Лицо из 3D-принтера: новые возможности реконструктивной хирургии

Помощь при травмах и осложненных переломах рук и ног, операции на головном мозге при опухолях и внутримозговых гематомах, высокоточная диагностика легких — этим и другим жизненно важным темам посвящают свои исследования московские врачи. 33 молодых специалиста рассказали о новых технологиях и уникальных операциях на конференции, которая прошла в НИИ скорой помощи имени Н.В. Склифосовского. 

Лучшей эксперты признали работу Александра Неведрова — научного сотрудника отделения сочетанной и множественной травмы НИИ скорой помощи имени Н.В. Склифосовского. Он предложил репетировать операцию на 3D-моделях. Это снижает риски, повышает точность операции и сокращает ее длительность. Автора разработки наградили поездкой на стажировку в Китай.

Александр Неведров рассказал mos.ru, как смоделировать хирургическое вмешательство в 3D, когда очки виртуальной реальности будут обязательны в операционной и почему работа хирурга сродни проектированию большого здания.

Лицо из 3D-принтера: новые возможности реконструктивной хирургии

— В чем суть вашей технологии?

— Мы — отделение травматологии — совместно с отделениями микрохирургии и компьютерной томографии улучшаем технологию выполнения сложных реконструктивных вмешательств на конечностях. Допустим, человек сломал ногу: у него повреждены мягкие ткани, кости, сосуды.

Чтобы поставить его на ноги, чтобы он не стал инвалидом, требуется большое количество оперативных вмешательств, и одно из важнейших — восстановление скелета конечностей, ведь угловые деформации, укорочение, несросшиеся переломы могут вызывать боль или лишить человека работоспособности.

Эти вмешательства требуют очень большой точности выполнения. Их, наверное, можно сравнить с архитектурой или проектированием большого здания: все должно быть правильно, все углы, размеры нужно соблюсти.

Если у человека нет какого-то участка кости, мы должны подобрать костный трансплантат, точно соответствующий дефекту.

С этой же проблемой сталкиваются челюстно-лицевые хирурги при восстановлении челюсти, поэтому у них технология 3D-моделирования, которой мы занимаемся, тоже активно применяется.

Мы идем на операцию, смоделировав ее в трехмерном пространстве

Суть нашей работы заключается в том, что мы выполняем детальное предоперационное планирование и на операцию идем, смоделировав это оперативное вмешательство в виртуальном трехмерном пространстве.

Идею операции нужно перенести из виртуального пространства в реальное, а наиболее быстрой сейчас является технология так называемого прототипирования — 3D-печати.

С помощью бесплатной программы 3D Slicer можно перенести данные с компьютерной томографии (КТ) и построить модели, которые может обработать обычный трехмерный графический редактор, например Blender. На нем создаются трехмерные игры — стрелялки, бродилки. А нам он помогает планировать операции.

  • Мы можем буквально за один вечер получить данные КТ пациента, смоделировать оперативное вмешательство в 3D-редакторе, подобрать, на сколько мы должны изменить угол кости, на сколько удлинить или укоротить ее, подобрать имплант для фиксации, трансплантат, все это рассчитать и почти в тот же вечер распечатать на 3D-принтере шаблоны и направители для операции.
  • Лицо из 3D-принтера: новые возможности реконструктивной хирургииЛицо из 3D-принтера: новые возможности реконструктивной хирургииЛицо из 3D-принтера: новые возможности реконструктивной хирургииЛицо из 3D-принтера: новые возможности реконструктивной хирургии
  • — Сколько времени занимает такая подготовка?

— Само планирование, моделирование — минут 40. В среднем время операции на столько и сокращается, но операционное время очень дорого. Как говорил кардиохирург Дебейки (американский кардиохирург Майкл Эллис Дебейки. — Прим. mos.

ru), операционная не место для импровизации. Здесь все должно получаться. А при виртуальном трехмерном планировании можно попробовать один вариант, другой.

Так что, мне кажется, эти затраты времени вполне оправданны, особенно при выполнении сложных реконструктивных вмешательств.

— Ваш метод уже применяется на практике?

— Да. На сегодня по этой технологии прооперированы 12 пациентов. Мы начали не так давно — около 10 месяцев назад.

— Какая из этих операций вам запомнилась?

— У молодого пациента 18 лет было повреждение ладьевидной кости. Это маленькая косточка в запястье, но от нее зависит очень многое: если она деформирована или есть ее несросшийся перелом, то появится выраженная боль. А если человек занимается физическим трудом, он не сможет из-за этого работать.

Мы сделали КТ поврежденного и здорового запястья, в трехмерном редакторе отзеркалили ладьевидную кость со здорового запястья и совместили с ладьевидной костью поврежденного, смоделировали кровоснабжаемый трансплантат нужного размера, выяснили, как нам нужно подвинуть отломки ладьевидной кости для воссоздания ее первоначальной формы. И все это в компьютере перед операцией легко встало на свои места.

Если операция без 3D-планирования занимала около двух с половиной часов и было не очень понятно, насколько хорошо мы восстановили анатомию пациента, тут она заняла 1,5 часа. Мы пересадили васкуляризированный трансплантат, восстановили первоначальную форму ладьевидной кости, достигли сращения, и пациент вернулся к работе.

До внедрения этой технологии мне было очень сложно в трехмерном пространстве представить операцию.

