Beth Ripley pobiegła korytarzem w kierunku kardiologa ze świeżym sercem w dłoniach.
Pokazał mu go, wziął go i zaczął go przewracać, sprawdzać i sondować. Kardiolog natychmiast stwierdził, że miesiące planowania musiały zostać odłożone na bok. Powrót do tablicy kreślarskiej.
Serce, o którym mowa, było pełnowymiarowym trójwymiarowym modelem rzeczywistego chorągiewki pacjenta, gorącym od pras w Brigham and Women's Hospital w Bostonie, Massachusetts. Ripley, radiolog, wraz z radiologiem Mike Steigner, stworzyli model dla zespołu kardiologicznego po tym, jak modele cyfrowe okazały się nieskuteczne w wizualizacji podejścia chirurgicznego. Gdy kardiolog dostał makietę na podstawie danych z tomografii komputerowej, problem był jasny jak w dzień.
Patrząc na model, zdał sobie sprawę, że podejście do zabiegu prawdopodobnie musiałoby się zmienić z minimalnie inwazyjnego cewnikowania na w pełni operację na otwartym sercu. W efekcie jego zespół uniknął potencjalnej komplikacji, której nie można było przewidzieć bez modelu fizycznego.
Ripley i Tatiana Kelil, inny radiolog Brigham i kobiety, biorą udział w nowym przedsięwzięciu pod tytułem „Druk 3D dla zdrowia”, które rozpoczęło się zaledwie pięć miesięcy temu. Jest to dzieło miłości, prowadzone w wolnym czasie w celu pobudzenia dyskusji w społeczności biomedycznego druku 3D. Współpracują również z wieloma chirurgami i radiologami w szpitalu Brigham and Women's Hospital, badając, w jaki sposób szczegółowe modele 3D prawdziwych anatomii pacjentów mogą pomóc w zmniejszeniu powikłań po operacji i leczeniu, a także poprawić zdolność pacjentów do bycia ich najlepszymi orędownikami.
„Chcieliśmy stworzyć miejsce, w którym pacjenci i naukowcy mogliby dzielić się pomysłami na temat najlepszego wykorzystania druku 3D w medycynie”, mówi Ripley. „W rękach właściwych ludzi może to być niezwykle potężne narzędzie”.
Skan 3D serca (druk 3D dla zdrowia) 
Skan 3D udaru mózgu (druk 3D dla zdrowia) 
Skan 3D nerki (druk 3D dla zdrowia) Zespół jest motywowany przez swoich pacjentów i pragnienie, aby zrobić dla nich prawdziwą różnicę. Czasami oznacza to pomoc pacjentowi w lepszym zrozumieniu choroby lub patologii; czasem pomaga chirurgowi w opracowaniu ściśle choreograficznej gry do zabawy na nadchodzącą procedurę.
„Zapytaliśmy chirurgów, co ich utrzymuje w nocy” - mówi Kelil. „Czy potrzebowali pomocy w wizualizacji anatomii pacjenta lub w przekazaniu pacjentowi procedury? Nie chcemy drukować modelu tylko dlatego, że można go drukować - musi mieć narzędzie. ”
Brigham and Women's nie jest pierwszą instytucją medyczną, która korzysta z drukowania 3D w ten sposób. Firmy zajmujące się zaopatrzeniem medycznym wykorzystują drukowane w 3D modele anatomiczne do projektowania lepszych prototypów urządzeń, w tym zastawek serca i protetyki; National Institutes of Health utrzymuje giełdę druku, w której modele są bezpłatnie dostępne do pobrania. Tym, co wyróżnia wysiłki Brigham i Szpitala Kobiecego, jest to, że projektują i prowadzą badania nad tym, w jaki sposób drukowane modele przed zabiegiem wpływają na skrócenie czasu operacji i komplikacji.
Zespół koncentruje się na dwóch procedurach we współpracy z innymi lekarzami w szpitalu Brigham and Women's Hospital - minimalnie inwazyjnej wymianie zastawki aortalnej i wspomaganej robotem resekcji guza nerki, w której liczy się każda sekunda po zaciśnięciu naczyń. Posiadanie modelu 3D aorty pacjenta przed zabiegiem chirurgicznym pozwala lekarzom wybrać dokładnie pasujący zastawkę; w przypadku nerki model zapewnia chirurgom lepszą wizualizację lokalizacji guza, minimalizując uszkodzenia tkanek spowodowane zmniejszonym przepływem krwi do narządu podczas operacji.
„Dzięki minimalnie inwazyjnej wymianie zastawki interwenci nie otwierają klatki piersiowej i nie mierzą fizycznie zastawki, aby upewnić się, że pasuje” - mówi Ripley. „Obecnie jedynym sposobem pomiaru jest obraz 2D, ale nawet przy najlepszych obrazach nie zawsze jest to łatwe.”
Współpracując ściśle z Jamesem Weaverem i Ahmedem Hosnym, ekspertami w dziedzinie drukowania 3D w wysokiej rozdzielczości w Instytucie Inżynierii Biologicznej Inspirowanej przez Uniwersytet Wyss na Uniwersytecie Harvarda, zespół bada, jak dokładnie dane cyfrowe przekładają się na modele fizyczne, a także jak najlepiej wykorzystać istniejące skany w celu zmniejszenia narażenia pacjentów na niepotrzebne dodatkowe promieniowanie.
Dentyści robią to od lat. Kiedy tracisz koronę zęba, wytwarzają zamiennik; wszystko inne niż idealne dopasowanie może uszkodzić otaczające zęby i leżącą pod nimi kość. Dzięki drukowi 3D zespół widzi spersonalizowaną medycynę w głównym nurcie.
