Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Как 3D-печать помогла мужчине спасти взгляд своей жены

Памела Шаваун Скотт, с напечатанной в 3D копии ее собственного черепа. Ее правый указательный палец указывает на расположение менингиомы, которую она удалила.

Летом 2013 года Майкл Бальцер нашел себя в добром здравии. Несколькими годами ранее он боролся с длительной болезнью, которая стоила ему работы. Когда он выздоровел, он построил независимую карьеру, создав 3D-графику и помогая своей жене, психотерапевту по имени Памела Шаваун Скотт, разрабатывать методы лечения зависимости от видеоигр. Страсть Бальцера - это технология, а не медицина, но во время его цифровых поисков часто появлялись темы болезни и восстановления. Но Бальцер не чувствовал полного влияния этой связи до того лета, вскоре после того, как он начал свой собственный бизнес в области 3D-дизайна, сканирования и печати. В августе 2013 года, когда новое предприятие только начинало развиваться, у Скотта начались головные боли.

Это могло быть ничто, но Скотту удалили щитовидную железу несколькими месяцами ранее, поэтому пара особенно внимательно следила за всем, что могло указывать на осложнение. Бальцер приставил к жене, чтобы сделать МРТ, и когда она наконец согласилась, сканирование показало массу внутри ее черепа, трехсантиметровую опухоль, застрявшую позади ее левого глаза. Понятно, что они были в ужасе, но неврологи, которые читали отчет по радиологии, казались безразличными, объясняя, что такие массы были обычным явлением среди женщин, и предлагали Скотту снова проверить его через год.

Это не понравилось Бальцеру. Недавняя операция Скотта на щитовидной железе научила их тому, что для получения наилучшего ухода необходимо проявлять инициативу и быть чрезвычайно информированными. Типичное удаление щитовидной железы выполняется через большой разрез через горло, которое требует длительного, неудобного выздоровления и оставляет большой рубец, но когда он и Скотт начали искать альтернативы, они обнаружили, что она могла бы избежать всего этого, если бы они поехали из своего дома в Калифорнии в Центр роботизированной хирургии головы и шеи при Медицинском центре Университета Питтсбурга. Там хирурги выполняют деликатные процедуры с помощью роботизированной руки, которая уменьшает их движения, делая их меньше и точнее, чем человеческая рука способна в одиночку. Этот опыт познакомил Бальцера и Скотта как с самыми передовыми медицинскими технологиями, так и с важностью проведения собственных исследований. Поэтому, хотя первые врачи сказали им подождать, Бальцер и Скотт отправили результаты МРТ горстке неврологов по всей стране. Почти все они согласились, что Скотту нужна операция.

Прямо за левым глазом Скотта была трехсантиметровая опухоль

В этот момент Бальцер запросил у Скотта файлы DICOM (стандартный цифровой формат для данных медицинской визуализации), чтобы он мог работать с ними дома. Это был решающий шаг. Несколько месяцев спустя у Скотта была еще одна МРТ, и рентгенолог вернулся с ужасающим сообщением: опухоль существенно выросла, что указывало на гораздо более тяжелое состояние, чем было первоначально диагностировано. Но дома Бальцер использовал Photoshop, чтобы наложить новые файлы DICOM поверх старых изображений, и понял, что опухоль вообще не выросла - радиолог только что измерил из другой точки на изображении. Как только его облегчение спало, Бальцер был в ярости и полон решимости, как никогда ранее, контролировать процесс лечения Скотта. «Я подумал:« Почему бы нам не перейти на следующий уровень? », - говорит Бальцер. «Давайте посмотрим, какие инструменты доступны, чтобы я мог взять DICOM, которые являются 2D-срезами, и преобразовать их в 3D-модель». Это решение изменило все.

Бальцер, бывший технический инструктор ВВС и инженер по программному обеспечению, а также поклонник 3D-изображений, вероятно, лучше подготовлен, чем большинство, чтобы взять в свои руки медицинские диагностические технологии, но не обязательно иметь свой опыт для использования 3D-изображений для лучше понять диагноз и возможные методы лечения, и это только становится легче. Инновационные достижения в области медицинского обслуживания достигаются с использованием основных инструментов и программного обеспечения, что означает, что современное медицинское обслуживание становится дешевле, быстрее и более доступным, но также - и, возможно, что еще более важно - это означает, что мы может использовать эти же инструменты, чтобы убедиться, что наше собственное медицинское обслуживание находится на должном уровне.