Лицо из 3D-принтера: новые возможности реконструктивной хирургии

— В чем преимущества этого метода для врача и пациента?

— Когда все возможности есть в отделении, это быстрота. Первое время мы это делали в сторонних организациях, и уходила неделя. Мы решили, что все нужно делать, что называется, у постели больного.

Мне как хирургу этот метод позволяет четко представить оперативное вмешательство, спланировать его. А еще, когда есть шаблоны и распечатанные направители, получается очень удобно и хорошо оперировать. Это уже не сложная операция века: и в голове, и в компьютере план есть, все получается быстро и легко.

Благодаря этой технологии более качественно восстанавливается анатомия

Любая минута, проведенная под наркозом на операционном столе, отражается на здоровье пациента, и чем быстрее мы все делаем, тем для него лучше. Кроме того, благодаря этой технологии более качественно восстанавливается анатомия. Чем лучше мы восстановим анатомию, тем лучше результат. Это очень важно для пациента.

Лицо из 3D-принтера: новые возможности реконструктивной хирургии

— Насколько эта технология затратна?

— Мы живем в век, когда возможности современной телестудии может заменить смартфон, а технология 3D-печати позволяет заменить возможности производства пластиковых изделий. Стоимость материалов для одной операции составляет рублей 20. К тому же сейчас очень хорошо развито так называемое свободное программное обеспечение, и мы пользуемся бесплатным программами для этой технологии.

— То есть московские больницы могут себе позволить такой метод?

— Да. Сам 3D-принтер сейчас стоит 300 долларов.

— Чтобы с ним работать, нужна подготовка?

— Сейчас проще и с подготовкой: посмотрел два-три ролика на YouTube — и вот ты разбираешься в какой-то технологии. Понятно, что к медицине это не относится, но напечатать заготовку — почему нет? Получается быстро, эффективно, недорого.

Это фактически распечатанная компьютерная томограмма кости пациента. Обычно мы смотрим двухмерные снимки КТ, а тут мы можем посмотреть и пощупать.

И даже для пациента это хорошо, потому что мы можем ему четко объяснить: у вас хронический остеомиелит, в большой берцовой кости вот такая-то полость, мы должны ее убрать.

Планируем развивать технологию дополненной реальности

— Вы планируете еще работать над ней?

— Для меня первое место на конференции — это признание того, что мы движемся в правильном направлении и эти технологии действительно востребованы. Конечно, это мощный стимул продолжать работу.

Мы планируем совершенствовать эту технологию и развивать другие направления быстрого прототипирования, в частности технологию дополненной реальности, когда используются очки и совмещается КТ-изображение и реальный объект.

— Что-то похожее уже делается в мире?

— Да, над этим сейчас активно работают, это перспективное направление. Наверное, в скором будущем мы уже будем видеть пациента насквозь, видеть через кожу и оперировать. Чувствуется, что технологии шагнули далеко вперед.

— В чем преимущества вашей технологии в сравнении с зарубежными?

— За рубежом эта технология применяется в основном в челюстно-лицевой хирургии, а мы активно ее применяем при реконструкции конечностей. Также мы совмещаем ее с микрохирургией, по-научному это называется аутотрансплантация васкуляризированных комплексов тканей человека. У человека много донорских мест, и, когда у пациента дефект кожи, кости, мышцы, мы можем взять их для пересадки у него же.

Лицо из 3D-принтера: новые возможности реконструктивной хирургииЛицо из 3D-принтера: новые возможности реконструктивной хирургииЛицо из 3D-принтера: новые возможности реконструктивной хирургии

— Чего вы ждете от стажировки в Китае?

— Китайцы, пожалуй, находятся впереди планеты всей в вопросах микрохирургии и реконструктивных вмешательств. Это и хотелось бы посмотреть, набраться опыта. Пока программа находится в стадии разработки.

— На конференции 33 специалиста презентовали свои научные разработки. Какие из них вы бы отметили?

— Мне очень понравилась работа моего коллеги из Боткинской больницы по опухолям мозга. Это тяжелейшая проблема, и отлично, что они ее с большим процентом успеха решают. Они очень четко маркируют границы опухоли с помощью специальных флуоресцентных красителей.

Под микроскопом это прекрасно видно.

И они используют нейромониторинг: фактически мозг пациента во время операции работает, и врачи следят за тем, чтобы не затронуть какие-то важнейшие нейроструктуры при удалении опухоли и в то же время удалить ее полностью, иначе будет рецидив.

Еще запомнилась работа, связанная с 3D-печатью по гнойным осложнениям при эндопротезировании, и работа по новым видам остеосинтеза, в частности новым видам остеосинтеза переломов ключицы.

Вообще, медицина, наверное, без науки не может существовать, потому что любой врач оценивает результаты своей работы, думает, как можно эти результаты улучшить. А это уже во многом научная деятельность.

— Город поддерживает изыскания московских ученых?

— Да, активно поддерживает. Медицина, особенно в последние годы, стала вполне доходной профессией.

— На премию молодым ученым планируете подавать заявку?

— Я в прошлом году подавал заявку. Мы работали над проблемой аутотрансплантации васкуляризированных комплексов тканей у пациентов с острой травматической патологией. Над технологией 3D-моделирования еще нужно детально поработать, это были предварительные результаты.