„Jesteśmy bardzo zainteresowani tworzeniem terapii specyficznych dla pacjenta” - mówi Hosny. „Chcemy stworzyć najbardziej odpowiednie dla Ciebie rozwiązanie, a idealnie oznacza to wykonanie pomiarów, wysłanie ich do producenta urządzenia medycznego i odzyskanie czegoś, co jest dokładnie dopasowane do każdego pacjenta.”
Grupa uważa, że medyczne modele 3D mają wspólne dolegliwości, nie tylko w przypadku rzadkich lub skomplikowanych procedur.
Beth Ripley (po lewej) i Tatiana Kelil (po prawej) wyjaśniają proces drukowania modeli anatomicznych 3D uczestnikom National Maker Faire w ostatni weekend w Waszyngtonie (3D Print for Health) 
(Druk 3D dla zdrowia) 
(Druk 3D dla zdrowia) 
(Druk 3D dla zdrowia) 
(Druk 3D dla zdrowia) 
(Druk 3D dla zdrowia) 
(Druk 3D dla zdrowia) 
Do Kelila (skrajnie po lewej) i Ripley (drugi od lewej) dołączyli koledzy z drużyny James Weaver (drugi od prawej) i Ahmed Hosny (skrajnie po prawej) z Instytutu Inżynierii Biologicznej Uniwersytetu Wyss na Uniwersytecie Harvarda. (Druk 3D dla zdrowia) Stworzyli szereg modeli pokazujących działanie „10 najlepszych zabójców”, aby zademonstrować, w jaki sposób drukowanie 3D byłoby przydatne w leczeniu chorób sercowo-naczyniowych, raka, POChP, urazów, udarów mózgu, choroby Alzheimera, cukrzycy, zapalenia płuc i grypy, chorób nerek i samobójstw . Podczas ostatniego National Maker Faire w Waszyngtonie uczestnicy gromadzili się wokół stołu wystawowego, zbierając mózgi, stopy i serca, podczas gdy Ripley, Kelil, Hosny i Weaver na przemian objaśniali proces produkcji modeli i ich potencjalne korzyści dla opieki zdrowotnej.
Zespół ma nadzieję, że ich wysiłki doprowadzą do leczenia specyficznego dla pacjenta. Przykładowo odnoszą się do Stevena Keatinga, badacza z MIT, u którego w 2014 roku zdiagnozowano duży guz mózgu. Keating aktywnie współpracował z Weaver i Hosny nad wizualizacją guza w 3D, podczas gdy jego chirurg Ennio Chiocca poprosił ich o wydrukowanie specjalnie teksturowanej repliki.
Modele 3D były niezwykle pomocne w pomaganiu Keatingowi w lepszym zrozumieniu zakresu guza i zapewniły potężne pomoce wizualne do przekazania diagnozy rodzinie, przyjaciołom i innym naukowcom. Jego doświadczenie pomogło również podnieść świadomość opinii publicznej na temat edukacyjnej mocy biomedycznego drukowania 3D.
Idealnie, grupa przewiduje, że pacjent będzie mógł zabrać dane skanowania do lekarza i mieć model wykonany z tego narządu lub tkanki - do dowolnej procedury. W tej chwili większość planów ubezpieczeniowych nie pokrywa kosztów produkcji modeli, ale Kelil twierdzi, że jeśli nadal będziemy sprawdzać jego użyteczność w diagnostyce, leczeniu i redukcji kosztów, może się to zmienić w najbliższej przyszłości. Serce wyprodukowane przez Ripley kosztowało około 200 USD materiałów i robocizny.
Ripley radzi, aby przynajmniej pacjent zainteresowany uzyskaniem modelu wydrukowanego w 3D powinien od razu poprosić o obrazy cyfrowe. Te obrazy mogą się przydać na drodze.
„Pacjenci powinni mieć dostęp do swoich danych” - mówi Kelil. „To ich własna anatomia”.
Joseph Madsen, profesor neurochirurgii w Harvard Medical School i dyrektor programu chirurgii epilepsji w Szpitalu Dziecięcym w Bostonie, również niedawno skorzystał z fizycznego modelu mózgu pacjenta, na którym miałby operować. Był w stanie wykonać suchy model operacji, która była skomplikowaną procedurą kontrolną na modelu.
„Nie jesteśmy jeszcze do rutynowego użytku w chirurgii, ale musimy nad tym pracować codziennie”, mówi Madsen. Uważa, że dojrzewanie praktyki zajmie trochę czasu.
Madsen ma szczególne zrozumienie świata modelowania 3D: jako licealista, jego pierwszym doradcą laboratoryjnym był absolwent informatyki w Utah, który eksperymentował z animacją komputerową. W tym czasie, na początku lat 70., było to głębokie nowe wykorzystanie mocy obliczeniowej, w czasach, gdy komputery wciąż były wolnymi potworami. Prawie dwie dekady później doradca Madsena, Ed Catmull, współzałożyciel Pixar Animation Studios.
„Ed miał wizję obiektów 3D, które można by wykorzystać w rozrywce, i upłynęło 20 lat od wyprodukowania Toy Story ”, mówi Madsen. „Ważna jest wizja tego, w jaki sposób zostanie wykonana aplikacja [drukowania 3D]. To, co robisz z tym, jak nim manipulujesz. Jestem zdecydowanie za rozszerzeniem tej technologii, ale będzie wymagało wiele przemyślanej oceny i użyteczności od chirurgów. ”
