Пользователь
0,0
рейтинг
16 апреля 2015 в 13:52

Краниопластика: применение 3D-печати для пластики черепа в России

В прошлом году мы рассказывали про применение промышленной 3D-печати в медицине для создания активного протеза пальцев. Да и в интернете все больше появляется историй о применении 3D-печати в сфере медицины: ведутся разработки над 3D-печатью биоматериалами, технология используется в стоматологии, печатаются реплики органов человеческого тела, которые помогают тщательно продумывать и правильно планировать успешные операции. Именно о последнем применении 3D-печати в медицине, к которому мы приложили свою руку, я расскажу сегодня. Под катом вы найдете описание истории пациента, процесса обработки DICOM файлов и фотографии самой операции на черепе.

Краниопластика: применение 3D-печати для пластики черепа

Предыстория травмы

Все началось в 2010 году. Двухлетний мальчик по имени Леша бегал дома, упал, ударившись затылком о плинтус, пробил голову. Бригада скорой медицинской помощи доставила Лешу сначала в районную больницу Московской области, откуда при содействии территориального центра медицины катастроф на реанимобиле он был перевезен в Научно-исследовательский институт неотложной детской хирургии и травматологии (НИИ НДХиТ).

Так как состояние было тяжелое, в экстренном порядке ребенка отправили на КТ головы, которое выявило спонтанное внутримозговое кровоизлияние в глубинных отделах левой височной доли, диффузный отек обоих полушарий, компрессию ликворных пространств и смещение срединных структур, нисходящее вклинение на уровне намета мозжечка и большого затылочного отверстия — травма была серьезная. В экстренном порядке была выполнена трепанация черепа с удалением внутримозговой гематомы, пластика твердой мозговой оболочки, при которой использовалась титановая пластина и собственная кость ребенка, чтобы «залатать» дыру. Также была выполнена установка датчика измерения внутричерепного давления. Потом следовал долгий период лечения, 6 января 2011 года Леша, наконец-то, был выписан в удовлетворительном состоянии и отправился домой. Ему предстояло регулярно наблюдаться в консультативно-диагностическом центре НИИ НДХиТ.

В ноябре 2014 года мама мальчика пожаловалась на то, что костный лоскут, которым был прикрыт мозг, стал подвижным. После обращения в консультативно-диагностическое отделение НИИ НДХиТ ребенку была рекомендована госпитализация для проведения повторной пластики дефекта черепа.

Реплика черепа и 3D-печать

Так как череп это анатомически замкнутая система, то для ее правильного функционирования подвижность костного лоскута, который частично рассосался со времнем, должна быть устранена. Обычно такая операция длится не один час, врачи вынуждены моделировать пластину по ходу, опираясь только на данные КТ, а это значит, что долгое время череп ребенка будет трепанирован, что влечет за собой определенные риски.

Для того, чтобы провести предоперационное моделирование пластины, потребовалась реплика черепа. Она позволит в объеме увидеть область, которая подвергнется повторному вмешательству. Благодаря 3D-печати стало возможным создать объемную модель черепа ребенка в короткие сроки.

Используем снимки KT для создания 3D-модели

3D-моделирование по данным компьютерной томографии (КТ) стало первым шагом для создания реплики черепа. Также для этой работы подошли бы снимки магнитно-резонансной томографии (МРТ).

У нас на руках был полный комплект снимков КТ в формате DICOM, из них предстояло сделать твердотельную 3D-модель.

Краниопластика: применение 3D-печати для пластики черепа

Сначала по КТ была сделана маска, на основании которой сгенерировалась 3D-модель.

Краниопластика: применение 3D-печати для пластики черепа

На этом скриншоте видно, что часть осколков черепа «подвешена» в воздухе. Если бы для врачей положение осколков имело значение, то на этапе 3D-печати мы бы применили технологию стереолитографии (DLP). Эта технология подразумевает использование материала поддержки, и, чтобы сохранить «подвешенность» кусочков кости, поддерживающие структуры бы просто не удалялись. Но так как этого врачам не требовалось, то все лишнее мы удалили и «подчистили» 3D-модель.

Так как печатать череп мы собирались из гипса (полноцветного песчаника или гипсополимера), то 3D-модель сперва адаптировали под особенности данного материала. В частности, нужно было соблюсти толщины стенок, чтобы при выемке из принтера он не развалился.

Предоперационное моделирование пластины

Как только 3D-модель была готова, проверена и перепроверена, начался этап печати. Мы постарались как можно быстрее напечатать череп, весь процесс моделирования и печати занял около суток. Как только технологи дали отмашку, череп был оперативно доставлен в клинику и передан врачам. Готовый череп выглядел так:

Краниопластика: применение 3D-печати для пластики черепа

Краниопластика: применение 3D-печати для пластики черепа

Титановая пластина была смоделирована до операции:

Краниопластика: применение 3D-печати для пластики черепа

Краниопластика: применение 3D-печати для пластики черепа

Краниопластика: применение 3D-печати для пластики черепа

Все готово, пришло время операции.
Фотографии самой операции (впечатлительным лучше не смотреть):
Краниопластика: применение 3D-печати для пластики черепа

Краниопластика: применение 3D-печати для пластики черепа

Операция увенчалась успехом, приложить к этому руку было волнительно, интересно и вдохновляюще.

Плюсы применения 3D-печати для краниопластики

  • Повышение точности постановки диагноза
  • точное планирование операции
  • сокращение времени хирургического вмешательства
  • удобство хранения данных в цифровом формате (при необходимости всегда можно обратиться к 3D-модели и снова ее напечатать)

Светлое 3D-будущее

Это далеко не последний вариант применения 3D-печати в этой сфере, и если вам будет интересно, я обязательно поделюсь с вами новыми историями и не только медицинскими.

