Виртуальная симуляция и 3D-печать в госпитале Сант Жоан де Деу

Виртуальное моделирование и 3D-печать все чаще используется в медицине. Госпиталь Сант Жоан Деу Барселона стал первым центром в мире, который пять лет назад начал использовать 3D-технологию для планирования онкологических операций у детей. Теперь Сант Жоан Деу Барселона продвинулся еще на шаг вперед по внедрению этой технологии, создав Отделение 3D-моделирования, отвечающее за хирургическое планирование, исследование, прототипирование и симуляцию с использованием 3D-моделей, выполняемых специалистами госпиталя.

Ранее хирурги, которые должны были выполнять вмешательство, сканировали изображения больного органа, чтобы спланировать хирургическую операцию. В течение последних нескольких лет, технологические достижения позволили им виртуально моделировать анатомические части тела, задействованные в операции и, при необходимости, создавать 3D-копию реального размера органа, напечатанную из специального материала, текстура которого имеет сходство с человеческим органом, что позволяет им имитировать операцию столько раз, сколько они захотят, прежде чем войти в операционную, и иметь вспомогательные инструменты, адаптированные для каждого пациента.

Отделение 3D-моделирования Госпиталя Сант Жоан Деу Барселона имеет междисциплинарную организацию, отвечая требованиям 3D-планирования, предъявляемым специалистами госпиталя. Комиссия, состоящая из профессионалов из разных областей, таких как врачи, радиологи и инженеры, занимается оценкой запросов от профессионалов.

В настоящее время в госпитале есть следующие технологии 3D: принтер PolyJet, который делает копии из гибких, прозрачных, растворимых и биосовместимых материалов, благодаря пожертвованию Private Foundation MAR, и принтер FDM, SIGMA R19, используемый для моделирования, который удалось приобрести благодаря пожертвованию Фонда Fundació CIM de la Universitat Politècnica de Catalunya.

Сейчас в Госпитале Сант Жоан де Деу виртуальное моделирование и 3D-печать используются не только для планирования очень сложных операций, но также и для создания персонализированных протезов, изготовления хирургических инструментов, адаптированных для каждого пациента, и для выполнения имитационных практик в учебной деятельности.

В области проведения исследований, хирурги, радиологи, инженеры и исследователи госпиталя Сант Жоан де Деу участвуют в европейском проекте (FEDER) с консорциумом из десяти ведущих организаций в сфере здравоохранения, который возглавляет Фонд CIM-UPC. Этот проект направлен на совершенствование систем аддитивного производства и биопринтинга в области критической, реконструктивной и восстановительной хирургии.

Преимущества технологии 3D

Согласно мнению Арнау Вальса, инженера Отделения по инновациям и исследованиям Госпиталя Сант Жоан де Деу, можно говорить о ряде преимуществ при использовании планирования 3D.

Благодаря виртуальному моделированию и трехмерной печати хирурги могут очень детально спланировать вмешательство, что позволяет им действовать более точно, прогнозируя и сокращая возможные осложнения операции...

Кроме того, "технология 3D является более эффективной и результативной, поскольку позволяет сократить продолжительность вмешательства, и это, опять же, влияет на пациента, так как он получает меньше наркоза. Что касается затрат, уже опубликованы исследования экономической эффективности, в которых подтверждена экономическая выгода при планировании трехмерного вмешательства при определенных патологиях", - добавляет Арнау Вальс.

Помощь при удалении сложных опухолей

Удаление опухолей -- это была первая область, в которой использовалась 3D-печать в Госпитале Сант Жоан де Деу. Команда Хирургического Отделения госпиталя при поддержке Фонда CIM-UPC впервые в мире использовала 3D-печать для планирования удаления очень сложной опухоли у педиатрического пациента. У пятилетнего ребёнка была нейробластома, чрезвычайно агрессивная опухоль, которая образуется в нервной ткани и её очень трудно удалить, поскольку она окружает кровеносные сосуды.
Команда специалистов, во главе с хирургом Лукасом Крауэлем (Lucas Krauel), приняла решение сделать трёхмерную копию опухоли, затронутых органов и сосудов, чтобы тщательно проанализировать, какой способ является  наиболее эффективным, чтобы получить доступ к этой опухоли и удалить её, не подвергая опасности жизнь пациента, а также чтобы получить возможность изучить опухоль подробно ещё до начала вмешательства, выявив при этом  анатомические взаимоотношения опухоли, сосудов и окружающих органов. Ребёнок был прооперирован, и операция прошла успешно. С тех пор, 3D моделирование было использовано примерно в ста операциях, проведённых с 2017 года, а также эту практику начали применять и в других специальностях Госпиталя.

3D для коррекции лицевых деформаций

В области челюстно-лицевой и ортогнатической хирургии, хирурги не только планируют сложные и деликатные операции, которые выполняются с целью исправления лицевых деформаций у детей, но и также создают хирургические инструменты, необходимые для этого. Благодаря возможностям виртуальной хирургии 3D, хирург Жосеп Рубио изучает за несколько дней до проведения операции, какое из возможных вмешательств является наиболее подходящим в каждом конкретном случае. При очень серьезных деформациях, которые требуют проведение дистракции (удлинение кости), с помощью технологии 3D создают направляющие для разреза, адаптированные к физиогномике пациента, чтобы сделать разрез в точном месте.

Использование 3D также оказалось полезным для того, чтобы определить размеры аппарата для удлинения кости, который будет помещён на ребенка, так как с помощью 3D можно создавать реплику и проверять ее на 3D-копии черепа пациента. За последние четыре года Отделение челюстно-лицевой хирургии использовало 3D при планировании и проведении более 100 вмешательств.

Полезный ресурс для черепных реконструкций

В области нейрохирургии 3D чрезвычайно полезен для подробного планирования вмешательств перед входом в операционную, а также для создания необходимых хирургических инструментов и даже имплантатов, изготовленных индивидуально, которые идеально адаптируются к пациенту.
Команда нейрохирургов использует 3D для планирования операций по исправлению деформаций черепа. Это касается, например, краниосиностоза, заболевания, которое возникает, когда голова растёт и развивается ненормально из-за раннего закрытия швов различных костей, из которых состоит череп.
«Эта патология создаёт асимметрии, и чтобы исправить их, мы должны восстановить череп, «разобрав» его часть. Благодаря 3D мы получаем копию черепа, на котором мы планируем, до вмешательства, что мы будем делать, и направляющие разрезов, которые помогают нам во время операции и позволяют нам получить большую точность», - объясняет Mariana Alamar(Мариана Аламар). Нейрохирург указывает, что они также прибегают к 3D в случае декомпрессивной краниотомии или краниопластики, при которой у пациента нет костного материала для исправления дефекта или деформации черепа. В этих случаях специалисты создают трёхмерную копию из материалов, таких как пористый пластик или титан. В течение 2017 года Отделение Нейрохирургии использовало 3D моделирование примерно в пятнадцати операциях.

3D модель для реконструкции уха
 

Пластические хирурги также видят много возможностей в 3D. Хирург Francisco Parri, эксперт по коррекции микротии (врождённого порока развития, который приводит к недоразвитию ушной раковины) использует созданные с помощью 3D печати копии здоровой ушной раковины, которые служат в качестве руководства для реконструкции повреждённой. С помощью 3D копий хирурги получают большую точность в операции по реконструкции уха, которая является очень трудной, учитывая множество рельефов и складок, которые имеет этот орган.
 

Инструмент с множеством возможностей

В настоящее время в Госпитале Сант Жоан де Деу используются трёхмерные оттиски для планирования чрезвычайно сложных хирургических процедур, таких как создания направляющих для разреза или хирургических инструментов, для разработки протезов и персонализированных имплантатов, а также практики в рамках учебных и симуляционных мероприятий.
Большая часть вмешательств проводится в области челюстно-лицевой хирургии, онкологической хирургии, нейрохирургии, травматологии, кардиологии и пластической хирургии. Другие специальности начинают тестировать 3D для поддержки своей повседневной клинической практики в сложных операциях. Это касается, например, Одонтологической и Ортодонтической службы Госпитале Сант Жуан де Деу.