Эксклюзивное интервью доктора Джонатана Морриса, радиолога Клиники Майо
На 3D принтере вскоре можно будет напечатать все: от индивидуальных имплантатов до макетов органов в натуральную величину. Возможности трехмерной печати КТ или МРТ снимков открывает захватывающие перспективы для радиологии и здравоохранения в целом.
Для доктора Джонатана Морриса, нейрорадиолога Клиники Майо (Mayo Clinic), специализирующегося на работе с позвоночником, светлое будущее медицинской 3D печати является сегодняшним днем. Он и его коллега-радиолог доктор Джейн Мацумото совместно руководят лабораторией трехмерной печати и находятся на переднем крае внедрения этой инновационной технологии в практику.
Мы расспросили доктора Морриса о том, как часто используется трехмерная печать в клинике Майо в Рочестере, штат Миннесота, США, в каких случаях она наиболее применима, что препятствует более широкому использованию 3D принтеров в клиниках и почему он утверждает, что данное направление должно развиваться под эгидой радиологии.
– Насколько полезна 3D печать для Клиники Майо?
– В медицине нередки случаи, когда мы вынуждены хирургически удалить орган или его часть и чем-то заменить его. Печать 3D зачастую оказывается неоценимым подспорьем в таких случаях.
Процесс трехмерной печати начинается со сканирования тела пациента на установках КТ или МРТ. Полученные данные мы загружаем в медицинское программное обеспечение CAD, а затем кодируем цветом фрагмент, который хотим распечатать, при помощи процесса под названием сегментация. После этого сохраняем полученное изображение в файле формата SDL и экспортируем на принтер. Чтобы было понятно: одно КТ сканирование всего позвоночника может состоять из 5 тыс. изображений, поэтому преобразование такого объема информации для трехмерной печати требуются значительные вычислительные мощности.
В Майо мы начали с изготовления индивидуальных предоперационных моделей для пациентов с опухолями нижней челюсти. На такой модели мы заранее планируем все необходимые разрезы и фактически печатаем для них направляющие, которые прикручиваются перед операцией к кости пациента. Благодаря этому сокращается время нахождения в операционной, улучшается результат лечения и уменьшается стоимость, что, в конечном итоге, крайне важно для медицины.
Кроме того, один из наших сосудистых хирургов мирового уровня придумал новый способ применения трехмерной печати в своей области. Он работает с компаниями по изготовлению стентов для шунтирования, но иногда ни один из имеющихся на рынке образцов не подходит. Поэтому мы начали печатать аорты для конкретных пациента с аневризмой, разрабатывая в индивидуальные решения для каждого.
Сосудистые хирурги с нашей помощью стали легче справляться со сложными случаями стентирования. Как это происходит? Мы берем результаты КТ сканирования и преобразуем их в трехмерную модель, полностью соответствующую анатомии пациента, а затем выполняем на ней будущую интервенционную процедуру. Можно сказать, мы «моделируем» пациента. Это дает возможность обучать врачей: ординаторов, интернов и медицинских стажеров, – выполнению любых манипуляций без непосредственного участия больного.
– С чего началось использование 3D печати в вашей клинике?
– Одиннадцать лет назад в клинику Майо поступили сиамские близнецы. Хирурги спросили нас, можем ли мы сделать трехмерную модель их печени, потому что анатомия пациентов была весьма необычной, а врачам нужно было выбрать, как разделить орган. Традиционно такое решение осуществляется с помощью КТ и МР сканирований. Результаты этих исследований представляют собой двумерную визуализацию, и иногда бывает непросто выстроить трехмерный объект в воображении.
Хотя бы потому, что размер изображения объекта сканирования соответствует размеру экрана. Если вы демонстрируете его на вашем iPhone, объект будет с ладонь. Если на 40- футовом экране в ходе большой конференции, он сразу «вырастет» до 40 футов. Трудно представить реалистичные масштабы на основании двумерной визуализации.
Мы взялись сделать трехмерную модель, но в то время у нас еще не было своего 3D принтера. Поэтому мы использовали принтер местного колледжа. Доктор Мацумото активно участвовала в создании диагностической визуализации близнецов, потому что она понимает анатомию, как никто другой.
На фото: Пациент держит трехмерную модель грудной клетки с опухолью
В этом году мы сделали около 500 или 600 моделей для предоперационного планирования. От позвоночников мы перешли к онкологии с резекцией опухоли. Если нейрохирург имеет дело с большим новообразованием в позвоночнике, захватывающим окружающие кровеносные сосуды, мы создаем целостную модель всей зоны. Это дает возможность хирургам планировать операцию и сравнивать разные методики ее осуществления.
После случая с сиамскими близнецами мы начали использовать трехмерные принтеры из инженерного отдела. В больничной системе Майо работают 60 инженеров и у них есть несколько установок, которые мы применяли вначале, изготавливая модели для операций на позвоночнике. Это оказалось настолько полезно для хирургов, что мы решили обзавестись установкой для печати на базе больницы, что было новшеством на то время. Только Национальный военный медицинский центр Уолтер Рид (Walter Reed National Military Medical Center) делал что-то похожее.
