Диссертация (1139547), страница 43
Текст из файла (страница 43)
В дальнейшем в клинике при помощи стереолитографии былиизготовлены прозрачные 3D печатные модели почек с опухолью, которыеиспользовались для планирования операций пациентов с ПКР и для обучающихпрограмм.Эти 3D модели были выполнены из прозрачного материала, при этом всеэлементы внутренней нормальной и патологической анатомии почки былиокрашены в различные цвета. Это позволяло хирургу на этапе планирования иосуществления операции оценить глубину расположения опухоли в паренхимепочки и соотношение опухоли с анатомическими структурами почки. Тем самымимелась возможность прогнозирования вероятности повреждения ЧЛС почки,возможности планирования вариантов осуществления временного гемостаза привыполнении резекции.
Кроме того, были напечатаны 3D модели с вариантамивыполнения резекции почки, это позволяло оценить раневую поверхностьпаренхимы почки после резекции. Одним из недостатков этих 3D печатныхмоделей почки является невозможность их использования для проведенияпредоперационного тренинга за счет плотности материала, применяемого для 3Dпечати методом стереолитографии. По нашему мнению, 3D печатная модель,используемая для тренинга, должна обладать некоторыми свойствами:1. Материал, используемый для 3D печати по своим характеристикам плотностидолжен быть приближен к плотности паренхимы почки живого человека - темсамым иметь возможность выполнения резекции и ушивания раны стандартнымиинструментами, используемыми при реальных операциях.3182.
Материал должен быть прозрачным - тем самым иметь возможность визуальнойоценки 3D печатной модели.3. Материал по своим акустическим свойствам должен быть доступен дляультразвуковой визуализации - тем самым иметь возможность проведения УЗИ 3Dпечатной модели.4. Материал должен быть термопластичным - тем самым иметь возможностьмногократного использования и применения.5. 3D печатная модель должна иметь все элементы нормальной и патологическойанатомии почки (артерии, вены, ЧЛС, опухоль), при этом данные элементыдолжны иметь различную окраску.Для решения этой задачи с поставленными условиями для 3D печати былпроведён научный поиск с изучением и анализом мирового опыта по этомувопросу. В исследовании Bruyere с соавт. (2008) при подборе материала для 3Dпечати почки человека был использован тест по методике «Shore® Test», данныйтест применяется для определения плотности материалов, при этом в экспериментебыло выполнено тестирование почки живой свиньи, величина плотности которойбыла равна 30 шор.
Из этого авторы сделали вывод, что плотность материала для3D печати должна соответствовать этим характеристикам по плотности [101]. Извсех материалов, используемых для 3 D печати, более близким к таким показателямплотности является силикон, кроме того, данный материал при оценке егоакустических свойств имеет хорошие характеристики для ультразвуковойвизуализации [428]. По другим своим свойствам силикон также пригоден для 3Dпечати, он прозрачен и термопластичен. Для 3D печати должен быть использован3D принтер с несколькими соплами, что могло бы обеспечить разноцветностьпечати и выполнение печати различными материалами с разными физическимисвойствами.
Всем этим требованиям соответствуют современные 3D принтеры, ностоимость самих принтеров и расходных материалов для печати очень высока,поэтому для изготовления 3D объёмных моделей почки нами был использовансобственный процесс производства.319Процесс разработки и изготовления 3 D модели почки с полой ЧЛС состоялиз восьми основных этапов:1.
Выполнение МСКТ или МРТ пациентам с хирургическими заболеваниямипочек, 3D моделирования патологического процесса.2. Подготовка модели и вспомогательных изделий для 3D печати.3. Нарезка и 3D печать модели.4. Изготовление оболочки лоханки ЧЛС.5. Изготовление и сборка силиконовой формы для отливания 3 D модели.6.
Заливка формы.7. Вымывание ЧЛС.8. Постобработка.1. Выполнение МСКТ или МРТ пациентам с хирургическими заболеваниямипочек, 3D моделирования патологического процесса.После проведения МСКТ и/или МРТ пациентам на основании полученных данныхисследования в формате «DICOM» при помощи программы Amira 5.4[(разработчик: 1995–2013 гг., Konrad-Zuse-Zentrum Berlin (ZIB); 1999–2013 гг.,VSG)] для ПК (лицензионное соглашение № 257813956) было выполненопостроение 3D моделей интересуемой анатомической области.
Из программы вформате STL в отдельные файлы экспортируются: модель внешней оболочкипочки, модель ЧЛС и модель кровеносных сосудов.2. Подготовка модели и вспомогательных изделий для 3D печати.На данном этапе из полученных первичных моделей удаляются артефакты,сглаживается сетка полигонов, в требуемых местах добавляется толщина к стенкам3D модели, что обуславливается необходимостью для методики 3D печати - FDM(Fused Deposition Modeling), исправляются места перекрытия стенок сосудов другдругом.
