Beth Ripleyová běžela po chodbě k kardiologovi s čerstvým srdcem v rukou.
Ukazoval mu to, vzal to a začal to obracet, kontrolovat a zkoumat to. Kardiolog okamžitě poznal, že měsíce plánování musí být odloženy stranou. Zpět k tabuli.
Srdcem, o které se jedná, byl trojrozměrný 3D model skutečného tiketu pacienta, horký z lisů v Brigham a ženské nemocnici v Bostonu v Massachusetts. Ripley, radiolog, spolu s radiologem Mikeem Steignerem vytvořil model pro kardiologický tým poté, co se digitální modely ukázaly jako neúčinné pro vizualizaci chirurgického přístupu. Jakmile kardiolog dostal ruce do makety na základě údajů z CT skenů, problém byl jasný jako den.
Pouhým pohledem na model si uvědomil, že přístup k zákroku by se pravděpodobně musel změnit z minimálně invazivní katetrizace na plnohodnotnou chirurgii otevřeného srdce. Ve skutečnosti se jeho tým vyhnul potenciální komplikaci, která byla bez fyzického modelu nepředvídatelná.
Ripley a Tatiana Kelil, další radiologička Brigham a Women, jsou součástí nového úsilí nazvaného 3D tisk pro zdraví, které začalo teprve před pěti měsíci. Je to práce lásky, prováděná ve svém volném čase ve snaze stimulovat diskuse v biomedicínské komunitě 3D tisku. Pracují také s více chirurgy a radiology v Brigham a ženské nemocnici, studují, jak podrobné 3D modely skutečných anatomií pacientů mohou pomoci snížit komplikace spojené s chirurgickým zákrokem a léčbou a také zlepšit schopnost pacientů být jejich nejlepšími obhájci.
"Chtěli jsme vytvořit místo pro pacienty a vědce, aby se podělili o nápady, jak nejlépe využít 3D tisk v medicíně, " říká Ripley. "V rukou správných lidí to může být extrémně silný nástroj."
3D skenování srdce (3D tisk pro zdraví) 
3D sken mozkové mrtvice (3D tisk pro zdraví) 
3D sken ledviny (3D tisk pro zdraví) Tým je motivován svými pacienty a touhou po nich udělat skutečný rozdíl. Někdy to znamená pomoci pacientovi lépe porozumět jeho nemoci nebo patologii; někdy to pomáhá chirurgovi vyvinout pevně choreografovanou hru pro hru pro nadcházející postup.
"Zeptali jsme se chirurgů, co je udržovalo v noci, " říká Kelil. "Potřebovali pomoc s vizualizací anatomie pacienta nebo sdělením postupu pacientovi?" Nechceme tisknout model jen proto, že je tisknutelný - musí mít utilitu. “
Brigham and Women není první lékařská instituce, která 3D tisk tímto způsobem používá. Zdravotnické dodavatelské společnosti používají 3D tištěné anatomické modely k navrhování lepších prototypů zařízení, včetně srdečních chlopní a protetik; Národní ústavy zdraví udržují výměnu tisku, kde jsou modely volně k dispozici ke stažení. To, co odlišuje úsilí Brigham a ženské nemocnice, je to, že navrhují a provádějí studie o tom, jak předtištěné tištěné modely dělají rozdíl ve zkrácení času a komplikací při operaci.
Tým se zaměřuje na dva postupy ve spojení s dalšími lékaři v Brighamu a ženské nemocnici - minimálně invazivní náhradu aortální chlopně a robotickou resekci ledvinového nádoru, kde se každá sekunda počítá po sevření cév. Mít 3D model pacientovy aorty před operací umožňuje lékařům zvolit si ventil, který přesně sedí; pro ledviny model poskytuje chirurgům lepší vizualizaci umístění nádoru, čímž minimalizuje poškození tkáně sníženým průtokem krve do orgánu během chirurgického zákroku.
"Při minimální invazivní výměně chlopně se intervenční odborníci nedostanou k otevření hrudníku a fyzicky změří ventil, aby se ujistili, že sedí, " říká Ripley. "V současné době jediný způsob měření, který je u 2D obrazu, ale ani u nejlepších obrázků to není vždy snadné."
Tým úzce spolupracuje s Jamesem Weaverem a Ahmedem Hosnym, odborníky na 3D tisk ve vysokém rozlišení na Institutu biologie inspirovaného biologickým inženýrstvím na Harvardské univerzitě. stávající skenování ke snížení expozice pacientů zbytečnému dalšímu záření.
Zubní lékaři to dělají roky. Když ztratíte korunu zubu, vyrobí náhradu; nic méně než perfektní střih může poškodit okolní zuby a podkladovou kost. S 3D tiskem tým vidí, jak se personalizovaná medicína dostává do hlavního proudu.
