Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Miten 3D-tulostus auttoi ihmistä tallentamaan vaimonsa näkökulman

Pamela Shavaun Scott, jossa on 3D-painettu kopio omasta kalloistaan. Hänen oikea etusormi osoittaa poistetun meningioman sijainnin.

Kesä 2013 löysi Michael Balzerin hyvässä kunnossa. Muutama vuosi sitten hän taisteli pitkästä sairaudesta, joka oli maksanut hänelle työnsä. Kun hän toipui, hän rakensi itsenäisen uran, joka loi 3D-grafiikkaa ja auttoi vaimoaan, psykoterapeutti nimeltä Pamela Shavaun Scott, kehittämään videopeli-riippuvuuden hoitoja. Balzerin intohimo on tekniikka, ei lääketiede, mutta maladien ja toipumisen teemat ovat usein levinneet digitaalisen harjoittelunsa aikana. Mutta Balzer ei tuntenut tämän yhteyden täyttä vaikutusta vasta kesään, pian sen jälkeen, kun hän aloitti oman liiketoimintansa 3D-suunnittelussa, skannauksessa ja tulostamisessa. Elokuussa 2013, aivan kuten uusi yritys pääsi alkuun, Scott alkoi saada päänsärkyä.

Se olisi voinut olla mitään, mutta Scott oli poistanut kilpirauhasen muutamasta kuukaudesta aikaisemmin, joten pari oli pitänyt erityisen tarkasti silmällä mitään, mikä olisi saattanut merkitä komplikaatiota. Balzer pesti vaimonsa saadakseen MRI: n, ja kun hän lopulta suostui, skannaus paljasti massansa hänen kallonsa sisällä, joka oli kolmen senttimetrin kasvain, joka oli jäljellä vasemman silmänsä takana. Ne olivat ymmärrettävissä kauhuissaan, mutta radiologiaraporttia lukeneet neurologit näyttivät olevan huolestuttomia, selittäen, että tällaiset massat olivat yleisiä naisten keskuudessa, ja ehdotti, että Scott olisi tarkistanut sen uudelleen vuoden kuluttua.

Se ei istunut hyvin Balzerin kanssa. Scottin äskettäinen kilpirauhasen leikkaus oli opettanut heille, että parhaan hoidon saaminen edellyttää ennakoivaa ja erittäin hyvää tietoa. Tyypillinen kilpirauhasen poisto suoritetaan suuren kurkun läpi, joka vaatii pitkää, epämiellyttävää elpymistä ja jättää suuren arkin, mutta kun hän ja Scott alkoivat etsiä vaihtoehtoja, he huomasivat voivansa välttää kaiken, jos he matkustivat kotoa Kaliforniassa Pittsburghin yliopiston lääketieteellisen keskuksen robottipään ja kaulan kirurgian keskus. Siellä kirurgit suorittavat herkkiä menettelyjä robottihaaralla, joka laskee niiden liikkeet, mikä tekee niistä pienempiä ja tarkempia kuin mitä ihmisen käsi pystyy yksin. Kokemus tutustui Balzeriin ja Scottiin sekä lääketieteellisen teknologian huippuluokan että oman tutkimuksensa tärkeyden. Joten vaikka ensimmäiset lääkärit kertoivat heille odottavan, Balzer ja Scott lähettivät MRI-tulokset kouralliselle neurologille ympäri maata. Lähes kaikki heistä sopivat, että Scott tarvitsi leikkausta.

