3d технологии в медицине (833815), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В идеале система должна показывать изображение высокого качества, небыть слишком дорогой и легко интегрироваться в клинический рабочий процесс. Однако этотрудно осуществимо при помощи изображения одной модальности. Исследователипредставили метод синтезирования искусственного четырехмерного изображения изстатического изображения КТ и ультразвукового изображения [13].РезультатыТрехмерная печать – это двигатель инноваций во многих отраслях промышленности инаучно-исследовательских областях, таких как проектирование, производство, искусство и, впоследнее время, медицина.
Общий объем промышленности 3D-биопечати оценивается в1,47 млрд £ к 2020 году, эта инновация призвана вызвать крупные преобразования в сферемедицины [14].Предварительная печать трехмерных моделей оперируемых органов может помочь впланировании проведения процедуры, выборе наиболее оптимального пути проведенияоперации, в учете сложностей, которые могут возникнуть в процессе. Марк Берри(Стэнфордский университет, Калифорния) говорит, что вместо того чтобы полагаться наудачу и опыт, лучше иметь возможность предварительно спланировать операцию от начала идо конца. Распечатанные 3D-модели могут быть подключены к «насосу», имитирующемукровоток, что позволяет врачам экспериментировать с различными путями проведенияэндоваскулярных процедур [15].
Использование 3D-моделей распечатанных сосудов дляпланирования сложных операций способствует успеху процедуры и лучшим результатам вслучае пациентов повышенного риска, особенно при использовании нового устройства илиустройства неизвестного производства. Поскольку каждый пациент и ситуация уникальны,возможность проверить устройство на трехмерной модели перед проведением процедурыпозволяет врачам понять, как будут взаимодействовать устройство с тканью пациента, атакже как устройство будет располагаться в пространстве [16].
Для создания моделеймитральных клапанов пациентов, которые в дальнейшем исследуются в тренажере,имитирующем биение сердца, исследователи предложили использование диагностическихтранспищеводных трехмерных изображений и технологий 3D-печати. Эти модели могутиспользоваться для выбора наиболее оптимального и безопасного пути операции [17].Необходимостьтакогоподходаподтверждаетсямножественнойвариабельностьюанатомического строения различных структур, как, например, задненижний отдел правогопредсердия [18] или венечный синус [19], форма которых зависит от типа телосложениячеловека. При недавней замене легочного клапана, используя КТ-изображение, Виджей Айерсобирался начать с правой бедренной артерии, через правое предсердие, правый желудочек,выносящий тракт правого желудочка к легочному клапану.
Однако при прогоне операции намодели сердца пациента, устройство погнулось в правом предсердии. Основываясь на этом,специалисты адаптировали план и использовали более жесткую проволоку [20]. АнжелиЧелиа, помощник хирурга, комментирует случай проведения операции на младенцес врожденным дефектом сердца.
Ввиду малого размера сердца существовали определенныесложности в изучении его анатомического строения. Специалисты воссоздали по снимкамего точную копию, трехмерную модель и поняли, как провести операцию и исправитьнарушенную функцию сердечных сосудов и клапанов [21]. В 2014 году на Международномфоруме «Открытые инновации» в Москве был представлен первый российский 3Dбиопринтер FABION. В Лаборатории биотехнологических исследований 3D-BioprintingSolutions произведена успешная биопечать органной конструкции щитовидной железымыши. Научная команда лаборатории завершила работы до 15 марта 2015 года.Международная конференция «Biofabrication 2016» была организована WFIRM (профессорJames Yoo) и собрала рекордное количество участников со всего мира: более 400зарегистрированных участников, более 300 постеров, доклады представили ведущиеспециалисты в области регенеративной медицины и 3D-биопринтинга: Jos Malda, AnthonyAtala, Gabor Forgacs и многие другие.
Россию на конференции представляла компания 3DBioprinting Solutions во главе с Юсефом Хесуани (управляющий партнер). Под руководствомпрофессора Владимира Миронова научному коллективу 3D-Bioprinting Solutions удалосьнапечатать на биопринтере собственной разработки (FABION) функционирующий конструктщитовидной железы и успешно пересадить его мышам [22]. Основные используемые вклинической практике визуальные данные, такие как МРТ и КТ, обычно используются длясоздания 3D-кардиальных моделей, обеспечивающих структурную и функциональнуюинформацию о сердечной ткани. Автоматическая сегментация медицинских изображений иручная коррекция после процесса сегментации обычно необходимы в большинстве случаевдля построения кардиальной модели. Гистоанатомические срезы также могут обеспечитьподробную анатомическую и гистологическую информацию [23].
В этом исследованиианатомические данные сердца извлекаются из данных поперечного сечения Национальногопроекта медицинской библиотеки (VHP) Национальной библиотеки медицины. Данные,включая сердечные органы, сегментируются специалистами из каждого поперечного сеченияна основе анатомических признаков и преобразуются в срезы серой шкалы. Интенсивностьсерого в срезе представляет различные ткани в разных регионах сердца [24].Визуализация боковых желудочков мозга связана с осложнениями, связанными спрямым повреждением коры или ретракцией мозга. Авторы описывают новый подход катриуму через коридор трансколлатеральной борозды намета. Ретросигмоидный подходпозволил получить четкую визуализацию базальной затылочной поверхности.