Когда Бальцер скомпилировал изображения черепа Скотта в этот 3D-рендеринг, форма и форма опухоли стали видимыми.

3D-печать уже внесла некоторые удивительные изменения в медицинское обслуживание, отличное от DIY, и эта область все еще находится в зачаточном состоянии. В Китае и Австралии, где были одобрены 3D-печатные имплантаты, врачи заменили раковые и уродливые кости на заказ титановых тазовых костей, плеч и голеностопных суставов, которые производились со скоростью, точностью и прочностью, которые раньше были невообразимыми. Команда британских и малазийских исследователей использовала многокомпонентный 3D-принтер для создания моделей головок с реалистичной текстурой кожи, костей черепа, вещества головного мозга и опухолей, чтобы студенты могли безопасно практиковать операции высокого риска. В США пара докторов из Мичиганского университета напечатала индивидуальные трахейные шины для двух маленьких детей с болезнью, называемой трахеобронхомаляция, или размягчением трахеи и бронхов, что приводит к коллапсу дыхательных путей. Шины позволят развить мышцы трахеи, и, когда они это сделают, опоры будут безопасно впитываться в тела детей. Но одно из наиболее широко используемых приложений - одно из самых простых: использование компьютерной томографии пациентов для 3D-печати точных моделей органов, чтобы врачи могли планировать и готовиться к хирургическим процедурам. Необходимое программное обеспечение и оборудование легко доступны для всех - один хирург из Университета Айовы разыскал местного ювелирного производителя с помощью 3D-принтера и убедил его изготовить нестандартные модели сердца для университета в свободное время.

Бальцер хотел осязаемую модель черепа Скотта, чтобы он мог взглянуть на местоположение и размер опухоли и подумать о том, какое лечение проводить. Стандартным процессом удаления опухоли, подобной опухоли Скотта, известной как менингиома, является краниотомия, при которой череп распиливают открытым. Ее опухоль была расположена под ее мозгом, поэтому, чтобы удалить ее, врачам пришлось бы физически поднять ее мозг с дороги. Это так же рискованно, как кажется. Нервы могут быть смещены, и пациенты могут потерять свое обоняние, вкус или даже зрение. Размышляя о своей операции на щитовидной железе, она и Бальцер задались вопросом, возможна ли подобная неинвазивная процедура.

Передняя часть черепа с удаленной опухолью. Авторы slo 3D в Sketchfab

Balzer загрузил бесплатную программу InVesalius, разработанную исследовательским центром в Бразилии для преобразования данных МРТ и КТ в трехмерные изображения. Он использовал его для создания объемного 3D-рендеринга из изображений Скотта DICOM, который позволял ему смотреть на опухоль под любым углом. Затем он загрузил файлы в Sketchfab и поделился ими с нейрохирургами по всей стране в надежде найти того, кто готов попробовать новый тип процедуры. Возможно, неудивительно, что он нашел доктора, которого искал в UPMC, где Скотту удалили щитовидную железу. Там нейрохирург согласился рассмотреть минимально инвазивную операцию, при которой он получит доступ к опухоли через левое веко Скотта и удалит ее с помощью микро-дрели. Бальцер адаптировал объемную визуализацию для 3D-печати и создал несколько полноразмерных моделей передней части черепа Скотта на своем MakerBot. Чтобы помочь хирургу проверить его идею микро-бурения и спланировать процедуру, Бальцер собрал одну из моделей и отправил ее в Питсбург.

Эта 3D-печать помогла врачам спланировать новую малоинвазивную операцию по удалению менингиомы Скотта.