— Почему вы выбрали профессию врача?

— Когда я учился в девятом или десятом классе, летом работал в ветеринарной клинике. Мне понравилось лечить. У меня мама — врач, и мне посоветовали не идти в ветеринарию, а заняться лечением людей.

Читайте также:  От акне до рака: несколько жутких причин не пить витамины «на всякий случай»

— А почему именно травматология?

— В институте я очень увлекался экстремальными видами спорта, и травматология была для нас самым насущным вопросом. Правда, сам я в больницу с травмами не попадал, Бог миловал.

— Какая у вас профессиональная мечта?

— Когда я еще в школе учился, у меня была мечта работать травматологом в Склифе. Вот она и реализована.

— А что в планах на будущее?

— Ближайшая рабочая и научная цель уже сбывается. Это написание книги о лечении тяжелых открытых переломов. Сейчас мы с научным руководителем этим занимаемся: первую главу уже написали, к маю нужно написать вторую.

Со временем необходимым атрибутом в операционных будут очки виртуальной реальности

— Как, на ваш взгляд, изменилась травматологическая служба в Москве в последнее время?

— Одно из главных достижений, что пациентов все больше и больше стали оперировать «с колес», то есть пациент поступает экстренно и операция проводится практически в первые часы после травмы.

Это очень большое достижение, потому что многим это позволяет спасти жизнь, например пожилым.

А молодым пациентам то, что в первые сутки выполняется остеосинтез, позволяет во многих случаях уже на третьи-четвертые сутки встать на ноги, через две-три недели — вернуться к полноценной жизни.

Во-вторых, произошел прогресс в реконструктивных вмешательствах. Если раньше мы не могли помогать пациентам при тяжелом переломе голени или каких-то тяжелых гнойных осложнениях в области нижней конечности и единственным выходом была ампутация, то сейчас современные технологии позволяют помочь этим пациентам сохранить ногу и вернуться к полноценной жизни.

Технологии меняют наши методики лечения. Со временем, наверное, необходимым атрибутом при выполнении оперативных вмешательств будет интраоперационная компьютерная томография, когда исследование больного можно будет сделать во время операции, и очки дополненной реальности, чтобы результаты исследований и шаблоны операции можно было видеть на реальном теле пациента.

3D моделирование лица или «Новое лицо за час!»

Лицо из 3D-принтера: новые возможности реконструктивной хирургии

За последние несколько лет эстетическая косметология достигла невероятных высот. Сегодня существуют десятки способов борьбы с возрастными изменениями. Еще один новый, но уже полюбившийся пациентам, метод – 3D моделирование лица или «Новое лицо за час!». «Что такое и с чем это едят», нам рассказала опытный врач-дерматокосметолог клиники Мон Блан, к.м.н. — Путилова Наталья Юрьевна.

Наталья Юрьевна, расскажите о данной процедуре, как ее можно охарактеризовать?

Это, так называемое, моделирование лица, основанное на воссоздании необходимого или утраченного объема и перемещении тканей, с использованием филлеров. Известный факт, что при старении, под действием гравитации и ослабленных структур кожи, ткани опускаются вниз, в результате чего мы получаем носослёзные бороды, носогубные складки и брыли.

Так вот, наша цель – переместить опущенные ткани вверх. Вначале процедуры, мы вводим и распределяем препарат через атравматичную канюлю в верхние слои кожи — за счет этого достигается эффект подтяжки.

Далее, препарат распределяется и на надкосницу, где мы создаем дополнительный объем. Это важно, поскольку у многих его не хватает. Таким образом, вся эта процедура имеет название «3D моделирование лица».

Можно ли назвать это Софтлифтингом? Это одно и то же?

Нет, Софтлифтинг – это техника, которая подразумевает использование канюлей. Существует еще одна, применимая к 3D моделированию, техника – прокол с помощью простых игл.

Однако, этот способ наиболее травматичен для пациента, на лице появляются синяки и отечность. Поэтому, лучшим вариантом является канюля.

Процесс восстановления проходит в несколько раз быстрее, да и результат будет ярче выражен.

Чем процедура отличается от контурной пластики?

Контурная пластика – это коррекция контура лица, восстановление утраченного объема. Для заполнения подкожной полости используются препараты на основе гиалуроновой кислоты. Мы прибегаем к такому методу, когда, например, не хватает объема скулам или имеются глубокие носогубные складки. Таким образом, контурная пластика подразумевает лишь заполнение пустот, но не перемещение тканей.

Видео процедуры:

Какие препараты используются при проведении процедуры?

Чаще всего используются препараты на основе гиалуроновой кислоты, а так же филлеры на базе гидроксиапатита кальция (Радиесс, например).

В своей практике я предпочитаю работать с первыми, потому как он достаточно хорошо переносим, не имеет побочных эффектов и длительного реабилитационного периода.

Гиалуроновая кислота – естественный наполнитель для ткани, она не токсична и совершенно безопасна.

Какова длительность процедуры, и нужна ли при этом анестезия?

Все зависит от того, какое количество препарата мы вводим. Не меньшую значимость играет и степень птоза. В среднем, продолжительность 3D моделирования составляет от получаса до часа максимум. Что касается анестезии, то, как правило, достаточно апликационной, местной анестезии.

