Beth Ripley a alergat pe hol, spre cardiolog, cu o inimă proaspătă în mâini.
Arătându-i-l, îl luă și începu să-l întoarcă, inspectându-l și sondând-o. Cardiologul a recunoscut imediat că luni de planificare trebuiau aruncate la o parte. Înapoi la tablă de desen.
Inima în cauză a fost un model 3D de dimensiuni complete al căpușarului real al pacientului, apărut în presă la Brigham și Spitalul pentru femei din Boston, Massachusetts. Ripley, radiolog, împreună cu radiologul Mike Mike Steigner, au creat modelul pentru echipa de cardiologie după ce modelele digitale s-au dovedit ineficiente pentru vizualizarea abordării chirurgicale. Odată ce cardiologul a pus mâna pe o machetă pe baza datelor din tomografii, problema a fost clară în zilele noastre.
Doar analizând modelul, el și-a dat seama că abordarea procedurii va trebui probabil să se schimbe de la o cateterizare minim invazivă la o intervenție chirurgicală cu inimă deschisă. De fapt, echipa sa a evitat o complicație potențială care nu era previzibilă fără modelul fizic.
Ripley și Tatiana Kelil, un alt radiolog Brigham și Women, fac parte dintr-un nou efort numit 3D Print For Health, început în urmă cu doar cinci luni. Este o muncă de dragoste, desfășurată în timpul lor liber, în efortul de a stimula discuțiile în cadrul comunității de imprimare 3D biomedicală. De asemenea, lucrează cu mai mulți chirurgi și radiologi la Brigham și la Spitalul Femeilor, studiind modul în care modelele 3D detaliate ale anatomiilor reale ale pacienților pot ajuta la reducerea complicațiilor provocate de chirurgie și tratament și, de asemenea, îmbunătățesc capacitatea pacienților de a fi cei mai buni susținători ai acestora.
„Am vrut să construim un loc pentru pacienți și cercetători pentru a împărtăși idei despre cum putem folosi cel mai bine imprimarea 3D în medicină”, spune Ripley. „În mâinile oamenilor potriviți, acesta poate fi un instrument extrem de puternic.”
Scanare 3D a unei inimi (3D Print For Health) 
Scanare 3D a unui atac cerebral în creier (3D Print For Health) 
Scanare 3D a unui rinichi (3D Print For Health) Echipa este motivată de pacienții lor și dorința de a face o diferență reală pentru ei. Uneori, asta înseamnă să ajute pacientul să-și înțeleagă mai bine boala sau patologia; uneori ajută un chirurg să dezvolte un play-by-play strâns coregrafiat pentru o procedură viitoare.
"Am întrebat chirurgii ce le-au ținut noaptea", spune Kelil. „Aveau nevoie de ajutor pentru vizualizarea anatomiei unui pacient sau pentru comunicarea unei proceduri unui pacient? Nu dorim să tipărim un model doar pentru că este imprimabil - trebuie să aibă utilitate. ”
Brigham and Women nu este prima instituție medicală care folosește tipărirea 3D în acest fel. Companiile de aprovizionare medicală utilizează modele anatomice tipărite 3D pentru a proiecta prototipuri mai bune de dispozitive, inclusiv valve de inimă și protetice; Institutele Naționale de Sănătate mențin un schimb de tipărire în care modelele sunt disponibile gratuit pentru descărcare. Ceea ce face ca eforturile Brigham și Spitalul Femeilor să fie diferite, este că proiectează și desfășoară studii privind modul în care modelele tipărite în pre-procedură fac diferența în reducerea timpului și a complicațiilor.
Echipa se concentrează pe două proceduri în colaborare cu alți medici de la Brigham și Spitalul de Femeie - o înlocuire a valvei aortice minim invazive și o rezecție robotizată cu tumori renale, asistată de robot, unde fiecare secundă contează după ce vasele sunt fixate. A avea un model 3D de aortă a pacientului înainte de operație permite medicilor să aleagă o supapă care se potrivește exact; pentru un rinichi, modelul oferă chirurgilor o mai bună vizualizare a locației tumorii, reducând la minimum deteriorarea țesuturilor din fluxul de sânge redus către organ în timpul operației.
„Cu înlocuirea valvelor minim invazive, intervenționistii nu ajung să deschidă pieptul și să măsoare fizic valva pentru a se asigura că se potrivește”, spune Ripley. „În prezent, singurul mod de a măsura asta este cu o imagine 2D, dar chiar și cu cele mai bune imagini nu este întotdeauna ușor.”
Lucrând îndeaproape cu James Weaver și Ahmed Hosny, experți în imprimarea 3D de înaltă rezoluție la Institutul Wyss de la Universitatea Harvard pentru Inginerie Inspirată Biologic, echipa investighează modul în care datele digitale se traduce în modele fizice, precum și cum să utilizeze la maxim scanări existente pentru a reduce expunerea pacienților la radiații suplimentare inutile.
Dentistii o fac de ani buni. Când pierdeți coroana unui dinte, ei fabrică un înlocuitor; altceva decât o potrivire perfectă poate deteriora dinții din jur și osul subiacent. Odată cu imprimarea 3D, echipa vede că medicamentul personal decolează în mainstream.
