Технологии 3D-сканирования и печати приходят на помощь детям с деформацией уха

Кратко: Специалист восстановительной хирургии искал лучший способ создания ушных протезов. Он обнаружил, что точное 3D-сканирование – это именно тот недостающий элемент в его практике, который поможет достичь лучших и наиболее эстетичных результатов.

Задача: Использовать портативный 3D-сканер, работающий с субмиллиметровой точностью, для оцифровки здорового уха пациента. На основе полученного изображения создать 3D-модель. Изготовить эту модель на 3D-принтере, после чего она будет служить эталоном во время хирургической операции.

Инструменты: Artec Spider, Artec Studio

Доктор Кен Стюарт из Королевского госпиталя для больных детей в Эдинбурге применяет 3D-сканер Artec Spider для точного захвата геометрии ушей и разработки имплантатов для пациентов с микротией, врожденным недоразвитием ушной раковины.

Ежегодно более ста тысяч детей проходят лечение в Королевском госпитале для больных детей в Эдинбурге. В этом учреждении занимаются такими детьми, как Элли, которая страдает от врожденного дефекта ушного эластичного хряща. Врачи называют это «микротия», что с латыни переводится как «аномально малый размер уха». У некоторых из детей ушные раковины (или наружное ухо) настолько маленькие, что их практически незаметно. И из-за недоразвития как среднего уха, так и наружного слухового прохода, микротия часто сопровождается некоторой степенью тугоухости. С этой аномалией рождается примерно один ребенок на шесть тысяч, и по меньшей мере у 10 маленьких пациентов в Шотландии есть такие же проблемы, как и у Элли. И это только Шотландии за один год.

Вход в Королевский госпиталь для больных детей.

Сотрудник госпиталя Керр Клаппертон использует Artec Spider для сканирования уха Элли в Artec Studio.

К счастью, в Эдинбурге живет Кен Стюарт, который, вдобавок к длинному списку других должностей, возглавляет местную Службу реконструкции уха Шотландии. В ней он занимается совершенствованием способов проведения восстановительных пластических операций, как у детей, так и у взрослых, страдающих пороками развития уха.

Ведущий клинический врач Государственной службы здравоохранения Великобритании и глава шотландской Службы реконструкции уха, Кен Стюарт. Кен Стюарт осматривает пациентку.

В течении многих лет Кен применял различные способы копирования сложной формы ушей своих пациентов. Чаще всего бралась хрящевая ткань с ребер пациентов и ей придавалась форма ушной раковины. Иногда Кен берет другие материалы (и обучает этой технике других врачей), такие как воск, силикон, и даже яблоки. «Я люблю делать уши», - сказал он в интервью газете «Скотсман» (The Scotsman). В 2014 году он начал исследовать решения по 3D-изображениям в попытке модернизировать дооперационные процедуры реконструкции уха. Кен признаёт: «Имея современную аппаратуру, нам нужно улучшить наш процесс работы. Наша команда специалистов из Королевского госпиталя для больных детей, занимающаяся реконструкцией уха, горела желанием найти новые технологии помощи пациентам». Хотя сотрудники Государственной службы здравоохранения области Лотиан (Шотландия), где работает Кен, уже применяли системы формирования трехмерных изображений для создания протезов конечностей и проведения медосмотров, они хотели улучшить детали реконструируемых ими ушных раковин.

Именно тогда Кен Стюарт решил обратиться в компанию Patrick Thorn & Co., золотому партнёру Artec. Имея обширный опыт создания и переделки ушных протезов и имплантатов, Кен сомневался, что передовые сканеры Artec могут точно передать геометрию человеческого уха. Чтобы доказать Кену обратное, Патрик Торн решил создать ряд образцов ушей, чтобы продемонстрировать способность сканеров Artec передавать изображения в высоком разрешении. Патрик договорился о том, чтобы отсканировали уши его соседей и внука. Немного отредактировав изображения с помощью программного обеспечения Leios Elaborations Scanning Software от компании EGS, он заказал печать образцов на 3D-принтере Roland ARM-10. Кен и его команда пришли в восторг от результатов и решили обязательно приобрести Artec Spider – 3D-сканер высокого разрешения, который хорошо подходит для захвата изображений глубоких внутренних поверхностей ушного канала, а также поверхности между ухом и головой.

Изменения, внесённые при помощи Leios.