Лицо из 3D-принтера: новые возможности реконструктивной хирургии

Нужно ли повторять процедуру? Сколько «держится» эффекта?

Процедуру проводят раз в полгода или раз в год, по показаниям. У некоторых процесс старения происходит очень быстро. У женщин в возрасте, со сниженным гормональным статусом, конечно, препарат гиалуроновой кислоты расщепляется и выводится из организма быстрее. В этом случае, процедуры делаются чаще.

Помимо сказанного, многое зависит от того, как пациентка ухаживает за своим лицом. При правильном питании, отсутствии вредных привычек и регулярном уходе эффект сохранится на год. Но иногда нужна легкая коррекция. Ведь бывает так, что человек после процедуры поехал отдыхать, и ультрафиолет «съел» весь результат.

На самом деле, все индивидуально, и причин, которые влияют на скорость разрушения гиалуроновой кислоты, очень много.

Лицо из 3D-принтера: новые возможности реконструктивной хирургии

Какие ограничения, кроме ультрафиолета, в первые дни?

Обычно, после процедуры не рекомендуется загорать, посещать бани и сауны в течение нескольких дней. От массажа лица стоит воздержаться до второго месяца. В остальном, пациент ведет привычный образ жизни.

Какие области лица чаще всего подвергаются коррекции?

Пожалуй, наиболее востребованная область – скуловая, то есть верхняя часть. Самый первый признак старения – это эффект усталого лица, характеризующийся появлением носослезной бороды, опущением жировой ткани, пальпируемой орбитой глаза.

Но коррекцию мы начинаем не с носогубных складок, как того хотят пациенты, а с параорбитальной области. Потому как, если мы займемся на первом этапе проблемой носогубных складок, лицо все равно не станет моложе.

А во втором случае, кожа сразу натягивается и никаких дополнительных инъекций делать не нужно.

Лицо из 3D-принтера: новые возможности реконструктивной хирургии

Опишите «идеального» пациента 3D моделирования лица?

Как правило, это женщины от 40 лет, с ярко выраженными морщинами, когда мы видим четкое смещение треугольника. Если у молодого лица основание треугольника расположено наверху, то у пожилого, наоборот, внизу.

Типичное лицо не имеет избытка ткани, есть четкие показания для оперативного вмешательства и косметологической коррекции. Что касается пациентов моложе, то, разумеется, мы можем сместить ткани, но эффект не будет так ярко выражен, как в 45. Иногда обращаются и молодые, в 25, например.

Так бывает, что генетически лицо плоское и в полупрофиль не видно красивых очертаний, поэтому на первом плане здесь исключительно эстетическая цель.

Какова реабилитация?

Если мы работаем по технологии софтлифтинга, то реабилитация очень короткая. Пациент покидает клинику в этот же день, и может идти хоть на банкет с коллегами. Синяки и отечность – большая редкость. Тем не менее, на следующий день могут быть болевые ощущения, что нормально, так как лицо было подвержено воздействию. Окончательный результат наблюдается ко 2 недели.

С какими процедурами можно сочетать 3D моделирование?

В один день – ни с какими. Спустя какое-то время, естественно, разрешено совмещать с любыми процедурами. Таким образом, с помощью моделирования женщины могут стать моложе без хирургического вмешательства!

Когда мы сможем печатать новые органы на 3D-принтере :: РБК Тренды

Лицо из 3D-принтера: новые возможности реконструктивной хирургии

Александр Рюмин / ТАСС

Миллионы людей в мире ждут своей очереди на пересадку органов. В одном только Китае в листе ожидания 1,5 млн человек, в США — 113 тыс., из них, в среднем, 20 человек в день умирают, так и не дождавшись донора. Новую почку — самый востребованный орган — приходится ждать от трех до пяти лет. Эту проблему можно решить: напечатав нужные органы на специальных 3D-принтерах.

Правда, не раньше, чем в ближайшие десять лет.

Биопринтинг: как печатают живые органы на 3D-принтере

(Видео: РБК)

Как это устроено?

Принцип примерно тот же, что и в обычной 3D-печати: на специальном принтере мы получаем трехмерный объект.

Первый этап — предпринтинг: сначала создают цифровую модель будущего органа или ткани. Для этого используют снимки, полученные на МРТ или КТ.

Затем печатают, слой за слоем — эта технология называется аддитивной. Только вместо обычного 3D-принтера здесь специальный биопринтер, а вместо чернил — биоматериалы. Это могут быть стволовые клетки человека, которые в организме выполняют роль любых клеток; свиной коллагеновый белок или клеточный материал на основе морских водорослей.

Если клетки живые, их берут с помощью биопсии и подготавливают в биореакторе: пока они не размножатся делением до нужного количества. Во время печати биопринтер полимеризует клеточную структуру — то есть связывает ее с помощью ультрафиолетового света, нагревания или охлаждения. Клеточные слои связываются при помощи гидрогеля — органического или искусственного.

Затем полученную структуру помещают в биосреду, где она «дозревает» перед пересадкой. Это — самый долгий этап: он может длиться несколько недель. За это время структура стабилизируется, а клетки готовы выполнять свои функции.

Потом орган пересаживают и следят за тем, как он приживается.

Помимо обычных аддитивных есть и другие биопринтеры. Одни из них печатают коллагеном непосредственно на открытую рану: так можно быстро нарастить новую кожу даже в полевых условиях. В этом случае этап дозревания (постпринтинга) пропускают.

