Собянин: около 177 млн человек посетили московские парки в этом годуЗа последние десятилетия 3D-технологии проникли во все сферы жизни общества, включая медицину. То, что еще совсем недавно казалось фантастикой, стало реальным. Сегодня технологии создания трехмерных изображений и печати трехмерных объектов помогают врачам самых разных специальностей. В чем преимущества и недостатки этих технологий и какой представляется медицина будущего – в материале m24.ru.
Фото: m24.ru/Игорь Иванко
Что нужно знать о 3D-технологиях
Впервые технология изготовления физических трехмерных объектов с использованием цифровых данных была разработана американцем Чарльзом Халлом в 1984 году. Спустя два года она была запатентована и получила название "стереолитография". После этого изобретатель основал компанию 3D Systems и разработал первый промышленный станок для 3D-печати. Суть технологии заключается в печати объекта на основе его цифровой модели: 3D-принтер формирует детали объекта слой за слоем из необходимого материала, будь то пластик или металл.
По факту технология 3D-печати в области медицины не сильно отличается от той же технологии, применяющейся в других сферах. Существенным отличием является лишь то, что при изготовке имплантата или протеза специалисты-медики учитывают индивидуальные особенности конкретного пациента. Таким образом, производство частей человеческого тела нельзя поставить на поток: каждый случай требует особого внимания врача и долгой предварительной подготовки. Это, безусловно, увеличивает себестоимость напечатанного на 3D-принтере протеза.
В современной медицине применение трехмерных технологий развивается в нескольких направлениях. Во-первых, это сканирование органов. Компьютерная томография (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ) являются современным стандартом диагностики. Преимущество трехмерных снимков перед плоскостными очевидно: во время 3D-сканирования специалист может выявить скрытые проблемы и впоследствии назначить пациенту более точное лечение, а также предупредить развитие серьезных заболеваний. Во-вторых, происходит выпуск 3D-моделей органов, которые позволяют наиболее точно изучить их патологию и попрактиковаться перед проведением операции. В-третьих, активно создаются имплантаты на основе трехмерных изображений с помощью 3D-принтеров. Также разрабатываются технологии создания искусственных костей, тканей, кровеносных сосудов и органов.
3D-печать как вид протезирования
Фото: m24.ru/Михаил Сипко
Протезирование – это одна из трех возможностей получить замену выбывшей из строя части организма. Две другие – взять готовую, то есть воспользоваться донорским органом, и вырастить новую (не слишком, наверное, далек тот день, когда с помощью стволовых клеток мы будем "по желанию" выращивать новые зубы). Строго говоря, протезирование – самый старый и опробованный метод. Джордж Вашингтон имел деревянные зубы, ну а канонический образ пирата Джона Сильвера на деревяшке вместо ноги знаком всем, кто в детстве читал "Остров Сокровищ" Стивенсона. Дерево как единственный доступный материал для протезирования годилось только для внешних целей: из него создавали что-то, что можно пристегнуть или вставить (и заменить при надобности).
Лишь ближе к концу прошлого века протезы стали имплантируемыми, появились титановые элементы замены скелетно-костной части, и даже шарнирные суставы. Сейчас электроника вкупе с нейрохирургией делают удивительные вещи: например, деревянная рука, ранее имевшая сугубо декоративную функцию, теперь состоит из металла, имеет микродвигатели, управляемые биотоками мозга, и способна захватывать и переносить предметы. Это еще не массовая медицина, но уже готовая реальность, и наверняка в ближайшем будущем подобные протезы будут создаваться все чаще и становиться все доступнее.
Сейчас трехмерная печать наиболее широко используется в стоматологии и хирургии. С ее помощью врач может изготовить цельный имплантат, идеально подходящий конкретному пациенту, а также произвести макет нужной части тела для подготовки к операции. 3D-принтер позволяет создавать недорогие модели, а также различные искусственные части тела, например, зубы или протезы конечностей. Развитие 3D-сканеров влечет за собой развитие 3D-принтеров. Активно разрабатываются технологии создания протезов не только из титана или пластика, но и из собственных стволовых клеток конкретного пациента.
Успешные случаи применения 3D-печати в медицине уже насчитываются десятками. Так, например, в 2013 году в США хирурги заменили пациенту кости черепа на имплантаты, распечатанные на заказ. В результате операции его череп теперь на 75 процентов состоит из искусственных деталей. По сути, эта операция открыла новые двери в области протезирования: в компании Oxford Performance Materials, которая создала имплантат и провела его успешное установление, отметили, что подобная технология сможет помочь тысячам людей, оказавшимся на грани жизни и смерти.
Специалисты называют несколько преимуществ 3D-печати в сравнении с другими способами создания протезов: скорость (гораздо быстрее напечатать нужный протез, нежели отлить его из титана), легкий вес подобного имплантата, пористость напечатанного протеза, которая в свою очередь позволяет ему обрасти живыми тканями за более короткий срок.
Мнение эксперта
"В настоящее время на базе крупных медицинских центров в нашей стране стало возможным проведение виртуального 3D-планирования и компьютерной симуляции предстоящих операций. Для хирургов данные технологии усложняют процесс планирования операций и требуют больших временных затрат. Однако это уменьшает вероятность ошибок в ходе операций, что очень важно в челюстно-лицевой хирургии, поскольку исправление функциональных проблем (жевания, дыхания, речи) часто не так важно для пациента по сравнению с эстетическими. Эстетика лица имеет огромное социальное значение для пациента".
Проблемы области
На сегодняшний день томографы и 3D-принтеры крайне дороги. Позволить себе приобрести необходимую аппаратуру может не каждая больница, поэтому 3D-сканирование и операции с предварительным 3D-моделированием проводятся только в крупных федеральных центрах.
Для хирургов основной проблемой, связанной с использованием 3D-технологий, является оплата времени, потраченного на сам процесс планирования. Поскольку врачи работают по медицинским квотам, этап подготовки к операции практически не учитывается и по факту происходит за счет энтузиазма самого специалиста. Трудности возникают и во время самих операций: готовые 3D-имплантаты крайне чувствительны и требуют особой квалификации врача.
По словам специалиста, российские врачи практически не привязаны к зарубежному оборудованию (комплектующие в основном производятся в сотрудничестве с Китаем), но программы, которыми пользуются наши хирурги – зарубежные, так как российского программного обеспечения в сфере 3D-моделирования не так много. В связи с этим врачи часто ездят за границу, где учатся работать с новыми медицинскими программами и современным ПО.
Перспективы 3D-технологий
Основываясь на очевидных достоинствах 3D-сканирования и 3D-печати, можно предположить, что в будущем эти технологии полностью завоют области диагностики и протезирования. Те возможности, которые эти инновационные технологии открыли для специалистов, безусловно, будут стимулировать развитие данной области. Так что, вполне возможно, уже через несколько лет напечатанное на 3D-принтере человеческое сердце или желудок никого не удивит и будет восприниматься людьми, как деревянная нога Джона Сильвера сто тридцать лет назад.
Дарья Щёкина
