Хочу поделиться своим опытом использования 3D моделирования и печати в медицине, а точнее в краниопластике – пластике дефектов черепа. У нейрохируров из областной больницы возникла задача изготовления черепного имплантата для пациента с обширным посттравматическим дефектом костей черепа.
Обычно в таких случаях ставится имплантат из титана (что в нашем случае было дорого), либо пластина из титановой сетки, либо создается имплантат из биосовместимого материала. В данном случае поверхность дефекта была достаточно большой, что ограничивало применение титановой сетки (в распоряжении врачей имелись только сетки стандартного размера и кривизны, а трепанационный дефект значительно превосходил размеры стандартной сетки и имел сложную кривизну с переходом на основание черепа, поэтому его было не закрыть даже двумя сетками).
Штатного скульптора в штате больницы тоже не нашлось, поэтому вылепить анатомически точную модель недостающей кости черепа в ходе операции (как это обычно делается) не представлялось возможным. Поэтому было принято решение изготовить изготовить имплантат из протакрила с использованием пресс-формы. Задача свелась к изготовлению этой самой формы.
Общий порядок работы выглядит следующим образом:
- Получение данных компьютерной томографии (КТ)
- Преобразование данных КТ в 3d- модель
- Доработка и оптимизация модели
- Построение модели имплантата
- Проектирование пресс-формы
- Изготовление пресс-формы
- Изготовление имплантата из биосовместимого материала
- Стерилизация имплантата
- Проведение операции
Пациенту была сделана компьютерная томография головы, в результате которой получен набор изображений (срезов) головы через определенное расстояние (в нашем случае 1,25 мм).
На основе этой информации была создана трехмерная модель костей черепа. Для этого необходимо указать программе участки, какой плотности на изображении будут использованы для построения модели. Выбирая разные по яркости участи можно создавать изображения разных видов тканей ( кости, мягкие ткани, сосуды и пр.) Программно преобразование набора изображений в 3d- модель реализуется обычно применением алгоритма марширующих кубов.
Исходная модель была достаточной тяжелой и содержала ряд дефектов, поэтому потребовалась ее доработка и оптимизация. В результате были удалены не существенные детали, а модель стала значительно легче.
Основная работа состояла в создании модели недостающей кости черепа. Тут на помощь пришли CAD системы. При ее построении использовалось свойство симметрии человеческого черепа, а так же указание границы дефекта по линии минимальной кривизны поверхности с целью плавного сопряжения проектируемой части с остальным черепом.
После того как деталь была смоделирована изготовление пресс-форма для имплантата не представляло особой трудности.
Половины пресс-формы и сама модель кости (на всякий случай) были распечатаны на 3d – принтере.
Опытные руки нейрохирурга изготавливают имплантат с использованием пресс-формы.
Напоследок кадр с операции. Все прошло успешно.
Основные выводы:
- Спроектированная форма имплантата учитывает анатомические особенности черепа пациента, что в данном случае имеет определяющее значение для восстановления пациента после тяжёлой травмы головного , и определяет дальнейшее качество его жизни.
- Значительно сократились время нахождения пациента под наркозом, время подготовки и проведения операции (до 1 часа вместо 2-3 часов), что имеет существенный экономический эффект.
Автор: vizart3d