Есть также принтеры, которые печатают в открытом космосе, в условиях невесомости. В будущем их можно будет применять на МКС:

Читайте также:  Почему одну еду мы любим, а другую – нет?

История 3D-печати

Кто выпускает биопринтеры и сколько они стоят?

В мире более 100 компаний, которые выпускают биопринтеры для печати 3D. 39% из них — в США, 35% — в Европе (из них больше половины — во Франции и Германии), 17% — в Азии, 5% — в Латинской Америке.

  • В России биопринтеры выпускает 3D Bioprinting Solutions, она же занимается исследованиями в области биопринтинга.
  • Самый дешевый и компактный биопринтер — Tissue Scribe американской 3D Cultures, стоит от $1,5 тыс.
  • На втором месте — австралийский Rastrum от Inventia за $5 тыс.
  • Биопринтер Aether из США можно купить от $9 тыс.

Средний сегмент — от $10 тыс. и больше — представлен Bio X от CELLINK (Швеция), Regemat 3D испанской RX1 и канадским Aspect Biosystems.

От $100 тыс. стоят 3D Bioplotter немецкой EnvisionTEC, еще дороже — российский FABION (3D Bioprinting Solutions).

Наконец, самые дорогие биопринтеры — больше $200 тыс. — это NovoGen MMX от Organovo (США) и NGB-R от Poietis (Франция).

Помимо стоимости принтера, сам процесс печати — это еще плюс 15—20% от цены всего проекта. Еще дороже обойдется получение необходимого клеточного материала.

Почему напечатанные органы до сих пор не пересаживают?

Пока что самым успешным опытом оказалась пересадка хрящевых тканей — тех самых ушей китайским детям.

Небольшие кости из искусственных клеток печатают на принтере, а затем покрывают слоем. Их планируют пересаживать вместо сломанного или поврежденного участка, после чего они за три месяца полностью регенерируют. В будущем технологию хотят использовать для травм позвоночника.

Самое перспективное направление — 3D-печать кожи. Уже через пять лет обещают, что это можно будет сделать прямо на человеке, поверх или вместо поврежденного участка. Кожу и другие ткани печатают из клеток больных раком, чтобы протестировать различные варианты терапии.

Более сложные органы — такие как почки или сердце — пока что печатают только в виде прототипов или пересаживают мышам, но не людям.

Чтобы органы хорошо приживались и функционировали в организме человека, берут клетки пациента, а потом они делятся, пока их не будет достаточно для печати. Существуют целые институты, которые создают клеточные линии для биопринтинга.

Но проблема в том, что у клеток есть предел деления, после которого они уже не пригодны для использования.

Поэтому можно напечатать модель сердца, но не в натуральную величину — то есть оно не подходит для пересадки человеку.

Вторая проблема — в том, что напечатанный орган должен функционировать в связке с остальным организмом: переваривать пищу, выделять гормоны, доставлять кровь и кислород. За все это отвечает сложная система клеток, тканей, нервов и сосудов. Воспроизвести ее в точности пока что не получается.

Программное обеспечение для биопринтеров тоже на стадии разработки: чтобы довести его до совершенства, нужно обработать большой объем медицинских, клинических, статистических данных.

Наконец, технологии биопринтинга пока что никак не регулируются. Все исследования должны пройти все стадии тестов — в том числе на человеке, а потом — получения патентов.

Пока что эксперты прогнозируют внедрение технологий не раньше, чем через 10—15 лет. К тому времени биопринтеры и клеточные материалы станут широко доступными, и пользоваться биопечатью смогут даже в самых отдаленных регионах.

Подписывайтесь и читайте нас в Яндекс.Дзене — технологии, инновации, эко-номика, образование и шеринг в одном канале.

Пластический хирург использует Artec Eva, чтобы демонстрировать пациентам их будущее лицо

Кратко: Опытный пластический хирург своими руками изготавливал маски для того, чтобы иметь возможность показывать пациентам, как будет выглядеть лицо после операции.

Задача: С помощью портативного 3D-сканера оцифровывать лица пациентов и создавать их 3D-модели.

Затем редактировать модели и использовать для демонстрации пациентам ожидаемых результатов предстоящей операции.

Инструмент: Artec Eva

Пластический хирург изготавливает 3D-модели лиц своих пациентов при помощи сканера Artec Eva и 3D-принтера, чтобы впервые в мире продемонстрировать пациентам, как будет выглядеть их лицо после пластической операции.

Каждый пациент пластического хирурга старается взвесить все «за» и «против» и задается вопросом, на который практически невозможно ответить: «А как я буду выглядеть после операции?» Это могло показать только время. Но один пластический хирург в Турции, доктор Якуп Авзар (Yakup Avşar), нашел способ познакомить своих пациентов с их будущей внешностью до операции.

Основатель клиники эстетической хирургии AVSAR Aesthetic Surgery в Стамбуле доктор Авзар изготавливает маски, которые демонстрируют его пациентам, как они будут выглядеть после пластической операции.

Это сверхсовременный инструмент, обладающий огромным количеством преимуществ. Во-первых, такая маска способна в точности передать результат пластической операции.

Во-вторых, она способствует реалистичности ожиданий пациента и сообщает об ограничении возможностей операции. И наконец, служит трехмерным ориентиром для врача.