Вообще, читая статьи на тему аддитивных технологий, особенно в Рунете, можно встретить разные взгляды на данные технологии. Как восхищенные, приписывающие 3D-печати невозможные плюсы, так и сугубо отрицательные вгляды «луддитов». Как человек, каждый день работающий с этой технологией, могу сказать, что она действительно открывает перед нами новые горизонты, надо только правильно ее применять.

p.s. Пока тут висел пост, уже написала пара человек, которым предстоят похожие операции на черепе, и они хотят, чтобы врачи подготовились подобным образом и к их операциям для сокращения времени самой операции и повышения шансов на успех. Интересно, почему врачи не предлагают такой вариант подготовки своим пациентам, или я ошибаюсь и это единичные случаи? Может быть просто не все врачи знают, что такое возможно и в России?
Василий @cantouchru
карма
20,0
рейтинг 0,0
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (31)

  • 0
    Скажите, сколько стоят подобные услуги? Мне тоже пластину ставить скоро :-) можно в лс
    • 0
      Ответил в личку.
  • 0
    Забавная пластинка. Мощение одним элементом, а какой сложный узор…
    • +1
      Почему одним? Двумя же.
      • 0
        плохо смотрите. Если брать колечко с двумя палочками, то вся плоскость мостится (с соотв. дырками) одним элементом:

        • 0
          Палочка на четыре часа от кольца не входит в ваш паттерн.
          Вот если взять кольцо с четырьмя прилегающими к нему половинками палочек, может и получится.
          И то, придётся зеркалить элемент в некоторых случаях.
          • 0
            Упс. Да. Это я протупил.

            Интересно, можно ли найти такой элемент, который бы образовывал мощение без трансформаций?
            • 0
              Конечно, но он будет сложным.
              Это два кольца с четырьмя полупалочками, расположенные друг над другом.
  • 0
    А какая технология используется для печати черепа?
  • 0
    А как ситуация с протезом пластины будет развиваться дальше, с ростом ребенка?
    Ее придется периодически заменять или рост черепа будет происходить нормально?

    • +1
      Обычно такую пластину больше не меняют и рост черепа происходит нормально. Повторная операция возможна при возникновении каких-то осложнений.
  • +1
    Скорейшего выздоровления Леше! Как он себя чувствует после проведенной операции?
    • +2
      Спасибо, передадим ему через врачей. Операция прошла успешно и при нашем последнем контакте с врачем он шел на поправку. Завтра уточню у врача как Леша сейчас поживает.
  • 0
    Отличная работа!!! Молодцы!
    А что за софт вы используете для работы с DICOM?
    Как раз недавно писал на geektimes про работу с помощью InVesalius и OFFIS DICOM toolkit command line utilities
    • +1
      Спасибо. Мы использовали Mimics. Весьма удобный инструмент от хороших разработчиков.
  • 0
    Интересно, почему врачи не предлагают такой вариант подготовки своим пациентам, или я ошибаюсь и это единичные случаи?

    Предлагают, уже лет 12.
    • 0
      Значит не везде, это радует. А сейчас это еще и гораздо доступнее стало.
      • 0
        Доступнее — возможно. Но не всё так просто.
        Ничего не могу сказать насчет гипса, а вот с пластиком точность никакая по сравнению со стереолитографией.
        Стереолитографические модели выдерживают автоклав, а вот что будет с гипсом? Про стерилизацию модели, которая используется в операционной вы ничего не написали.
        ABS автоклав выдержит, но не уверен, что модель не поведет дополнительно к тому, что поведет при печати. Ну а PLA в атоклаве просто растает.
  • 0
    Очень крутой пост!

    Титановые пластины это какие-то стандартные медицинские заготовки?

    Спрашиваю потому что в сети и на выставках очень много именно 3d-печатных титановых пластин для черепа

    image
    • 0
      Да, они просто вырезаются под нужный размер. Какой вариант использовать зависит от случая и финансовых возможностей. Таккие заготовки пока получаются дешевле. Насколько я понимаю, индивидуальные эндопротезы больше имеет смысл делать в других случаях, например при травмах суставов.
  • 0
    Интересно, возникли ли какие-либо несоотвествия между моделью и реальным черепом, выявленные при операции?
    • 0
      Такой информации от врачей не поступало, но я уточню. Вообще с костными ткнаями работат гораздо проще чем с мягкими и там соответствие получается достаточно точным.
      • +1
        Тут еще дело в погрешностях томографии и оцифровки, наверное. Уточните по возможности.
  • +1
    А я реально считал, что эти пластины прямо как у терминатора, а это сеточки =)
    • 0
      Ну, видимо это для облегчения конструкции — прочность не страдает, а вес гораздо меньше.
  • +1
    Мне в 1996 году пластину сделали из протакрила. В качестве эксперимента. Говорили что будет расти месте с черепом. Прошло 19 лет, пластина остаётся совмещённой со стенками черепа.
    Либо это был только эксперимент, либо использование титановых пластин — прошлый век.
  • 0
    Это при трипанации такая дырень в черепе получилась? Или так пробил сам?
  • 0
    Скажите, а насколько прочна эта сеточка по сравнению с оригинальным черепом? Ну вот например если футбольный мяч головой поймать… выдержит? или будут проблемы?
    • 0
      Ловить головой мяч и здоровому человеку не очень то рекомендуется. Череп — это сложная конструкция из 2-х десятков косточек. А уж если там какие-то повреждения — то вообще лучше беречь и лишний раз мяч не ловить. Вот когда медицина дойдет до полной замены костной ткани — тогда да.
      • 0
        сеточка-то выдержит, а вот крепление сеточки ко всему остальному…

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.