Scottin vasemman silmän takana oli kolme senttimetriä kasvain

Tässä vaiheessa Balzer pyysi Scottin DICOM-tiedostoja (vakiomuotoinen digitaalinen muoto lääketieteellisiä kuvantamistietoja varten), jotta hän voisi työskennellä heidän kanssaan kotona. Se oli ratkaiseva askel. Muutama kuukausi myöhemmin Scottilla oli toinen MRI, ja radiologi palasi kauhistuttavaan raporttiin: Kasvain oli kasvanut merkittävästi, mikä osoitti paljon vakavamman tilan kuin alun perin diagnosoitiin. Mutta kotona Balzer käytti Photoshopia kerrostamaan uudet DICOM-tiedostot vanhojen kuvien päälle ja tajusi, että tuumori ei ollut kasvanut lainkaan - radiologi oli juuri mitannut kuvan toisesta kohdasta. Kun hänen helpotuksensa väheni, Balzer oli raivoissaan ja päättäväisempää kuin koskaan pysyä hallinnassa Scottin hoidosta. ”Ajattelin,” miksi emme ota sitä seuraavalle tasolle? ”” Balzer sanoo. "Katsotaanpa, millaisia ​​työkaluja on saatavilla, jotta voin ottaa DICOMit, jotka ovat 2D-viipaleita, ja muuntaa ne 3D-malliksi." Tämä päätös muutti kaiken.

Balzer, entinen ilmavoimien tekninen ohjaaja ja ohjelmistosuunnittelija sekä 3D-kuvantamisen harrastaja, on luultavasti paremmin valmistautunut ottamaan lääketieteellisen diagnostiikkateknologian omiin käsiinsä, mutta ei ole välttämätöntä, että hänen asiantuntemustaan ​​käyttää 3D-kuvantamista ymmärtää paremmin diagnoosin ja mahdolliset hoidot, ja se on vain helpompaa. Lääketieteellisen hoidon etenemistä tehdään perustyökalujen ja ohjelmistojen avulla, mikä tarkoittaa, että huippuluokan terveydenhuolto on yhä halvempaa, nopeampaa ja laajemmin saatavilla, mutta myös - ja ehkä tärkeämpää - se tarkoittaa, että voi käyttää näitä samoja työkaluja varmistaakseen, että oma terveydenhuolto on jopa par.

Kun Balzer koottiin kuvia Scottin pääkallosta tässä 3D-mallissa, kasvain muoto ja muoto muuttuivat näkyviksi.

3D-tulostus on jo tuonut hämmästyttäviä muutoksia ei-DIY-hoitoon, ja kenttä on vielä lapsenkengissä. Kiinassa ja Australiassa, joissa 3D-painetut implantit on hyväksytty, lääkärit ovat korvanneet syöpää ja epämuodostuneita luut räätälöityjen titaanin lantion, hartioiden ja nilkkojen kanssa, jotka on tuotettu nopeudella, tarkkuudella ja voimakkuudella, joita ei tähän mennessä voitu kuvitella. Brittiläisten ja malesialaisten tutkijoiden tiimi käytti monimateriaalista 3D-tulostinta luomaan mallin päät, joilla oli realistisesti kuvioitu iho, kallo-luut, aivojen aine ja kasvaimet, jotta opiskelijat voisivat turvallisesti harjoittaa suuririskistä leikkausta. USA: ssa pari lääkäriä Michiganin yliopistossa painoi räätälöityjä henkitorvenjälkiä kahdelle pienelle lapselle, joilla oli sairaus, jota kutsutaan tracheobronkomalakseksi, tai henkitorven ja keuhkoputkien pehmenemisestä, mikä aiheuttaa hengitysteiden romahtamisen. Särjet mahdollistavat henkitorven lihasten kehittymisen ja tukien imeytyminen turvallisesti lasten vartaloihin. Mutta yksi yleisimmin käyttökelpoisista sovelluksista on yksi yksinkertaisimmista: Potilaiden CT-skannausten käyttäminen 3D-tulostettaviin tarkkiin elimien malleihin, jotta lääkärit voivat suunnitella ja valmistautua kirurgisiin toimenpiteisiin. Tarvittavat ohjelmistot ja laitteet ovat helposti kaikkien ulottuvilla - yksi Iowan yliopiston kirurgi seurasi paikallisen korunvalmistajan 3D-tulostimella ja vakuutti hänet valmistamaan mukautetun mallin sydämet yliopistolle vapaa-ajallaan.

