Создать и распечатать. Как 3D-технологии применяются в медицине

Наш эксперт – предприниматель, эксперт по использованию 3D-технологий Ёлан Сабарова.

Та скорость, с которой в нашу повседневную жизнь приходят фантастические технологии будущего, поражает воображение. Их распространение день ото дня – всё шире. Уже завтра с их помощью врачи научатся печатать органы. И это совершит революцию в трансплантологии и медицине в целом!

По образу и подобию

3D-принтер – устройство, создающее объект на основе виртуальной трёхмерной модели. Объекты печатаются сразу в трёх плоскостях, постепенно вырастая уровень за уровнем буквально из небытия. Сам этот процесс называют быстрым прототипированием, или 3D-печатью. Печатать можно разными способами и из разных материалов, но в любом случае объект будет появляться послойно. В отличие от ручного проектирования печать на таком принтере полностью исключает ошибки, которые может допустить человек, что особенно важно в медицине.

Я – робот

С помощью многомерных технологий печатают многие медицинские изделия. Например, протезы конечностей, в которых, кстати, сегодня нуждаются 30 миллионов человек в мире.

3D-принтер помогает изготовить их всего за пару недель. А стоят они при этом гораздо дешевле обычных протезов.

В России и сегодня у взрослых чаще используют устаревшие протезы 40‑летней давности, которые не обладают никаким функционалом, а лишь создают иллюзию присутствия конечности. Современные протезы европейского производства стоят от 1,5 млн рублей (хотя сами эти высокофункциональные устройства были изобретены именно в нашей стране полвека назад). Однако с недавних пор и у нас стали выпускать напечатанные на 3D‑прин­тере тяговые протезы кисти из полиамида – самого распространённого полимера для промышленной 3D-печати. Стоят они примерно 70–90 тысяч рублей. Такой протез может получить бесплатно любой человек с травмой кисти, так как государство компенсирует такую покупку в размере 100 тысяч рублей. Тяговыми протезами кисти можно брать и удерживать предметы весом до 5–10 кг. Функция хвата осуществляется за счёт натяжения тросов при движении лучезапястного сустава. Протез можно настроить как на сжатие всех пальцев, так и одного или нескольких.

Выпускают и бионические протезы, приводимые в действие электродами, считывающими электрический потенциал, вырабатываемый мышцами культи в момент их сокращения. Их детали тоже печатает 3D-принтер.

Новые кости, зубы и суставы

3D-печать также используется и для создания костной ткани из инертных металлов (типа титана). Плюс материала в том, что он не отторгается организмом. На месте повреждений, вызванных заболеваниями или травмами, имплантируется новая ткань с пористой структурой. Позднее она прорастает живой тканью пациента. Например, недавно в НИИ онкологии имени Н. Н. Петрова в Санкт-Петербурге успешно пересадили пациенту 3D-имплантат лобковой кости – своя ткань была поражена опухолью.

Также из металла можно напечатать и суставы – взамен повреждённых.

Очень популярна эта технология и в стоматологии. 3D-печать отлично подходит для изготовления имплантов из биоматериала. Сначала на основе данных томографии создаётся модель, и по ней проектируется недостающая часть костной ткани в челюсти. Далее изготавливается форма для литья, куда помещается титан, из которого будет создан будущий имплант, в точности замещающий дефект в месте повреждения..

Благодаря 3D-печати, которая даёт возможность создавать предметы из множества материалов – от резины до металла, можно изготавливать индивидуальные инструменты для врачей, в частности хирургов.

Размер в размер

А пациенты получат возможность получать индивидуальные слуховые аппараты, более точно подходящие по форме и изгибам уха, или ортопедическую обувь, которая благодаря сканированию ступни и проектированию индивидуальной колодки будет идеально подходить по форме и размеру ноги. А также идеально прилегающие зубные протезы – недаром сегодня 3D-сканирование уверенно замещает собой традиционное изготовление слепков. По его результатам гораздо легче и эффективнее проектировать создание будущих коронок, которые потом можно распечатать на 3D-принтере.

Оценить результат заранее

Компьютерная 3D-томография постепенно вытесняет плёночные снимки. Ведь оно точнее, информативнее, да ещё и безопаснее.

Но 3D-моделирование нашло применение и в хирургии. Благодаря 3D-сканеру пациент может увидеть предполагаемый результат операции ещё до того, как она будет проведена. И понять, пойдёт ли ему, допустим, новый нос или лучше остаться со старым.

Впрочем, виртуальное моделирование востребовано не только в пластической хирургии, но и в более важных хирургических областях. Использование трёхмерных моделей-прототипов органов для предоперационного планирования сокращает время вмешательства, а также ускоряет выздоровление пациента. Ведь благодаря им хирург имеет возможность заранее спланировать весь ход операции.

Фотофакт

В 2011 году плотник из Южной Африки Ричард Ван Ас случайно бензопилой отсёк себе два пальца на руке и повредил ещё два. Другой бы просто смирился с потерей, но не этот парень. Однажды в Сети он увидел видеоролик, где большая искусственная рука двигается, как живая. Роль сухожилий играли металлические тросы. Автором конструкции был американский кукольник Иван Оуэн. Мужчины познакомились и вскоре уже трудились сообща. Плодом их совместной работы стал механический тяговый протез кисти, подаренный мальчику, родившемуся без пальчиков на одной руке. Несмотря на отсутствие в конструкции электроники, протез мог совершать базовый набор действий, характерных для обычной человеческой руки. Все детали искусственной кисти были напечатаны на 3D‑принтере, поэтому устройство оказалось совсем недорогим. Этот факт быстро стал известен в мире, и с этого момента в мире начался бум 3D‑моделирования.