"Skutečně se zajímáme o vytvoření léčby specifické pro pacienta, " říká Hosny. "Chceme pro vás vytvořit nejvhodnější řešení, a v ideálním případě to znamená provádět měření, posílat je výrobci zdravotnických prostředků a získat zpět něco, co se přesně hodí pro každého pacienta."
A skupina si myslí, že lékařské 3D modely mají aplikace v běžných onemocněních, nejen pro vzácné nebo komplikované postupy.
Beth Ripley (vlevo) a Tatiana Kelil (vpravo) vysvětlují proces anatomických modelů 3D tisku účastníkům v National Maker Faire minulý víkend ve Washingtonu, DC (3D tisk pro zdraví) 
(3D tisk pro zdraví) 
(3D tisk pro zdraví) 
(3D tisk pro zdraví) 
(3D tisk pro zdraví) 
(3D tisk pro zdraví) 
(3D tisk pro zdraví) 
Kelil (zcela vlevo) a Ripley (druhý zleva) se připojili spoluhráči James Weaver (druhý zleva) a Ahmed Hosny (zcela vpravo), z Wyssova institutu pro biologicky inspirované inženýrství na Harvardské univerzitě. (3D tisk pro zdraví) Vytvořili řadu modelů, které ukazují účinky „Top 10 Killers“, aby demonstrovaly, jak by 3D tisk mohl být užitečný pro přiblížení se kardiovaskulárním onemocněním, rakovině, CHOPN, traumatu, mrtvici, Alzheimerově chorobě, cukrovce, pneumonii a chřipce, ledvinám a sebevraždě . Na nedávném programu National Maker Faire ve Washingtonu, DC, se členové procházeli kolem stolku, zvedali mozky a nohy a srdce, zatímco Ripley, Kelil, Hosny a Weaver se střídali a vysvětlovali proces výroby modelů a jejich potenciální výhody pro zdravotní péči.
Tým doufá, že jejich úsilí povede k léčbě specifické pro pacienta. Jako příklad lze uvést Steven Keating, výzkumný pracovník MIT, který byl v roce 2014 diagnostikován s velkým mozkovým nádorem. Keating byl aktivní ve spolupráci s Weaverem a Hosnym na vizualizaci nádoru ve 3D, zatímco jeho chirurg Ennio Chiocca je požádal o tisk speciálně tvarované repliky.
3D modely pomáhaly Keatingovi lépe porozumět rozsahu nádoru a poskytovaly silné vizuální pomůcky pro komunikaci jeho diagnózy s jeho rodinou, přáteli a kolegy vědci. Jeho zkušenosti také pomohly zvýšit informovanost široké veřejnosti o vzdělávací síle biomedicínského 3D tisku.
V ideálním případě skupina předpokládá, že pacient bude schopen vzít skenovaná data k lékaři a mít model vyrobený z tohoto orgánu nebo tkáně - pro jakýkoli postup. V současné době většina pojistných plánů nepokrývá náklady na výrobu modelů, ale Kelil říká, že pokud budeme i nadále dokazovat své nástroje v diagnostice, léčbě a snižování nákladů, které se mohou v blízké budoucnosti změnit. Srdce Ripley vydělalo asi 200 dolarů na materiál a práci.
Pokud má pacient zájem o získání 3D tištěného modelu, měl by přinejmenším okamžitě požádat o digitální obrázky, radí Ripley. Tyto obrázky se mohou hodit po silnici.
"Pacienti by měli mít přístup ke svým vlastním údajům, " říká Kelil. "Je to jejich vlastní anatomie."
Joseph Madsen, docent neurochirurgie na Harvardské lékařské fakultě a ředitel programu epilepsie v Bostonské dětské nemocnici, také nedávno využil fyzického modelu mozku pacienta, na kterém by pracoval. Podařilo se mu na modelu provést suchý průběh operace, což byl komplikovaný postup.
"Dosud nejsme úplně tam pro rutinní použití v chirurgii, ale musíme na tom každý den pracovat, " říká Madsen. Myslí si, že to bude nějakou dobu trvat, než tento postup dozraje.
Madsen má zvláštní porozumění světu 3D modelování: Jako střední školu byl jeho prvním laboratorním poradcem student postgraduálního studia informatiky v Utahu, který experimentoval s počítačovou animací. V té době, na počátku 70. let, se jednalo o hluboké nové využití výpočetní síly, v době, kdy byly počítače stále pomalé monstrum. Téměř o dvě desetiletí později, Madsenův poradce Ed Catmull, spoluzakládal Pixar Animation Studios.
"Ed měl vizi 3D objektů, které by mohly být použity v zábavě, a ještě to trvalo 20 let mezi tím a výrobou Toy Story, " říká Madsen. „Důležitá je vize, jak bude aplikace [3D tisku] vytvořena. To je to, co s tím uděláte, jak s tím manipulujete. Jsem velmi nakloněn rozšíření technologie, ale bude vyžadovat spoustu opravdu promyšleného vyhodnocení a užitečnosti od chirurgů. “