Для фиксации моделей сосудистой и чашечно-лоханочной систем внутризаливаемой формы моделируется основание для их крепления. В модель ЧЛС взоне мочеточника интегрируется модель кольца штуцера для вымывания. Послевсех операций моделируется общая объединённая форма всех полученных моделейдля изготовления силиконовой формы. Обработка 3D моделей производится в320бесплатных программах: Meshmixer (Autodesk, Inc., San Rafael, CA, США) иBlender (Blender Foundation, Нидерланды, Нидерланды, программное обеспечениес открытым исходным кодом) (Рисунок 4.3.1).3.
Нарезка и 3D печать модели.Готовые модели подготавливаются для 3D печати по технологии FDM спомощью бесплатного программного обеспечения «Cura» с открытымисходным кодом. Печать осуществляется из PLA пластика на 3D принтере с 4мя соплами (2 сопла принтера использовались для цветных пластиков, односопло - для пластика поддержки, одно сопло - для печати ЧЛСводорастворимым пластиком PVA). Выбор такой сложной схемы печатиобуславливался сложностью самой модели, в которой сосудистая (красная исиняя) и чашечно-лоханочная модели (водорастворимый пластик PVA)взаимно пересекались друг с другом, и разделить их для раздельной печатибыло невозможно.
В случае простых моделей сосудистая система и ЧЛС, их3D печать осуществляется раздельно, и полученные изделия собираютсявместе.Общее время первичной печати всех элементов 3D модели почки взависимости от сложности модели может составлять от 10 до 20 часов(Рисунок 4.3.2).3214. Изготовление оболочки лоханки ЧЛС.Внешняя часть лоханки напечатанной модели ЧЛС покрываетсяармированной тканью, на мочеточник устанавливается усиливающее кольцоштуцера. Полученная внешняя часть лоханки ЧЛС обрабатывается смесьюсиликона с термопластичным гелем.5.
Изготовление силиконовой формы для отливания 3D модели.Силиконовая форма для финальной модели изготавливается в два этапа.На первом этапе напечатанная форма для литья помещается в контейнер изаливаетсянаполовинусиликоном.Послеотвердениясиликонаобрабатывается разделительной смазкой и заливается силиконом втораяполовина.Сверху 3D модели закладывается литник для заливки.
Послеполимеризации силикона, форма разбирается, внутрь помещается изакрепляется собранная напечатанная модель кровеносных сосудов и ЧЛС сустановленным штуцером, элемент ее удержания внутри формы. В качествесиликонаиспользуетсядвухкомпонентныйсиликонToolDecor15,термостойкий, безусадочный литьевой силикон для форм на платине,твердость по Шору А: 15 (мягкий).6. Заливка формы.322В собранную форму с установленными моделями сосудистой системы иЧЛС, заливается прозрачный состав, формирующий тело почки.В зависимости от поставленной задачи тело почки может бытьсформированоизпрозрачногодвухкомпонентногосоставалибоизтермопластичного геля.Прозрачные двухкомпонентные составы (восновном, силикон)обладают более высокой прочностью к механическим, термическим ихимическим воздействиям и наиболее удобны для изготовления макетов почеккак для учебных целей, так и для предоперационной подготовки иинформационного обеспечения в процессе хирургической операции.Термопластичные прозрачные составы заливаются в форму в разогретомсостоянии в жидкой фазе и затвердевают после остывания (Рисунок 4.3.3).7.
Вымывание ЧЛС.Полученный макет почки помещается в теплую воду (30-50 градусов), кштуцеру подключается шланг от циркуляционного насоса, и в течениинесколькихчасовосуществляетсярастворениеивымываниеводорастворимого пластика, которым была напечатана модель ЧЛС. Время323вымывания водорастворимого пластика зависит от сложности формы ЧЛС иварьируется в диапазоне от 3 до 24 часов.Общее время на изготовление первичной модели почки составляет 4 дня,последующие аналогичные повторные модели изготавливаются за 2 дня.Стоимость изготовления первой модели составляет 35000 руб, последующих12000 руб.При создании 3D мягких печатных моделей почки были использованыразличные материалы для качественного визуального отличия внутреннихструктур почки.
Помимо различных материалов, каждая внутренняя структураимела свою определенную идентифицирующую окраску. Паренхима моделибыла произведена из полупрозрачного, эластичного, схожего по мягкости снативной почкой термопластичного материала. Аналогичный материалиспользовался и для изготовления опухоли, однако для лучшей визуализациибыл использован темно-коричневый краситель. ЧЛС и сосуды изготовлены изболее жесткого PLA пластика. Цветовой индикатор ЧЛС - желтый; сосудов(артерии и вены) - красный и синий соответственно (Рисунок 4.3.4).Нами была проведена оценка эффективности применения 3D мягкихпечатных моделей почки для хирургическоголечения больных с ПКР при324планировании и выполнении ОСО в объёме ЛРП.Для этого впредоперационном периоде 5 больным с ПКР были изготовлены 3D мягкиепечатные модели почки по технологии изготовления, описанной ранее.Данные пациентов представлены в Таблице 4.3.1.После изготовления 3D мягких печатных моделей было проведенопредоперационное планирование, для оценки эффективности 3D мягкихпечатных моделей в предоперационном планировании было проведеноанкетирование.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