Balzer halusi konkreettisen mallin Scottin kraniinista, jotta hän voisi saada näkökulman kasvaimen sijaintiin ja kokoon ja miettiä, millaista hoitoa jatketaan. Scottin, meningiomana tunnetun kasvaimen, tavanomainen poistoprosessi on kraniotomia, jossa kallo on sahattu auki. Hänen kasvainsa oli aivojensa alapuolella, joten sen poistamiseksi lääkärin olisi fyysisesti poistettava aivot pois tieltä. Tämä on yhtä riskialtista kuin se kuulostaa. Hermot voidaan syrjäyttää, ja potilaat voivat menettää hajua, makua tai jopa näkyvyyttä. Ajattelemalla kilpirauhasen leikkausta hän ja Balzer ihmettelivät, olisiko samanlainen ei-invasiivinen menettely mahdollista.

Anterior Skull Section, jossa kasvain on poistettu. slo 3D-luojat Sketchfabissa

Balzer ladasi vapaan ohjelmiston nimeltä InVesalius, jonka Brasilian tutkimuskeskus on kehittänyt MRI- ja CT-skannaustietojen muuntamiseksi 3D-kuviksi. Hän käytti sitä luomaan 3D-tilavuuden renderoinnin Scottin DICOM-kuvista, mikä antoi hänelle mahdollisuuden katsoa kasvainta mistä tahansa kulmasta. Sitten hän ladasi tiedostot Sketchfabiin ja jakoi ne neurokirurgien kanssa ympäri maata toivomalla löytävänsä sellaisen, joka oli valmis kokeilemaan uudenlaista menettelyä. Ehkä hän ei ole yllättävää, että hän löysi lääkärin, jota hän etsi UPMC: ssä, jossa Scottin kilpirauhasen poistettiin. Neurokirurgi suostui harkitsemaan minimaalisesti invasiivista toimintaa, jossa hän pääsee kasvattajalle Scottin vasemman silmäluomen kautta ja poistaisi sen mikrorakalla. Balzer oli mukauttanut volyymitallennukset 3D-tulostusta varten ja tuottanut muutaman täysikokoisen mallin Scottin kallo-osan etuosasta MakerBotissa. Balzer paketti yhden malleista ja toimitti sen Pittsburghiin, jotta apteekkari saisi mikro-porausajatuksensa suunnitella ja suunnitella menettelyn.

Tämä 3D-tulostus auttoi lääkäreitä suunnittelemaan uuden, minimaalisesti invasiivisen leikkauksen Scottin meningioman poistamiseksi.

Balzer oli tietämättään edelläkävijä, mitä tutkijat New Medicalin laboratoriossa Austinissa, Texasissa, ennustavat pian hoidon tasoa. 3D-tulostuksen avulla menettelyjen suunnittelemiseksi ja diagnoosien selittämiseksi potilaille tulee uusi normaali, kertoo tohtori Michael Patton, joka aloitti lokakuussa 2014, ja jonka tavoitteena on tuoda uusia ideoita lääketieteellisiin laitteisiin ja teknologioita markkinoille. Patton sanoo, että sen ovet ovat avoinna luoville ajattelijoille kuten Balzer, ja huomauttaa, että 3D-tulostus voi nopeuttaa lääkkeiden tuote-, työkalu- ja laitekehitystä. ”Mitä voit nyt tehdä 3D-tulostuksen avulla, on se, mitä voit tehdä ohjelmistomaailmassa: Nopea iterointi, epäonnistuminen nopeasti, saat jotain markkinoille nopeasti”, Patton sanoo. ”Voit tulostaa prototyypit, ja sitten voit tulostaa mallielimiä, joilla testataan tuotteita. Voit välttää joidenkin eläinkokeiden tarpeen, ja voit tehdä tämän todisteen käsitteestä ennen laajamittaisten potilastutkimusten suorittamista.

Tutkimukset, testit ja tutkimukset ovat keskeinen kohta: Medical Innovation Labsin yksi tärkeimmistä tehtävistä on auttaa keksintöjä ohjaamaan sääntelyprosessin kautta. ”Se on laaja ja se on raskasta”, Patton sanoo, ja se on syy, miksi monet suuret ideat eivät koskaan tee sitä pois cocktail-lautasliinojen takana. Mutta Patton ei ennakoi mitään sääntelykysymyksiä 3D-painettujen mallien käyttämisessä kirurgiseen suunnitteluun, ja hän ennustaa, että muita yksinkertaista skannausta ja tulostusta koskevia edistysaskeleita tuodaan markkinoille suhteellisen helposti. ”Se on osa uutta rajaa, jossa on skannaus ja kolmiulotteinen tulostus, ja emme näe sääntelyyn liittyviä esteitä, joita näisit implanttien kanssa”, Patton sanoo. Hän odottaa voivansa skannata rikki luun kotona ja tulostaa hengittävän valun.

