Aditivní výroba nejsou jen implantáty

Lékařské modely generované ze skenů pacientů a používané lékařskými profesionály přinášejí řadu výhod, k nimž patří lepší vhled do anatomie specifické pro konkrétní případ, lepší lékařská diagnostika i chirurgické plánování umožňující kratší doby operací. Další aplikační sférou je chirurgický výcvik a vzdělávání založené na simulaci, stejně jako vývoj chirurgických nástrojů, návodů a také implantátů specifických pro pacienta. V neposlední řadě je to i lepší poradenství a vzdělávání pacientů.
Extrémně přesné 3D tištěné lékařské modely zlepšují kvalitu i bezpečnost chirurgických zákroků tím, že umožňují lékařům plánovat a aplikovat různé přístupy, stejně jako lékařské vybavení. Úspora času na operačním sále snižuje pravděpodobnost dalších výkonů a studie z roku 2022 prokázala, že předprocedurální plánování a školení s podporou 3D tisku zlepšuje pooperační výsledky a zkracuje dobu hospitalizace pacientů i rekonvalescence.
Tištěné anatomické modely lékařům pomáhají diagnostikovat a plánovat léčbu a také predikci, s jakými problémy je možné se setkat. Dr. Vidal Barchilon, vedoucí oddělení ortopedie v izraelském Meir Medical Center, říká, že předoperační plánování s 3D tištěnými modely zkracuje dobu procedury, protože může potvrdit např. kompatibilitu dlahy a šroubu. Úspora času je dnes pro nemocnice zvláště důležitá, jak ukázala nedávná studie poukazující, že nemocnice musí v poslední době čelit obrovskému nahromadění operací odkládaných kvůli pandemii covid-19, zejména ortopedických případů.
Modely specifické pro pacienty umožňují větší personalizaci zdravotní pomoci a zlepšení péče o nemocné, jimž sdělují informace o jejich konkrétním stavu způsobem, který je jim srozumitelný. Například kardiologové Cath Lab v dětské nemocnici v Coloradu používají 3D zobrazovací technologii a 3D tisk modelů, které mohou přinést a říci: „Tohle je aorta vaší dcery, tady je problém a tady je to, co budeme dělat.“

3D tisk z lékařských dat
Anatomické modely či protetické implantáty vznikají na základě lékařských snímků (MRI, CT, ultrazvuk atd.) ve standardním formátu Digital Imaging and Communication in Medicine (DICOM). Následně jsou zpracovány pomocí kombinace softwaru a lidských znalostí, aby se dala definovat požadovaná anatomie a vytvořit 3D soubor. Po jeho verifikaci a schválení od certifikovaného profesionála je vygenerován 3D tisknutelný soubor (STL) a zpracován pro tisk, včetně vytvoření podpůrných struktur. Ten je pak vytištěn interně nebo odeslán do tiskové služby třetí strany. Hotový výsledek je pak poskytnut chirurgovi nebo ošetřujícímu lékaři.
Výchozím bodem je vždy konkrétní použití. Například cvičné modely a modely pro vzdělávání pacientů nemusí být tak přesné a mohou být z různých materiálů nebo barev. Modely pro diagnostické účely musí být vytvářeny s ohledem na regulační směrnice příslušných úřadů, jako je např. americká FDA.