– Кто из хирургов использует трехмерную печать чаще всего?
– В Майо трудятся множество хирургов, специализирующихся в разных областях, и многие их них фактически являются движителями нашего развития. Они приходят и говорят: «Я хочу вынуть опухоль такой-то локации, но через небольшой разрез. Вы можете сделать мне модель?»
От самой первой модели до сегодняшнего дня трехмерная печать помогает проводить предварительное хирургическое планирование. Она позволяет собраться вместе, скажем, хирургу-ортопеду, а также его коллегам, специализирующимся на проблемах ЖКТ, гинекологии, и обсудить конкретный медицинский случай, имея перед глазами проблемную часть тела пациента в натуральную величину.
Я оперирую детей со сколиозом, и потому сначала мы создавали модели позвоночников для более сложных пациентов. В конце концов, все хирурги клиники оценили этот подход. Они начали понимать, что это удобно не только для врача при предоперационном планировании, но также полезно для пациентов. Используя трехмерную визуализацию, можно доходчиво объяснить пациентам, что не так с ними или с их ребенком.
– С какими проблемами вам пришлось столкнуться при создании программы?
– Принтерам необходима вентиляция. Они работают с полимерами, поэтому в помещении должна быть вытяжка воздуха. Инфраструктура больниц не предусмотрена для таких систем, поэтому мы сейчас работали со специалистами над переоборудованием помещений.
Сейчас наше производство трехмерных моделей занимает тысячи квадратных футов. Мы делаем это не только для Рочестера, но для медицинских учреждений всего Майо. Мы запустили печатные программы на дополнительных площадках в Джексонвиле, Флорида, и в Скотсдейле, Аризона. Но головное производство находится здесь. Вместо установки трехмерных принтеров повсеместно мы решили реализовать централизованный подход.
Так как мы вошли на рынок трехмерной медицинской печати на его ранней стадии, нам пришлось разработать программы контроля качества, чтобы гарантировать точность выполнения изображения. Вы должны быть уверены, что принтер печатает объекты правильного размера. Сотрудничая с Обществом производства в инженерии (Society of Manufacturing in Engineering) и группами, использующими трехмерную печать в других отраслях, мы создали все необходимые стандарты. Ошибка в хирургии имеет огромное значение, и если мы отправим что-нибудь неправильного размера в операционную, это может привести к фатальным последствиям. Поэтому с самого начала работы лаборатории мы особо сосредоточены на качестве и безопасности.
На фото: Анатомически точная 3D модель, выполненная в Клинике Майо
Пока мы не получаем компенсацию за трехмерные модели, но приоритетный принцип Майо заключается в том, что интересы пациента стоят на первом месте. Сначала мы печатали все модели на безвозмездной основе, но по мере того, как были собраны доказательства, что их применение улучшает результаты лечения, решили предложить эту услугу на рынке.
– Как будет развиваться трёхмерная печать?
– Для использования этой технологии нужны талантливые хирурги. Трехмерная печать – это еще один инструмент в их распоряжении, позволяющий быть инновационными. С помощью моделей они могут проводить операции, которые иначе были бы неосуществимы, делать хирургические вмешательства менее инвазивными и получать лучшие результаты.
Мы работаем с FDA (Управление по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами США) в течение последних трех лет, чтобы помочь в создании нормативных документов. Раз 3D модели начинают использоваться для принятия медицинских решений, необходимо регулирование процесса.
В конечном счете мы попытаемся разработать нормативы для компенсации затрат. Японская система здравоохранения финансирует использование трехмерных моделей в онкологическом лечении, в Англии также начинают рассматривать возможность оплаты. Так что это произойдет когда-нибудь и у нас, сомнений нет.
Кроме того, в трехмерной печати пока существует много узких мест. Программное обеспечение для сегментации неудобно с точки зрения врача, поскольку предназначено в первую очередь для инженеров. Например, вы можете получить изображение взрослой кости всего лишь за несколько кликов. Но если мы хотим, чтобы она была с артериями, венами, опухолью, на сегментацию уйдет четыре часа. Думаю, развитие программного обеспечения будет идти по пути повышения эффективности трехмерной печати в сложных случаях в онкологии и кардиологии.
Следующим шагом должна стать печать каркаса, который вы помещаете в тело для того, чтобы кость росла вдоль него. Такие испытания уже проведены на крупных животных и вскоре будут осуществлены на человеке. Есть попытки печати кожи. Возможность биопечати костей, хрящей или, по крайней мере, каркаса, вдоль которого они будут расти, – это большое дело.
Мы твердо верим, что трехмерная печать должна развиваться под эгидой радиологии. Радиологи лучше всех разбираются в диагностических изображениях, лучше всех знают анатомию и лучше всех понимают, где локализованы опухоли. Мы должны быть теми, кто занимается сегментацией. Если трехмерные принтеры будут появляться, как грибы, в каждом отделении, без проверки качества, это приведет к бесконтрольности процесса. И в конечном итоге – к медицинским ошибкам.