Пациент, получивший 3D-маску из клиники AVSAR Aesthetic Surgery. Фото предоставлено компанией Mcor Technologies.

Доктор Авзар в своей практике использует решения высокоточного 3D-сканирования Artec в сочетании с достижениями аддитивных технологий, посредством чего ему удается быстро создавать наглядный материал – доступный осязанию результат будущей пластической операции. Такое новшество, по словам доктора Авзара, было встречено с явным одобрением.

В недавнем интервью изданию Digital Engineering он поделался: “Это то, чего хотят пациенты. Раньше мы не имели возможности показать им, как именно будет выглядеть их лицо после операции.

Возможность увидеть и потрогать реалистичную трехмерную модель его будущего лица, позволяет пациенту определиться в своих ожиданиях от предстоящей операции.

Такие технологии – незаменимое подспорье для пациента”.

Пациент рассматривает две отпечатанные 3D-маски с целью выбрать один из вариантов своей будущей внешности. Фото предоставлено компанией Mcor Technologies.

Это также огромное преимущество и для врачей. Интересен факт, что 3D-сканирование усовершенствовало процесс изготовление масок для доктора Авзара. До того, как он стал использовать в своей работе портативный 3D-сканер Artec Eva, доктор Авзар изготавливал маски для своих пациентов… вручную! Такой процесс отнимал много времени и сил и нуждался в улучшениях.

Маски, сделанные вручную, не всегда передавали все ключевые детали будущего облика, такие, как цвет и текстура, которые очень важны, как для пациента, так и для врача. Ручная лепка масок само по себе искусство. И, несмотря на то, что доктор Авзар – талантливый скульптор, он, прежде всего, пластический хирург, запросы пациентов которого раньше зачастую опережали его возможности.

Ясно было одно – что-то необходимо менять.

Когда доктор Авзар увидел презентацию 3D-сканирования и печати, организованную партнером Artec в золотом статусе компанией Teknodizayn, он мгновенно понял, какое огромное преимущество может обеспечить его пациентам сочетание этих двух технологий.

Создаваемые прототипы будут превосходной реалистичной демонстрацией результата планируемой операции. Возможность увидеть и потрогать предполагаемый результат поможет пациенту принять более обдуманное решение.

А хирурги, в свою очередь, избавившись от муторного и трудоемкого изготовления слепков лица вручную, как правило, едва ли схожих с оригиналом, могут сосредоточиться непосредственно на планировании самой операции.

Доктор Якуп Авзар сканирует пациента с помощью Artec Eva. Фото предоставлено компанией Mcor Technologies.

Начав экспериментировать с 3D-сканированием и печатью, Доктор Авзар опробовал технологию порошковой 3D-печати, но впоследствии остановил выбор на 3D-принтере Mcor по причине лучшей цветопередачи.

Затраты также имели важное значение в его медицинской практике, как и безопасность для окружающей среды.

“Мы предпочитаем использовать экологичные, надежные и доступные 3D-принтеры”, – говорит доктор Авзар.

С помощью 3D-сканирования Artec и 3D-печати Mcor доктор Авзар в месяц «штампует» внушительное количество уникальных масок – 20 штук. Значительную часть нагрузки берет на себя 3D-сканер Eva, используя который доктор Авзар считывает большой объем 3D-данных всего за несколько секунд.

Доктор Якуп Авзар обсуждает предстоящую пластическую операцию с одним из своих пациентов. Фото предоставлено компанией Mcor Technologies.

Как и доктор Авзар, пользователи могут приобрести навыки работы с 3D-сканерами Artec  за считанные секунды.

Разработчики из Artec 3D всегда следовали принципу простоты и удобства применения технологий Artec, именно поэтому работать с ними легко и комфортно.

3D-сканирование головы требует минимум усилий, и, чтобы получить превосходные снимки, достаточно всего лишь следовать нескольким простым правилам – что с успехом демонстрирует доктор Авзар.

Начинать сканирование следует с лица. Сканируйте только один раз. Конечно, выражение лица может меняться, но дополнительные сканы будут конфликтовать с изначальными. Следите за тем, чтобы плечи и спина оставались в поле зрения сканера. Они будут служить «якорем» для каждого последующего снимка.

Вы сможете удалить их позже в режиме редактирования, используя 2D-ластик. И наконец, переходите к сканированию макушки. Если получаемое изображение выглядит «разваливающимся», переключите алгоритм последовательного детального совмещения (Fine Serial Registration) в режим «только геометрия».

Детальное и Полное совмещение достроит изображение головы, а затем алгоритм склейки сформирует окончательную модель. Если и такая схема вам покажется слишком сложной, просто включите режим «Отслеживание текстуры» (Texture Tracking). Это упростит и ускорит сканирование.

И уже скоро вы будете пересылать 3D-модели своему агентству 3D-печати.

При помощи 3D-сканирования то, что раньше занимало недели или даже месяцы, стало возможным в течение одного визита к врачу. Более того, пациенты, намеренные перенести пластическую операцию, теперь могут увидеть и почувствовать на ощупь результат процедуры, которая еще даже не начата.

Копия тела из принтера

Нижние челюсти, суставы, органы, даже все лицо: ученые выполняют на заказ запасные части и обновляют, таким образом, больные ткани.