Certifikované tiskárny a software
Například Mimics inPrint od výrobce softwaru a tiskáren Materialise se integruje do pracovního postupu nemocnice a převádí lékařská obrazová data (soubory DICOM) na 3D anatomické modely. Firma rovněž nabízí software, který umožňuje chirurgům, radiologům, laboratorním technikům a návrhářům zařízení vytvářet digitální 3D modely i fyzické 3D tisky v diagnostické kvalitě.
Tvůrce 3D tiskáren Software Solutions se zaměřuje na řešení virtuálního chirurgického plánování 3D Systems pro kraniomaxilofaciální ortopedii a tyto 3D vytištěné kosti se používají pro předoperační plánování a vytváření modelů, návodů i šablon specifických pro pacienta.
Mezi další softwarová řešení s povolením FDA patří Synopsys ScanIP Medical pro simulaci a vyhodnocování možností předoperační léčby a generování 3D tiskových souborů pro modely či modelovací software Coreline Soft 3D pro lékařský 3D tisk, který reprezentuje diagnostické řešení založené na umělé inteligenci, specializované na plíce a systémy koronárních tepen.
Na trhu je široká škála tiskáren používaných pro medicínský segment, řada z nich umožňuje pracovat i s biokompatibilními materiály. K nejpoužívanějším patří řešení firmy Stratasys – J850 Digital Anatomy. Nedávno představená aktualizace výkonné tiskárny J750 Digital Anatomy přichází s rozšířenými materiálovými možnostmi a dvojnásobnou rychlostí tisku. Dokáže tisknout z více materiálů současně a díky bioimitujícím patentovaným materiálům GelMatrix, TissueMatrix a BoneMatrix vytvářet výtisky napodobující kost i tkáň na pohled i na dotek a vytvořit produkt, který se maximáně blíží skutečnosti. V portfoliu firmy je i model J5 MediJet určený speciálně pro lékařské modely i nástroje. Nabízí souběžný multimateriálový tisk, který využívá software schválený regulátorem a biokompatibilní pryskyřice, které lze sterilizovat.
Tiskárna Formlabs se softwarem Advantage Workstation umožňuje např. radiologům připravit 3D CT nebo MRI data a poté je exportovat pomocí 3D Suite ve formě, která je připravena pro 3D tisk. K dalším zařízením, která se uplatňují ve službách medicíny, patří tiskárny 3D Systems. Jde např. o zařízení Mimaki (zejména model 3DUJ-553 schopný tisknout transparentně v 10 mil. barev), Ultimaker (model S5 je certifikován firmou Materialise jako 3D tiskové řešení pro vytváření ortopedických, maxilofaciálních a kardiovaskulárních modelů pro klinické použití) a další.

Laboratoře 3D tisku v nemocnici
Po celém světě roste počet nemocnic, které zřídily svá vlastní centralizovaná zařízení pro 3D tisk, např. proslulá Mayo Clinic v americkém Minneapolis vytvořila laboratoř pro anatomické modelování pomocí 3D tisku. Nyní vyrábí asi 3000 modelů ročně, které se kromě chirurgických návodů a vzdělávání pacientů používají k výrobě vlastních instrukčních pomůcek pro chirurgické operace a pomáhají ortopedům navrhovat implantáty.
Americká US Veteran’s Administration se může pochlubit sítí třiatřiceti 3D tiskových laboratoří ve svých nemocnicích po celých Spojených státech, přičemž se zaměřuje nejen na zakázkovou protetiku, ale i na výrobu modelů specifických pro pacienty.
Existují ale i služby 3D tisku na vyžádání, které se specializují na lékařské modely, a to i od samotných výrobců tiskáren, např. Stratasys a 3D Systems mají výrobní služby na vyžádání pro modely a 3D Systems nabízí i knihovnu předem navržených anatomických modelů se specializovaným software. Některé firmy z branže 3D tisku, jako je např. Craftcloud, mají samoobslužné portály, kam zákazník může nahrát své soubory a obdrží cenovou nabídku a parametry dodávky.
Několik společností zabývajících se 3D tiskem výhradně pro lékařské modely mají k dispozici portál, na nějž nemocnice nahraje své 2D snímky specifické pro pacienta a do tří dnů obdrží přesné 3D zakázky. Mezi tyto dodavatele speciálních 3D tiskových produktů patří např. belgická Materialise (její software využívá 92 % výrobců velkých tiskáren z kovových materiálů), britská 3D LifePrints, americké firmy Lazarus 3D, Onkos Surgical, britsko-americká Axial3D, nebo singapurská společnost Medarum a indická Osteo3d.

Petr Sedlický
Foto: Univerzita v Basileji/Christian Flierl, Tampa General Hospital, Stratasys

Publikováno: 3. 3. 2023 | Počet zobrazení: 154 41