Предоперационное моделирование костей с переломом на стереолитографическом 3D-принтере iSLA-450 Pro Shining 3D

С помощью промышленного 3D-принтера iSLA-450 Pro компании Shining 3D Technology в больнице города Ухань (КНР) с целью оказания помощи в составлении плана хирургического вмешательства была успешно смоделирована трехмерная модель сложного перелома голени, включающего в себя деформацию большеберцовой и малоберцовой костей.

Рассмотрим более подробно пример, в котором используется промышленный 3D-принтер в медицине для значительного упрощения проведения хирургической операции, грамотного предоперационного планирования и отработке действий хирурга на трехмерных моделях. Такой подход позволяет сократить время операционного вмешательства более чем на три часа, при этом значительно уменьшая болевые ощущения пациента.

История болезни (анамнез)

Тринадцатилетний ребенок в Ухане получил травму при игре в баскетбол. В местной больнице травма была диагностирована как перелом ноги с разной степенью тяжести переломов в основании голени (вблизи суставной поверхности лодыжки) и в средней части малоберцовой кости.

Ранее в таких сложных случаях врачи обычно делали прогноз на основе данных, полученных методом компьютерной томографии, их собственного опыта. Затем уже непосредственно во время операции врачи выбрали наиболее подходящую стальную пластину для скрепления костей, путем сравнения пластин со сломанной костью уже, непосредственно, в операционном поле. Поскольку изображение со снимков от томографа требовало изрядной доли интуиции, то их эффективность для выработки предоперационного плана была крайне ограниченна, что значительно увеличивало время проведения операции и повышало риски, в том числе и развития послеоперационных осложнений.

Печать модели поврежденных костей

Ранее персоналу данной больницы города Ухане была продемонстрирована возможность применения трехмерных цифровых моделей в медицинских целях. Поэтому для планирования будущей хирургической операции врачи решили использовать прогрессивную технологию 3D-печати у пациентов со сложными травмами. Для описываемого случая врач для печати и последующего моделирования операции по восстановлению сложного перелома большеберцовой и малоберцовой костей голени, использовал промышленный 3D-принтер iSLA-450 Pro компании Shining 3D Technology, работающий по классической технологии SLA - стереолитографическая трехмерная печать. В ее основе лежит метод послойного отверждения жидких фотополимерных смол после прохода по ним ультрафиолетового лазера. На этом стереолитографическом 3D-принтере светочувствительным материалом Somos 8000 была напечатана модель поврежденных костей голени с масштабом 1:1.

Изготовленная 3D-модель кости полностью имитировала все особенности сложного перелома, что позволило хирургам оценить степень тяжести травмы, осмотреть и точно измерить все имеющиеся повреждения обоих костей голени. Подготовительный этап перед выработкой плана проведения операции включает в себя:

• Контроль врачом процесса печати модели на 3D-принтере iSLA-450 Pro.


• Осмотр врачом и проведение начальных измерений распечатанной модели костей голени с переломами.


• Результат - 3D модель кости с переломами на лотке для печати после завершения процесса ее изготовления.

Разработка плана проведения хирургической операции

Но основании оценки состояния, степени тяжести повреждения костей и сдвига их фрагментов, хирург смог подобрать подходящие с его точки зрения стальные пластины для фиксации перелома и выбрать наиболее подходящую. Эта пластина была использована в ходе экспериментов на этапе планирования непосредственно самой хирургической операции. Планирование включало в себя несколько шагов:

• Шаг 1: Отрезка и разделение модели поврежденной части кости с помощью инструмента.


• Шаг 2: Использование зажима для фиксации сломанных частей кости и подбор фиксирующей пластины, наиболее подходящей для поверхности большеберцовой кости пациента и предоперационное сравнение результатов операции по ее фиксации.


• Шаг 3: Использование штифтов (шурупов) с целью подбора их наилучшей позиции для установки фиксирующей пластины на большеберцовой кости по отношению к отверстиям в пластине.


• Шаг 4: Установка фиксирующей пластины на модели в соответствии с ее физической поверхностью и особенностям перелома большеберцовой кости. После чего пластина была доставлена на завод-изготовитель для ее точной подгонки и после подгонки на проведения дезинфекции перед проведением операции уже непосредственно на поврежденной нижней конечности пациента.

Заключение

В результате грамотно проведенному предоперационному планированию с применением технологии 3D-печати, данная операция была быстро и успешно завершена, а причиняемая пациенту боль снижена до минимального уровня.

По сравнению с традиционным способом, планирование и проработка сложных операций с использованием напечатанных 3D-моделей может, в среднем, сделать каждую операцию короче на 3 часа. Кроме того, такой подход повышает доверие к хирургу, а также уменьшает риск неудачи из-за отсутствия в рассмотренном случае оптимально подходящей фиксирующей пластины и последующего возможного развития послеоперационных осложнений.