Во время шумихи вокруг 3D-печати, захлестнувшей наше мировое общество, внимание было сосредоточено на крайностях: от настольных машин, которые воплощают в жизнь мечту о домашнем производстве, до крупномасштабных структур, образованных огромные бетонные системы печати. В прессе медицинские истории, в частности, сопровождаются заголовками, в которых говорится, что «3D-печать спасает жизни», а сложные операции по реконструкции лица льются через социальные сети, как будто где-то прорвалась плотина. Затерянные в потоке более тонкие истории, которые не гиперболически защищают технологию как средство мгновенного переворота в нашем мире, а скорее как инструмент для развития нашей цивилизации с течением времени.
В Университете штата Аризона (ASU) исследователь биоинженерии доктор Дэвид Фрейкс не занимается 3D-печатью ткани печени. Вместо этого он и его команда в школьной Лаборатории приложений для обработки изображений продвигают исследования аневризм с использованием передовых технологий и тщательного высокотехнологичного эмпиризма. И хотя 3D-печать играет жизненно важную роль в исследованиях доктора Фрейка, она делает это незаметно, в фоновом режиме, позволяя ученым выполнять столь необходимую работу по улучшению лечения церебральных аневризм.
Аневризма головного мозга возникает, когда кровеносный сосуд в головном мозге ослабевает и набухает от крови, что может привести к разрыву и проникновению в мозг, вызывая повреждение клеток головного мозга. По данным Фонда мозговых аневризм, примерно 1 из 50 человек в США страдает от неразорвавшихся аневризм головного мозга, причем около 30 000 человек в год испытывают разрыв, который может привести к инвалидности и, в случае 15% этих разрывов, к смерти.. Лечение заболевания может включать либо хирургическое клипирование, при котором клипса помещается на шейку аневризмы, чтобы изолировать ее, либо эндоваскулярную спираль, при которой в аневризму вводится платиновая катушка или стент, потенциально полностью заполняя раздутый сосуд и, в свою очередь, вызывая свертывание крови и закупоривая аневризму. Доктор Фрейкс говорит о спиралях и стентах: «Несмотря на преимущества эндоваскулярного лечения по сравнению с обычными хирургическими методами, они часто неэффективны».
Врач поставил перед собой задачу преодолеть препятствия текущего лечения. Частично финансируемый клиникой Майо и Национальным научным фондом, ASU имеет одну из ведущих программ, продвигающих эти методы лечения, с доктором Дэвидом Фрейксом, его аспирантом-исследователем Джастином Райаном и их лабораторией, изобретающими уникальные методы для изучения динамики аневризм. из реальных данных пациента. Чтобы лучше понять, как новые конструкции катушек могут более эффективно блокировать приток крови к аневризме, в лаборатории создали физические копии этих смертельных явлений и подвергли их тщательному экспериментальному тестированию.
Доктор. Лаборатория Фрейкса создала виртуальные модели реальных аневризм для изучения того, как кровь поступает в них и проходит мимо них с помощью программного обеспечения Materialise’s Mimics Innovation Suite, но лаборатории нужно было подтвердить свои вычислительные исследования экспериментальными исследованиями в физическом мире, чтобы убедиться, что их моделирование было точным. Чтобы создать сложную полиуретановую форму, необходимую для изучения кровотока, Фрейкс воспользовался тысячелетней производственной технологией, перенесенной в 21 век с помощью 3D-принтеров Solidscape.
Solidscape существует уже около 20 лет, сначала производя свои восковые 3D-принтеры в 1994 году, а затем приобретенные Stratasys в 2011 году. Преимущества технологии Smooth Curvature Printing® (SCP®) с воском могут быть не очевидны сразу. С помощью машин Solidscape можно изготавливать реалистичные прототипы, но настоящая сила их технологии заключается в возможности изготовления точных форм с высоким разрешением для литья по выплавляемым моделям.
Принтеры со стереолитографией (SLA) и цифровой световой обработкой (DLP) также могут создавать восковые объекты для литья, но, как я узнал, запатентованная технология Solidscape способна создавать толщину слоя как мелкий как 6,25 мкм. Для сравнения, ProJet 1200 от 3D Systems может работать с толщиной слоя 30 микрон, а Form 1+ - с толщиной слоя 25 микрон. А поскольку специальный вспомогательный материал Solidscape для создания поддерживающих структур легко счищается, обнажая идеально гладкий восковой объект, точность и изысканность их отпечатков практически не имеют себе равных. Затем эти отпечатки можно использовать для создания форм для отливки очень тонких металлических предметов, таких как украшения и электронные компоненты.
В случае с доктором Фрейксом и его лабораторией принтер Solidscape был необходим для изготовления полностью прозрачного полиуретанового блока для их исследований. После первого использования Mimics для преобразования данных МРТ (и другого сканирования) аневризмы пациента в восковую 3D-печать с помощью машины Solidscape лаборатория смогла отлить первозданную металлическую сердцевину. Сердечник, изготовленный из низкотемпературного сплава свинца, олова и висмута, впоследствии был помещен в акриловую форму и окружен оптически прозрачным полиуретаном. Наконец, керн был удален под давлением, нагреванием и раствором кислоты.
После того, как вся тяжелая ручная работа была завершена, началась настоящая работа по динамическому тестированию. Используя механические соединители, прикрепленные к обоим концам полиуретанового блока, лаборатория прокачивала твердые частицы жидкости через каналы в блоке и вырезала схемы потока с помощью лазера зеленого света. Вставив различные катушки в блок, чтобы заполнить модель аневризмы, команда смогла определить, как специально разработанная катушка может повлиять на общий кровоток, и подтвердить свои виртуальные симуляции. Например, спирали разного диаметра или изготовленные из специальных материалов могут улучшить закупорку аневризмы кровью.
В беседе с вице-президентом Solidscape по маркетингу и коммуникациям Биллом Далем я узнал, что исследования ASU могут однажды заложить основу для медицинских устройств для конкретных пациентов. Имея 3D-данные мозга пациента и конкретную область, содержащую аневризму, врачи могли лучше определить правильную конструкцию катушки для пациента. В то же время эти модели можно также использовать для подготовки к хирургическому планированию и направления устройства к месту аневризмы.
Как и многие из предлагаемых медицинских приложений технологии 3D-печати для конкретных пациентов, это может быть не реализовано на этой неделе, но использование 3D-печати в этом конкретном примере раскрывает некоторый мощный потенциал технологии, которая не может поставить его в авангарде истории. В некотором смысле эта история отражает подход Solidscape к маркетингу в целом. Как сказал мне Билл, они предпочитают, чтобы истории их клиентов говорили сами за себя. По этой причине Билл и доктор Фрейкс вместе проводили некоторые из своих выступлений на выставках и съездах, причем Билл представлял машину, а доктор брал на себя ее использование в своих исследованиях. Именно поэтому у Solidscape так много интервью с клиентами на их канале YouTube. Билл сказал мне, что они могут использовать аналогичный подход со своей клиенткой Дженни Ву, которая использовала восковую 3D-печать, чтобы отлить действительно изысканное металлическое кольцо.
Доктор. Фрейкс и его команда продолжают использовать преимущества технологий компании в своих будущих медицинских исследованиях, и мы будем держать вас в курсе их инновационных применений 3D-печати. А пока вы можете узнать больше об этой последней работе из видео ниже. И вы можете получить больше информации о Solidscape на их веб-сайте. Или, если вы планируете посетить, вы также можете увидеть Solidscape на предстоящей выставке TCT Show, на которой компания продемонстрирует свой новейший восковой 3D-принтер Solidscape® МАКС2