Голова Драго Д. возвышаются на двух шейных позвонках из титана. Это уже само по себе является необычайным. Костный заменитель является революционным и по другой причине: позвонок получен из 3-D принтера и является копией собственного позвонка пациента.

Читайте также:  Лучшая диета для сердца и сосудов по версии ВОЗ

Человек страдает хордомой, редкой формы рака костей, который поражает позвоночник.

Во время 15-часовой операции, австралийский нейрохирург из Клиники заболеваний позвоночника при Университете Нового Южного Уэльса в городе Сиднее, удалил разъеденные раком позвонки и в освободившееся пространство имплантировал отпечатанные опорные структуры.

Без позвонков Драго едва ли прожил долго, объясняет хирург Ральф Мобс [Ralph Mobbs]. Пораженные раком позвонки, продолжали бы разрушаться дальше, что привело бы к параличу рук, ног и дыхания. «Протезы разработаны и выполнены таким образом, что они подходят идеально», говорит Моббс. Пациент теперь с радостью и нетерпением ждет свадьбу своей дочери.

Запасные части из 3D-принтера считаются очень обещающим направлением медицины

Принтер изготавливает по индивидуальному заказу запасные части всех типов: суставы, челюсти или части тела, такие как, например, уши, трахеи и руки.

Принцип является простым: сканирование на MRT (ЯМР)-томографе обеспечивает точную цифровую пространственную модель. Принтер преобразует ее в реальную структуру. Вместо чернил и бумаги, он использует различные материалы, такие как биологические субстанции, пластмассы, металл или керамику. В результате получается точный заменитель исконных тканей.

Успех этого метода является впечатляющим. «Когда дело касается изготовления внешней формы, например, лица или головы, 3-D -печатание достигло очень хороших результатов”, — объясняет Маттиас Шиекер — специалист по регенеративной медицине из Мюнхенского Университета им. Людвига-Максимилиана (LMU).

Одним из таких примеров является молодой британец Стефен П., который получил из принтера новое лицо. После аварии на мотоцикле, оно было настолько сильно изуродовано, что он осмеливался появляться на улице только со шляпой и солнцезащитными очками.

Во время аварии, несмотря на то, что он был в каске, Стефен имел переломы верхней челюсти, черепа, скуловых костей, глазничных костей и у него был сломан нос. Несколько операций не принесли удовлетворительного приближения к его первоначальному виду.

Хирурги из больницы Морристон в Суонси [Morriston-Krankenhaus in Swansea], в конце концов, реконструировали Пауэру лицу с использованием запасных частей, полученных посредством 3-D-печатания. Теперь он выглядит почти как раньше, Пауэр нашел себя.

“В тот день, когда я проснулся после операции, я мог сразу увидеть разницу», — говорит он.

Процесс едва ли остается ограниченным частными случаями. На сегодняшний день уже могут производиться коленные и тазобедренные суставы — что открывает огромный рынок. В Германии каждый год около 390000 человек нуждаются в такой замене суставов. В некоторых клиниках Германии, как например, в Клинике города Дортмунда, с помощью 3-D принтера изготавливают на заказ коленные суставы.

Врачи, в соответствии с их данными, на сегодняшний день имплантировали напечатанные на заказ коленные суставы, более чем 300-м пациентам, в том числе и электромонтёру Мартину Мелису [Martin Melis]. «Сначала я был удивлен, что такое вообще возможно», — говорит он.

Раньше, из-за артроза колена, он мог “пройти” всего 200 метров. Печатание заменителей суставов, пока еще является более дорогостоящей процедурой, чем эндопротезирование сустава с использованием стержня.

Вместе с тем, в будущем, искусственные суставы станут для всех пациентов одним из вариантов лечения, они будут дешевыми и доступными.

В настоящее время, в каждой клинике пока еще нет 3-D-принтера «, — говорит Маттиас Шиекер из Центра прикладной тканевой инженерии и регенеративной медицины (CANTER) в Мюнхене. «Но через пять-десять лет, по всей вероятности, каждая клиника будет иметь такое оборудование».

“Искусственные суставы, изготовленные с помощью принтера, вероятно, через 10 — 15 лет станут рутинной процедурой”

До сих пор существует два варианта печатных имплантатов: либо каркас, изготовленный с помощью 3-D-принтера растворяется в теле, в то время как в параллельном процессе образуется биологическая ткань. Или напечатанный каркас сохраняется, а клетки организма растут и укрепляют структуру.

Предпосылкой долговечности имплантата является то, что никакой реакции отторжения не происходит и тело принимает запасную часть.

Одной из проблем является давление органов и тканей. На данный момент этот метод не дает возможности воспроизводить клетки, в связи с чем, нельзя получить живой, стабильной костной ткани, но только реплицировать архитектуру кости.

Результатом этого является получение искусственной кости, которая хотя и не живая, однако является относительно сходной с нормальными костями.

“Кость является структурно сопоставимой с Эйфелевой башней — 3-D-принтер, однако, может произвести только стальную конструкцию”, — объясняет Флориан Гебхард [Florian Gebhard] — медицинский директор Центра хирургии Клиники травматологии, хирургии кисти, пластической и реконструктивной хирургии при Университете в городе Ульм. Затем, когда позже имплантат функционирует в человеческом организме, живые клетки должны колонизировать искусственную структуру.

