные аддитивные технологии предоставляют неограниченные возможности проектирования и создания новых систем с оптимальными характеристиками. Учёные убеждены: в Белоруссии есть все предпосылки для использования этих технологий в разных сферах экономики.