Rewolucja w 3D
Autor: Wojciech Kasparek
Kategoria: Diagnostyka obrazowa Artykuł opublikowano w CX News nr 4/54/2015
Przełom wieku XIX i XX dla nauki, kultury i przemysłu był bardzo owocnym okresem. Zaraz po nim nastąpił wiek pary i elektryczności. Czas ten przyniósł wiele istotnych odkryć i wynalazków, bez których niewyobrażalne byłoby funkcjonowanie społeczeństwa w obecnej formie. Kamień milowy dla medycyny – odkrycie promieni RTG – został zauważony w sposób przypadkowy. Trudno sobie wyobrazić, że przypadkowi ludzkość zawdzięcza tak ważną kwestię jak możliwość obejrzenia struktur tkankowych ludzkiego ciała bez konieczności „otwierania” pacjenta.
Podobny przeskok technologiczny nastąpił na przełomie XX i XXI wieku. Mowa w tym przypadku o druku 3D. Jest to stosunkowo młoda branża zapoczątkowana w 1984 roku, która od połowy lat 90–tych nieustannie się rozrasta, znajdując zastosowanie w nowych zaskakujących dziedzinach.
Sam druk 3D ściśle związany jest z technologiami komputerowymi. Przed przystąpieniem do drukowania elementu, konieczne jest jego zaprojektowanie w programie graficznym typu CAD i wyeksportowanie pliku w formacie STL do drukarki. Idea działania drukarki 3D jest podobna do konwencjonalnej drukarki atramentowej, podobnie jak niektóre jej części składowe. Jednak formą, kształtem i sposobem działania bliżej jest jej do obrabiarki sterowanej numerycznie niż domowej drukarki. Po zaimportowaniu pliku do urządzenia możliwe jest wydrukowanie, warstwa po warstwie, żądanego obiektu. Stworzenie projektu w oprogramowaniu graficznym, wraz z połączeniem dokładnego warstwowego druku, daje możliwość wydrukowania elementu o założonych parametrach wytrzymałościowych i wysokiej dokładności.
Druk trójwymiarowy początkowo wykorzystywany był do stwarzania prototypowych konstrukcji, elementów testowych, pośrednich ogniw w procesie opracowywania końcowego produktu. Wraz ze wzrostem dokładności odwzorowań możliwe stało się poszerzenie pola zastosowań tej metody. W obecnej formie metoda znajduje zastosowanie od produkcji prototypowych części, wymagających dodatkowej obróbki, aż po drukowanie produktów spożywczych i medycznych.
Przez lata technologia pierwszego laureata nagrody Nobla była udoskonalana i stymulowała kolejne rozwiązania w zakresie diagnostyki obrazowej. Obecnie w portfolio firmy Siemens, która jako jeden z pionierów diagnostyki obrazowej wprowadza najnowsze technologie do użytku, znajduje się kilka aparatów, które doskonale sprawdzają się w tworzeniu rekonstrukcji 3D.
Siemens Arcadis Orbic 3D to operacyjne ramię C stworzone do interwencji ortopedycznych i traumatologicznych. Głębokość ramienia, duża przestrzeń wolna, oraz generator 2.3kW przekłada się na szybkość, jakość otrzymywanych obrazów oraz wygodę użytkowania. Zastosowane izocentryczne ramię, automatyczny skan sferyczny oraz trójwymiarowa rekonstrukcja obrazu (fot. 1) stwarza przy połączeniu z oddziałową drukarką 3D możliwość szybkiego przygotowania do operacji przez wydrukowanie modelu uszkodzonej kości/ stawu w tzw. „ostrych” przypadkach wymagających szybkiego działania.
W przypadkach wymagających dłuższego zakresu oceny urazu możliwe jest wykorzystanie tomografów komputerowych firmy Siemens np. z rodzin SOMATOM Definition AS, SOMATOM Scope czy SOMATOM Perspective. Już w tym momencie, urządzenia firmy Siemens stosowane są w wielu ośrodkach naukowych jako systemy dostarczające rekonstrukcje struktur medycznych.
Wraz z rozwojem technologii druku poszerzane są możliwości jego stosowania. Jednym z większych osiągnięć było zaprojektowanie i wydrukowanie mózgoczaszki dla 22–letniej pacjentki z Holandii. Kobieta cierpiała na nietypowe schorzenie – tkanka kostna rozrastała się do wewnątrz czaszki, powiększając jej grubość z 1.5 cm do 5 cm. Objawiało się to zanikiem widzenia, zaburzeniami funkcji poznawczych oraz ciężkimi migrenami. Dzięki technologii druku przestrzennego udało się zapewnić odpowiedni implant zastępujący część mózgoczaszki, co uwolniło pacjentkę od postępującej choroby.
Pomóc udało się także mężczyźnie, któremu na skutek choroby nowotworowej trzeba było usunąć części kości twarzy. W to miejsce wydrukowano implant zewnętrzny doskonale imitujący brakującą część twarzy. Przełożyło się to bezpośrednio na poprawę jakości życia oraz kondycji psychicznej pacjenta. W planach wykorzystania druku trójwymiarowego jest również tworzenie tańszych i lepszych protez w zestawach „zrób to sam”, których cena będzie znacząco niższa.
Obecne ścieżki rozwoju technologii skierowane są na możliwość wyprodukowania dowolnych tkanek i narządów, w celu zapewnienia „części zamiennych” dla potrzebujących ich chorych. Naukowcom i firmom ze Stanów Zjednoczonych udało się otrzymać następujące tkanki i jednostki funkcjonalne: tkanka mięśniowa, tkanka nabłonkowa, hepatocyty, struktury naczyń krwionośnych i nerwowych. Ponadto podejmowane są obecnie pierwsze próby wydruku całej nerki czy wątroby. Należy sobie uświadomić, że do momentu stworzenia organu w pełni funkcjonalnego, nadającego się do wszczepienia pacjentowi jeszcze musimy poczekać, lecz obecne dokonania pokazują jak blisko jesteśmy takiej możliwości.
Druk 3D coraz bardziej „wdziera się” do ludzkiego życia – i dobrze! Może w niedalekiej przyszłości realne będzie wydłużenie życia człowieka, zbudowanie domowych „klinik” dla każdej rodziny czy mobilne medyczne kapsuły, mające możliwość wyleczenia żołnierza na polu walki. Koniec czytania! Pora zakasać rękawy i przyczynić się do osiągnięcia wspólnego dobra!