Подготовка к печати в Roland.

С помощью средств, собранных Фондом друзей больных детей, Королевский госпиталь для больных детей купил сканер Artec Spider. Всего за полдня его установили, а на следующий день началось практическое обучение. Кен рассказывает: «Мы начали с внешнего 3D-сканирования, и это было для нас в новинку. Поскольку мы всегда очень заняты нашими ежедневными пациентами, то нам потребовалось некоторое время, чтобы всему хорошо научиться. Однако, благодаря обучению и дополнительным заметкам, предоставленным Патриком, мы теперь с лёгкость можем делать всё, от сканирования до 3D-печати. А модель мы стерилизуем и используем в операционной для повышения точности наших хирургических реконструкций».

Применение сканера Artec Spider при реконструкци, осуществляемом Кеном, упростило и систематизировало процесс создания уха. Как только заканчивается первоначальная консультация с пациентом, они возвращаются в госпиталь, чтобы им отсканировали здоровое ухо. В случае с Элли, поскольку у нее диагностировали двустороннюю микротию (что означает, что деформированы оба уха), было отсканировано ухо её сестры, не страдающей таким заболеванием. Иногда образ деформированного уха тоже берут для сравнения. Во время сканирования, Artec Spider начинает захватывать мельчайшие детали сложной формы наружной части уха, затем производит глубокую съёмку слухового прохода, собирая дальнейшие, бесценные визуальные данные. После этого изображения загружаются в Artec Studio, где они быстро совмещаются и соединяются для построения впечатляющей трехмерной цифровой модели уха.

На этапе ретуширования используется ПО Leios для проверки поверхности уха, удаления ненужных элементов, а также для учёта толщины кожного покрова, что делается с помощью внутреннего смещения. Как только были завершены все структурные и косметические корректировки, полученное изображение отзеркаливают. После этого электронный файл с изображениями через сетевой диск передают в лабораторию и загружают в ПО Roland MonoFab, в котором производят совмещение. Остаётся только нажать кнопку «Go» и начать 3D-печать.

Джефф Миллар, консультант по челюстно-лицевому протезированию, готовится к изготовлению ушей в Roland MonoFab.

Напечатанный результат.

Примерно через три часа отпечатанные на 3D-принтере уши обрабатываются путем промывки в изопропиловом спирте. На несколько минут их оставляют под ультрафиолетовой лампой для затвердевания, а затем стерилизуют, упаковывают и отправляют в операционную, где они послужат шаблонами для будущих операций по пластике уха.

Можно сказать, что ушная пластическая хирургия развивалась достаточно медленно (но верно), благодаря попыткам пластических хирургов улучшить результаты на протяжении последних сорока лет. Все началось в семидесятых годах двадцатого века, когда хирурги брали хрящ ребра как основной материал для воссоздания уха. В то время образцом для формирования хряща в некое подобие будущего уха пациента служил бумажный шаблон нормального уха, который, конечно, не мог быть точной моделью. А ведь сложная форма уха требует особой точности. С помощью высокотехнологичного решения от Artec3D, такие хирурги, как Кен, могут быть уверены в том, что им никогда не придется подгонять модели для протезирования и имплантации «на глаз», особенно, когда их пациентами оказываются такие дети, как Элли.

Еще одним шагом в развитии стало сотрудничество с Центром восстановительной медицины при Эдинбургском университете, где профессор Бруно По и доктор Крис Уэст произвели успешное отделение стволовых клеток человека от жира. Эти очищенные стволовые клетки были опробованы на взаимодействие с десятью тысячами полимеров, одобренных Управлением по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами, с несколькими из которых клетки могут срастаться. В последствии, путем наращивания стволовых клеток на полимерной поверхности можно будет формировать хрящ. Комбинирование технологии сканирования Artec 3D с технологией воссоздания живой ткани, при частичной помощи липосакции, может привести к возможности создания абсолютно идентичной копии здорового уха, которая может быть имплантирована человеку без использования реберного хряща.

Подготовленное с помощью сканера Artec Spider и 3D-принтера ухо Элли.

Ухо крупным планом.

Постоянное накопление профессионального опыта и улучшение технологической базы в Государственной службе здравоохранения Лотиан дало возможность построить для Королевского детского госпиталя новое здание в Маленькой Франции, Эдинбург, куда персонал и пациенты переедут уже осенью 2017 года.

Связаться с нами