Бальцер, по незнанию, был первооткрывателем того, что, как предсказывают исследователи из новой медицинской инновационной лаборатории в Остине, штат Техас, скоро станет стандартом медицинской помощи. Использование 3D-печати для планирования процедур и объяснения диагнозов пациентам «станет новым нормой», - говорит д-р Майкл Паттон, генеральный директор лаборатории, которая была запущена в октябре 2014 года с целью донести новые идеи до медицинских приборов и технологии на рынок. Паттон говорит, что его двери открыты для творческих мыслителей, таких как Бальцер, и отмечает, что 3D-печать может ускорить процесс разработки продукта, инструмента и устройства в медицине. «То, что вы теперь можете делать с помощью 3D-печати, похоже на то, что вы можете делать в мире программного обеспечения: быстрая итерация, быстрый сбой, быстрый выход на рынок», - говорит Паттон. «Вы можете распечатать прототипы, а затем вы можете распечатать модели органов, на которых можно тестировать продукты. Вы можете устранить потребность в некоторых исследованиях на животных, и вы можете сделать это подтверждение концепции до проведения обширных испытаний на пациентах ».

Испытания, тесты и исследования являются ключевым моментом. Одна из важных ролей медицинских инновационных лабораторий - помогать руководству изобретениями в процессе регулирования. «Это обширно и обременительно», - говорит Паттон, и именно поэтому многие замечательные идеи никогда не выходят за рамки салфеток для коктейлей. Но Паттон не ожидает каких-либо проблем с использованием 3D-печатных моделей для хирургического планирования, и он прогнозирует, что другие достижения, связанные с простым сканированием и печатью, будут выведены на рынок с относительной легкостью. «Это является частью новой границы со сканированием и 3D-печатью, и мы не видим регуляторных барьеров, которые вы бы увидели с имплантатами», - говорит Паттон. Он с нетерпением ожидает возможности отсканировать сломанную кость дома и распечатать дышащий слепок.

Под рукой, но не менее фантастично, это портативное медицинское устройство визуализации, которое будет использовать ультразвуковые сканеры для создания трехмерных изображений - МРТ не нужно - и отправлять их в облачный сервис, где они могут быть доступны для врачей по всему миру. Стартап под названием Butterfly Network недавно получил 100 миллионов долларов в виде финансирования на создание устройства и облачного инструмента, который распознает и автоматически диагностирует определенные нарушения, такие как волчья пасть в нерожденном зародыше, и обучается с течением времени. По мере загрузки большего количества сканов, он сможет автоматизировать больше диагнозов.

Паттон говорит, что он еще больше рад работать с изобретателями и производителями, чем с экспертами в области медицины. «Так много людей обучены держать голову и сосредоточиться на занятиях медициной, - говорит он, - и иногда они не задумываются о том, почему они делают вещи определенным образом или как они могли бы сделать их по-другому». Яркий пример. 3D-сканирование и печать сделали доступным для него высокотехнологичное здравоохранение, но также позволило ему влиять на прогресс в медицинском учреждении. Это, как говорит Паттон, радикально новая модель для медицинских инноваций.

На самом деле Balzer разрабатывает продукт для медицинского применения, аналогичный устройству сети Butterfly, сочетающий портативное 3D-сканирование с платформой для врачей и пациентов для обмена изображениями через безопасный (совместимый с HIPAA) облачный сервер. Он также стал уделять больше внимания образованию и ведет подкаст под названием Все Вещи 3D, на котором он часто приглашает врачей говорить. Недавно он организовал бесплатный семинар по 3D в медицине. «Мое важное сообщение сейчас заключается в том, что этот материал существует, и многие из них бесплатны», - говорит он. «Первое, что нужно сказать: ваши руки не связаны. У твоего приятеля есть 3D-принтер? Используй это."

Скотт удалил опухоль в UPMC в мае 2014 года через небольшое отверстие над ее левым глазом. Нейрохирург обнаружил, что опухоль начинает опутывать ее зрительные нервы, и сказал ей, что если бы она ждала шесть месяцев, у нее было бы серьезное и, возможно, постоянное ухудшение зрения. Процедура заняла восемь часов, и 95% опухоли было удалено. Она вернулась на работу через три недели. Бальцер говорит, что ее шрамы видны только ей.


Распечатать свой собственный

Хочу распечатать ваш медицинский имидж? Спросите своего доктора о своих файлах DICOM и загрузите 3D Slicer. Затем используйте инструмент Region Growing, чтобы сегментировать изображение. Извлеките трехмерную сетку поверхности, сохраните ее как STL и используйте ParaView, чтобы упростить ее до управляемого числа треугольников. Чтобы увидеть больше деталей, проверьте Как 3D-печать вашего медицинского сканирования прямо здесьДелать:.


Поделиться

Оставить комментарий