Lähempänä kädessä pidettävää, mutta ei vähemmän fantastista, on kädessä pidettävä lääketieteellinen kuvantamislaite, joka käyttää ultraääniskannereita 3D-kuvien luomiseen - ei tarvita MRI: tä - ja lähettää ne pilvipalveluun, jossa lääkärit voivat käyttää niitä ympäri maailmaa. Käynnistys nimeltä Butterfly Network sai hiljattain 100 miljoonan dollarin rahoituksen laitteen ja pilvityökalun rakentamiseen, joka tunnistaa ja diagnosoi automaattisesti tietyt väärinkäytökset, kuten sikiön maku sikiössä, ja oppia ajan mittaan. Kun lisää tiedostoja ladataan, se pystyy automatisoimaan lisää diagnooseja.

Patton sanoo olevansa entistä innostuneempi työskentelemään keksijöiden ja päättäjien kanssa kuin lääketieteen alan asiantuntijat. ”Niin monet ihmiset on koulutettu pitämään päänsä alas ja keskittymään lääketieteen harjoittamiseen”, hän sanoo, ”ja joskus he eivät ajattele, miksi he tekevät asioita tietyllä tavalla, tai miten he voisivat tehdä niitä eri tavalla.” Balzer on erinomainen esimerkki. 3D-skannaus ja tulostus tekivät hänen käyttöönsä korkean teknologian terveydenhuollon, mutta se antoi myös mahdollisuuden vaikuttaa lääketieteellisen laitoksen kehitykseen. Tämä, kuten Patton sanoo, on radikaali uusi lääketieteellisen innovaation malli.

Balzer on itse asiassa kehittänyt lääkinnälliseen käyttöön tarkoitettua tuotetta, joka on samanlainen kuin Butterfly Network -laite, jossa yhdistyvät kannettava 3D-skannaus ja lääkäreiden ja potilaiden foorumi jakamaan kuvia turvallisen (HIPAA-yhteensopivan) pilvipalvelimen kautta. Hän on myös keskittynyt koulutukseen ja isännöi podcastia Kaikki asiat 3D, jossa hän usein kutsuu lääkärit puhumaan. Viime aikoina hän järjesti 3D-seminaarin lääketieteessä. ”Minun suuri viesti on nyt, että tämä juttu on siellä, ja paljon se on vapaa”, hän sanoo. ”Ensimmäinen asia on saada sana, että kätesi eivät ole sidottuja. Kaverisi sai 3D-tulostimen? Käytä sitä."

Scottilla oli tuumori poistettu UPMC: ssä toukokuussa 2014 pienen aukon kautta vasemman silmän yläpuolella. Neurokirurgi havaitsi, että tuumori alkoi tarttua hänen optiseen hermoonsa ja kertoi hänelle, että jos hän olisi odottanut kuutta kuukautta, hänellä olisi ollut vakava ja mahdollisesti pysyvä näköhäiriö. Menetelmä kesti kahdeksan tuntia ja 95% tuumorista poistettiin. Hän oli palannut töihin kolmen viikon kuluttua. Hänen arvet, Balzer sanoo, näkyvät vain hänelle.


Tulosta oma

Haluatko tulostaa teidän lääketieteellinen kuva? Kysy lääkäriltä DICOM-tiedostoja ja lataa 3D Slicer. Käytä sitten Segmentin kasvava -työkalua segmentoidaksesi kuvan. Pura 3D-verkko, tallenna se STL-muodossa ja käytä ParaView-ohjelmaa yksinkertaistamaan sitä hallittavaan määrään kolmioita. Jos haluat nähdä lisätietoja, tarkista Miten 3D-tulostus lääketieteelliseen skannaukseen täälläTehdä:.


Osake

Jättänyt Kommenttia