Былавыявлена коллатеральная борозда и разрешен легкий эндоскопический доступ к полостижелудочка. Полученный таким образом конический коридор обеспечивал среднюю рабочуюзону 3,9 см2 при средней глубине 4,5 см. Средняя толщина коры, преодоленная для входа вжелудочек, составляла 1,4 см.
Таким образом, внутрижелудочковая анатомия латеральногожелудочка была четко определена во всех 8 экспозициях. Анатомия базальной затылочновозрастной поверхности показала последовательную закономерность, с коллатеральнойбороздой, прилегающей к парагиппокампальной извилине, и веретеновидной и язычнойизвилиной в поперечном направлении [25].Четкое определение внутрисердечного тромба необходимо для своевременногопредотвращения системной и легочной эмболизации. Трехмерная трансезофагеальнаяэхокардиография может решить эту проблему.
80-летняя женщина, которой была проведенаоперация на митральном клапане, была госпитализирована в связи с сердечнойнедостаточностью. Хотя двухмерная трансторакальная эхокардиография показала недавнююаномалию движения стенок в апикальном сегменте с уменьшенной систолической функциейлевого желудочка, коронарная ангиография не показала значительного стеноза илиокклюзии. Не было определенного ишемического изменения. До приема использовалисьдиуретики для сердечной недостаточности, и пациент не принимал варфарин. Для оценкивосстановленного клапана и тромба левого предсердия пациент был направлен наисследование.
Восстановленный митральный клапан с жестким кольцом не показалстенотических изменений или повторения митральной регургитации. Однако наблюдалосьрасширение левого предсердия и левого придатка с умеренным спонтанным контрастом эха.При двумерном изображении на уровне левого предсердия и митрального клапана былобнаружен большой тромб. Его пулеподобная форма и отношение к окружающимструктурам наблюдались на изображении, полученном из трехмерных наборов данных.Скорость опорожнения предсердия сильно уменьшилась. При двумерном короткоосновномизображении аортального клапана в правом предсердии находилась другая небольшаяподвижная масса.
Трехмерное масштабированное изображение подтвердило, что эта массаотносилась к кардиостимулятору [26].Вавгусте2015годаFDAодобрилопервый3D-печатныйпрепарат,чтосвидетельствует о новой главе для фармацевтического производства. Традиционныефармацевтические процессы, такие как компрессия таблеток, использовались на протяжениидесятилетий с установленными регуляторными путями [27]. Эти процессы хорошо поняты,но устарели с точки зрения технологических возможностей и гибкости производства.Трехмерная печать, как платформа, имеет конкурентные преимущества для сложных иперсонализированных продуктов.
Эти преимущества открывают новые возможности дляповышения безопасности, эффективности и доступности лекарств [28].ВыводыИтак, можно с уверенностью сказать, что 3D-технологии в медицине сталинеобходимостью, которая несравненно облегчает работу специалистов в различныхобластях, а также оставляет довольным качеством результата самого пациента. С развитиемновых технологий 3D-печати и появлением новых методов визуализации в виде виртуальнойи дополненной реальности – медицине предстоит пережить множество метаморфоз,обусловленных техническим прогрессом.Список литературы1.Andrews E.M., Richards R.J., Yin F.Q.
Alterations in chondroitin sulfate proteoglycanexpression occur both at and far from the site of spinal contusion injury // Exp Neurol, 2011, vol.235, pp. 174–187.2.Blumenthal J., Cohen-Matsliah S.I. Olfactory bulb-derived cells seeded on 3D scaffoldsexhibit neurotrophic factor expression and pro-angiogenic properties // Tissue Eng, 2012, vol. 19,pp. 2284–2291.3.Lesman A., Koffler J., Atlas R. Engineering vessel-like networks within multicellular fibrin-based constructs // Biomaterials, 2011, vol. 32, pp.
7856–7869.4.Lu P., Woodruff G., Wang Y. Long-distance axonal growth from human induced pluripotentstem cells after spinal cord injury // Neuron, 2014, vol. 83, pp. 789–796.5.Baum R.A., Carpenter J.P., Cope C. Aneurysm sac pressure measurements afterendovascular repair of abdominal aortic aneurysms // J. Vasc.
Surg., 2001, vol. 33, pp. 32–41.6.Desai M., Eaton-Evans J., Hillery C. AAA stent-grafts: past problems and future prospects //Ann Biomed. Eng, 2010, vol. 38, pp. 1259–1274.7.The United Kingdom EVAR trial investigators Endovascular versus open repair ofabdominal aortic aneurysm // N. Engl. J. Med., 2010, vol. 362, pp. 1863–1871.8.Laing C., Schlick T. Computational approaches to 3D modeling of RNA // J. Phys. Condens.Matter, 2010, vol.
22, pp. 293-310.9.Usch A., Backofen R. INFO-RNA–a server for fast inverse RNA folding satisfyingsequence constraints // Nucleic Acids Res, 2007, vol. 35, pp. 310–313.10.Gan H.H., Pasquali S., Schlick T. Exploring the repertoire of RNA secondary motifs usinggraph theory Implications for RNA design // Nucleic Acids. Res., 2003, vol. 31, pp.
2926–2943.11.Waran V., Narayanan V., Karuppiah R. et al. Utility of multimaterial 3D printers in creatingmodels with pathological entities to enhance the training experience of neurosurgeons // JNeurosurg, 2014, vol. 120, pp. 489–492.12.Wurm G., Tomancok B., Pogady P. et al. Cerebrovascular stereolithographic biomodelingfor aneurysm surgery // J.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