„Suntem într-adevăr interesați să creăm tratamente specifice pacientului”, spune Hosny. „Vrem să creăm cea mai potrivită soluție pentru dumneavoastră și, în mod ideal, înseamnă să luați măsurători, să le trimiteți la un producător de dispozitive medicale și să primiți înapoi ceva care să fie potrivit pentru fiecare pacient.”
Și, grupul crede că modelele 3D medicale au aplicații în afecțiuni comune, nu doar pentru proceduri rare sau complicate.
Beth Ripley (stânga) și Tatiana Kelil (dreapta) explică procesul de imprimare a modelelor anatomice 3D pentru participanții la National Maker Faire weekendul trecut la Washington, DC (3D Print For Health) 
(Imprimare 3D pentru sănătate) 
(Imprimare 3D pentru sănătate) 
(Imprimare 3D pentru sănătate) 
(Imprimare 3D pentru sănătate) 
(Imprimare 3D pentru sănătate) 
(Imprimare 3D pentru sănătate) 
La Kelil (extrema stângă) și Ripley (a doua de la stânga) li s-au alăturat coechipierii James Weaver (a doua de la dreapta) și Ahmed Hosny (extrema dreaptă), de la Institutul Wyss de la Universitatea Harvard pentru Ingineria Biologică Inspirată. (Imprimare 3D pentru sănătate) Au creat o serie de modele care arată efectele „Top 10 Killers” pentru a demonstra cum tipărirea 3D ar fi utilă pentru abordarea bolilor cardiovasculare, cancerului, BPOC, traumatismului, accident vascular cerebral, Alzheimer, diabetului, pneumoniei și gripei, boli renale și sinucidere . La recentul National Maker Faire din Washington, DC, participanții s-au frezat în jurul mesei de afișare, ridicând creierele, picioarele și inimile, în timp ce Ripley, Kelil, Hosny și Weaver au făcut rânduri explicând procesul de producere a modelelor și beneficiile potențiale ale acestora pentru asistența medicală.
Echipa speră că eforturile lor vor duce la un tratament specific pacientului. Ca un caz, ei se referă la Steven Keating, un cercetător la MIT, care în 2014 a fost diagnosticat cu o tumoră cerebrală mare. Keating a fost activ în lucrul cu Weaver și Hosny pentru a vizualiza tumora în 3D, în timp ce chirurgul său, Ennio Chiocca, le-a cerut să imprime o replică special texturată.
Modelele 3D au fost incredibil de utile în a ajuta Keating să înțeleagă mai bine sfera tumorii și au oferit ajutoare vizuale puternice pentru comunicarea diagnosticului său familiei, prietenilor și colegilor de știință. Experiența sa a ajutat, de asemenea, la conștientizarea publicului larg cu privire la puterea educațională a imprimării 3D biomedicale.
În mod ideal, grupul prevede ca un pacient să poată lua date de scanare la medic și să aibă un model format din organul sau țesutul - pentru orice procedură. În prezent, majoritatea planurilor de asigurare nu acoperă costurile de producție a modelelor, dar Kelil spune că, dacă vom continua să-i dovedim utilitățile în diagnostic, tratament și reducerea costurilor, acest lucru s-ar putea schimba în viitorul apropiat. Inima Ripley a costat aproximativ 200 USD în materiale și forță de muncă.
Cel puțin, dacă un pacient este interesat să obțină un model tipărit 3D, ar trebui să ceară imediat imaginile digitale, recomandă Ripley. Aceste imagini pot fi foarte utile pe drum.
„Pacienții ar trebui să aibă acces la propriile lor date”, spune Kelil. „Este propria lor anatomie.”
Joseph Madsen, profesor asociat de neurochirurgie la Harvard Medical School și directorul programului de chirurgie la epilepsie de la Spitalul de Copii din Boston, a profitat de asemenea recent de un model fizic al creierului unui pacient pe care urma să-l opereze. El a fost capabil să efectueze o operație uscată a operației, care a fost o procedură complicată de urmărire, pe model.
„Nu suntem încă acolo pentru utilizarea de rutină în chirurgie, dar trebuie să lucrăm la ea în fiecare zi”, spune Madsen. El crede că va dura ceva timp pentru ca practica să se maturizeze.
Madsen are o înțelegere specială a lumii modelării 3D: ca licean, primul său consilier de laborator a fost un student absolvent de informatică din Utah, care experimenta animația pe calculator. La vremea respectivă, la începutul anilor 70, aceasta era o nouă utilizare profundă a puterii de calcul, într-o perioadă în care computerele erau încă behemoths lente. Aproape două decenii mai târziu, consilierul lui Madsen, Ed Catmull, a cofondat Pixar Animation Studios.
„Ed a avut viziunea obiectelor 3D care ar putea fi folosite în divertisment, și a mai avut 20 de ani între asta și producția de Toy Story ” , spune Madsen. „Ceea ce este important este viziunea pentru modul în care va fi făcută aplicația [de imprimare 3D]. Este ceea ce faci cu el, cum îl manipulezi. Sunt foarte în favoarea extinderii tehnologiei, dar va necesita foarte multă evaluare și utilitate cu adevărat atentă din partea chirurgilor. ”
