Создание индивидуальных имплантатов с помощью 3D-сканеров Artec и программы Geomagic Freeform

Кратко: Традиционно изготовление имплантатов для пациентов с деформацией грудной клетки подразумевает применение гипсовых слепков и компьютерной томографии, но оба метода – трудоёмкие и неточные. С появлением 3D-сканирования всё изменилось.

Задача: С помощью портативных 3D-сканеров точно оцифровать строение тела пациента и использовать полученные данные для моделирования идеально подходящих силиконовых имплантатов, которые за короткое время и при наименьшем уровне дискомфорта в дальнейшем существенно улучшат качество жизни пациентов.

Инструменты: Artec Eva, Spider, Artec Studio, Geomagic Freeform

Сканеры Artec помогли в предоставлении персонализированных медицинских 3D-решений, идеально соответствующих анатомическому строению тела пациента и отвечающих критериям наименее инвазивных методов лечения патологий, например, врожденной деформации грудной клетки.

Технологический прогресс в области медицины даёт мощный толчок развитию в сфере индивидуальных медицинских решений. Что еще пару лет назад казалось невозможным, в сегодняшнем мире высоких технологий становится реальностью. И государственные, и частные медицинские учреждения всё чаще применяют инновационные технологии, таких, как 3D-сканирование, для диагностики и лечения пациентов, а также для создания индивидуальных приспособлений, чтобы существенно улучшить их качество жизни.

Компания Anatomik Modeling обладает опытом разработки и изготовления индивидуальных имплантатов с помощью 3D-технологий. Миссия организации – предоставление персонализированных медицинских 3D-решений, идеально соответствующих анатомическому строению тела пациента и отвечающих критериям наименее инвазивных методов лечения патологий, например, врожденной деформации грудной клетки. Разновидностью этой патологии является воронкообразная грудная клетка – следствие чрезмерного роста хрящей, соединяющих ребра с грудинной костью. В результате этого процесса образуется впадина в грудной клетке и развивается синдром Поланда – одностороннее недоразвитие грудных мышц.

Бенджамин Морено, технический директор и один из основателей компании Anatomik Modeling, полагает, что индивидуальный подход в медицине и персонализированные медицинские приспособления обеспечивают лечение пациентам, которым не подходят традиционные методы. Индивидуальные медицинские изделия могут помочь исправить ряд сложных анатомических нарушений, обеспечить лучший результат, существенно сократить продолжительность операции и реабилитационного периода.

Бенджамин и его команда специалистов используют решения для 3D-сканирования Artec наряду с программой Geomagic Freeform для моделирования идеально подходящих грудных имплантатов, а также для отслеживания изменений после операции. Данный процесс представляет собой следующее: для сбора необходимых данных о деформации перед операцией производится несколько сессий 3D-сканирования пациента. 3D-сканеры Artec применяются для считывания поверхности груди, а компьютерная томография – для получения изображения внутреннего строения грудной клетки пациента.

Конструирование 3D-модели индивидуального имплантата для лечения воронкообразной деформации грудной клетки

Данные компьютерной томографии загружаются в программу Geomagic Freeform в обычном формате – STL либо OBJ. Это продвинутая 3D-программа идеально подходит для моделирования и изготовления органических форм, поскольку может работать в сочетании с тактильным устройством – инструментом скульптурирования, который обеспечивает физическое ощущение лепки в виртуальной среде.

Freeform используется для моделирования медицинских изделий, которые идеально сочетаются с анатомией пациента. Это превосходное для таких задач ПО, поскольку все наши изделия представляют собой органические формы. И конечно, мы применяем тактильное устройство Phantom, которое дает полную свободу манипуляции и «лепки»! Эта программа экономит нам массу времени”, - рассказывает Бенджамин Морено.

3D-рендеринг тяжёлой формы врождённой воронкообразной деформации груди в программе Geomagic Freeform на основании данных компьютерной томографии

Создание индивидуальных имплантатов с помощью программы Geomagic Freeform и тактильного устройства Phantom

По завершении моделирования, на программируемом станке изготавливается прототип. Затем его помещают в гипс, чтобы получить форму для отливки. В готовую форму заливается медицинский силикон, который после застывания и будет являться имплантатом. Такой метод обусловлен отсутствием на сегодняшний день технологий 3D-печати, использующих силикон, качество которого соответствовало бы требованиям, предъявляемым к медицинским материалам.

Во время операции индивидуально изготовленный 3D-имплантат был помещён между ребрами грудной клетки и грудными мышцами. Результат – новые очертания грудной клетки – запечатлели с помощью 3D-сканера Artec Eva. Подробные 3D-снимки до и после операции затем совместили, и с помощью карт расстояний в программе для сканирования и постобработки Artec Studio зафиксировали разницу. Это позволило получить четкую картину того, каким образом проецируются ткани организма: 3D-модели дали возможность специалистам увидеть, как мягкие ткани, покрывающие имплантат, меняют своё положение относительно стандартного анатомического строения грудной клетки.

Сравнение карт расстояний в Artec Studio 12 3D-сканов, сделанных до и после операции, для оценки степени смещения мягких тканей груди пациента

3D-снимки груди пациента с воронкообразной деформацией. Слева: до операции. Справа: после операции с установкой индивидуального 3D-имплантата.

Новый метод оказался удобным, быстрым и безопасным. Однако, таким процесс был не всегда. До внедрения решений Artec для 3D-сканирования специалисты Anatomik Modeling использовали другие, более традиционные методы сбора необходимых для анализа данных, – это гипс и компьютерная томография. Изготовление гипсовых слепков требует много времени, а КТ можно сделать только, если пациент находится в горизонтальном положении. В результате мягкие ткани смещаются, что означает неточность получаемых таким образом данных.

Для быстрого и безопасного снятия точных 3D-измерений в компании вначале приобрели 3D-сканеры Artec MH 3D и Artec EVA. MH и Eva оказались идеальными портативными инструментами для получения и анализа измерений деформации грудной клетки. Позднее специалисты компании приняли решение приобрести также Artec Spider, чтобы сканировать лицо и голову пациентов в сверхвысоком разрешении. Теперь можно с легкостью сканировать пациента до и после операции в положении стоя, что обеспечивает точный результат. И при том, что снимки КТ все еще требуются для изготовления индивидуального имплантата, важно, что время воздействия вредного излучения на пациента существенно сократилось.

“Применение Artec EVA и Spider вместо классического метода изготовления гипсовых форм экономит много времени и является более надежным. И для пациента новый метод гораздо проще. Помимо этого, иметь в наличии 3D-модель тела пациента позволяет производить измерения, которые невозможно было бы сделать с помощью гипсовых слепков”, - объясняет Бенджамин Морено, технический директор и один из основателей Anatomik Modeling.

Результат операции воронкообразной деформации с использованием индивидуальных 3D-имплантатов Anatomik Modeling. Слева: до операции. Справа: после операции

Внедрение профессионального 3D-оборудования и ПО прошло невероятно успешно и продолжает улучшать качество жизни многих людей. С увеличением числа подобных проектов и постоянным развитием 3D-технологий передовые 3D-решения позволяют осуществлять более персонализированный подход к лечению пациентов, как специалистам компании Anatomik Modeling, так и медицинским специалистам всего мира.

Связаться с нами