Еще о методе…

Ткань поступает в тело извне. Она растет в специальном питательном растворе в лабораторных условиях. В результате этого процесса возникает пористая структура, напоминающая губку с интегрированными клетками и которую хирург использует на месте дефекта костной ткани.

Решающим для способности переносить давление, является прорастание кровеносных сосудов, вследствие чего, клетки в достаточной степени снабжаются кислородом и питательными веществами.

«Мы стараемся, чтобы клетки, которые обоснуются в искусственной кости, чувствовали себя комфортно «, — говорит Гебхард.

Также, непростым делом для исследователей является создание более крупных фрагментов тканей. До сих пор, лишь небольшие кусочки ткани могли быть произведены. «От размера примерно сахарного кубика, начинаются проблемы», — говорит Шиекер.

Для того, чтобы клетки могли выжить, они должны находиться от ближайшего кровеносного сосуда на расстоянии всего нескольких микрометров. Поэтому, до настоящего времени шла речь о трансплантации только очень тонкой искусственной ткани, например, для мочевого пузыря или клапанов сердца.

При культивировании костей или хряща, отсутствие системы сосудов представляет проблему.

Ученые Фрайбурга занимаются поисками возможных вариантов решения. Они разрабатывают биометод 3-D-печати, при котором с клетками костной ткани и кровеносных сосудов еще в лаборатории возникают живые, способные к функционированию структуры.

Уловка: в ткани, на участке, где должны образоваться кровеносные сосуды, исследователи размещают эндотелиальные клетки — которые выстилают кровеносные сосуды и формируют новые собственные клетки — а также, костные клетки, полученные посредством использования 3-D-принтера.

После операции, они должны расти вместе с клетками из здоровой ткани, и взять на себя обеспечение питания. Над созданием биопринтера работают, также, биоинженеры из Института регенеративной медицины Уэйк Форест [Wake Forest Institute für Regenerative Medizin] в США.

Они напечатали систему мелких каналов в ткани таким образом, чтобы питательные вещества даже при больших кусках ткани могли распространяться повсеместно. Клетки они упаковали в содержащий большое количество влаги гель, чтобы стабилизировать их во время процесса печатания и защитить.

Таким образом, они напечатали мышечные ткани, а также, ткани хрящей и костей. В исследованиях на животных, эта форма имплантации прошла успешно, — рассказывают исследователи. Мышцы были с ограниченной функциональностью две недели после установки, хрящ укоренился через два месяца, а через пять месяцев кости был прочно закреплены.

В дополнение к 3-D-печатанию, перспективным подходом для восстановления костных дефектов, являются, также, стволовые клетки. Они могут производить все виды тканей, в том числе, и костной ткани. Аутогенные стволовые клетки организма, врачи получают посредством пункции в области таза.

Также, могут быть использованы “чужие” (донорские) стволовые клетки, взятые, например, из банка тканей или из других источников. Использование “чужих” (донорских) стволовых клеток влечет за собой риск заражения вирусами и передачи различных заболеваний, а также они могут вызвать серьёзные реакции со стороны иммунной системы.

Порядок процедур при этом, всегда является одинаковым: в лабораторных условиях ученые выращивают стволовые клетки, затем смешивают их с материалом-носителем и вводят полученную смесь в поврежденные кости, где они образуют новую костную ткань и, тем самым, обеспечивается надёжное сращение трещин и переломов.

Гомологичная костная трансплантация кости дает возможность пациенту избежать риска отторжения.

В настоящее время исследователи проводят испытания терапии стволовыми клетками в различных исследованиях, таких как, например, медленное заживление костных травм. Такие проблемы при заживлении переломов, встречаются примерно в 5-10 процентах случаев.

Недавнее исследование эффективности терапии стволовыми клетками является возобновленным исследованием, которое проводилось в различных европейских странах и в котором приняло участие 30 пациентов с незаживающими переломами костей.

Результаты оказались на удивление хорошими, они превзошли наши ожидания», — говорит Гебхард. Результаты этого исследования в скором времени будут опубликованы.

«Лечение заболеваний возможно, но в условиях клинической практики, оно будет, вероятно, применяться не раньше чем через пять — десять лет», — отмечает Гебхард.

Также, с помощью стволовых клеток может быть воспроизведен хрящ и, с его помощью, поврежденный хрящ может быть восстановлен. Гебхард находит, что “это является интересным, потому что огромное количество людей страдает от различных дефектов хрящевой ткани, особенно это относится к спортсменам”.

В отличие от костей или кожи, хрящ не требует собственного кровоснабжения и, таким образом, при выращивании хряща это препятствие — устраняется. «Проблема при выращивании хряща заключается, скорее, в том, чтобы как можно более точно имитировать его механические свойства», — говорит Гебхард.

От использования передового «гипса», пациенты уже извлекают преимущества. Для иммобилизации конечностей врачи в последнее время применяют внешнее протезирование, используя для этой цели 3-D принтер: благодаря этому методу, пациентам предоставляются индивидуальные и оптимальные опоры. Предвестники будущего являются совершенно безвредными.

“Производство хряща является захватывающим, потому что до настоящего времени такие травмы являлись неизлечимыми”

По материлам журнала Focus, автор ИНГРИД МЮЛЛЕР, перевод собственный

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *