Druk 3D w polskim szpitalu. Olsztyńscy chirurdzy udowadniają, że to ma sens

Czytając newsy z kategorii druku 3D w medycynie zapewne wielokrotnie spotykaliście się z informacjami o modelach anatomicznych i innych pomocach medycznych wykonanych w technologii FFF, które są wykorzystywane w szpitalach w wielu zakątkach świata. Miały one służyć usprawnieniu planowania przedoperacyjnego, polepszyć wyniki operacji, być sposobem na wyjaśnienie pacjentowi zarówno istoty samego schorzenia, jak i procedury leczącej oraz na edukację przyszłych pokoleń lekarzy. Prawie zawsze jednak newsy te dotyczyły szpitali poza granicami Polski.

Czy to Chiny, USA, czy Holandia – wszystko to wydaje się niesamowicie odległe od realiów naszego kraju, wręcz nieosiągalne. A przecież, wbrew obiegowej opinii, polski system opieki zdrowotnej – przynajmniej pod względem nowinek technologicznych i nowoczesnych urządzeń – wcale nie należy do najgorszych, tak jak i uniwersytety medyczne w Polsce nie odbiegają poziomem nauczania od tych zagranicznych. Mimo to w społeczeństwie tkwi przekonanie, że technologie addytywne w medycynie polskiej nie znajdą swojego miejsca jeszcze przez długi czas. Czy słusznie?

Zastanówmy się, jakie przeszkody stoją na drodze używania niskobudżetowego druku 3D w praktyce klinicznej, dlaczego, mimo jego licznych i ważnych zalet, nie widać na szpitalnych oddziałach żadnych drukarek 3D? Pierwszą przeszkodą jest sam personel szpitala, a raczej jego niedobór. Pomimo licznych doniesień ze świata o roli technologii addytywnych w zindywidualizowanym procesie leczenia wielu specjalistów pozostanie wiernych swoim przyzwyczajeniom i metodom, które znają i wykorzystują od lat. Kto powinien zajmować się obsługą drukarki, tworzeniem modeli 3D? Od przepracowanego lekarza trudno oczekiwać chęci do zaznajamiania się z tak obcą mu technologią, a zatrudnienie odpowiednio przeszkolonego technika wydaje się poza możliwościami szpitali.  Większość placówek jest zadłużona i z trudnością znajduje środki na dużo bardziej podstawowe potrzeby. A przecież samo urządzenie, materiały do niego i ewentualne czynności serwisowe kosztują. Czasem możliwe jest zdobycie dofinansowania. Jeśli i to zawiedzie, pozostaje wyłożenie pieniędzy z własnej kieszeni przez samego zainteresowanego. Trzecia sprawa – miejsce. Jeśli mamy i chętnego do obsługi, i pieniądze na zakup, drukarka 3D musi gdzieś stać. Każda niezagospodarowana przestrzeń w szpitalu natychmiast znajduje zastosowanie. Postawienie takiego sprzętu na przykład w gabinecie lekarskim wzbudziłoby protesty personelu ze względu na zapach i hałas, a i byłoby niezgodne z zasadami BHP. Ciężką kwestią jest też konieczność ochrony danych osobowych, która ogromnie utrudnia ewentualne udostępnianie badań obrazowych firmom zewnętrznym w celu wykonania cyfrowego modelu, a następnie wydruku 3D – mimo, że outsourcing w wielu przypadkach byłby najrozsądniejszym rozwiązaniem.

Załóżmy, że znalazła się osoba chętna do wcielenia nowej technologii w życie. Jest skłonna nauczyć się modelowania na bazie badań obrazowych, a i obsługa urządzenia jej nie straszna. Znajduje lekarza, który chce spróbować czegoś nowego i który ma pomysł na praktyczne zastosowanie dla wydruków. Udaje się zdobyć dofinansowanie z UE, dostać sprzęt, albo wejść we współpracę z którymś producentem drukarek 3D. I co dalej?

Wykonany z użyciem druku 3D i odlewu z silikonu model wątroby z guzem nowotworowym kojarzy już niemal każdy. Autor, Jan Witowski, student kierunku lekarskiego z Uniwersytetu Jagiellońskiego, stał się ulubieńcem mediów. Być może stąd wynika przeświadczenie ogromnej części społeczeństwa, że skoro było głośno o jednym takim modelu, to żadne inne nie powstają – przecież jakby powstawały, to ich autorzy też byliby zapraszani do programów śniadaniowych. Niestety media, znudzone wątrobą, nie podchwyciły tematu druku 3D w szpitalach.

Jedynie czytelnicy wybranych portali informacyjnych mieli szansę wyłapać informacje o niektórych mniej medialnych projektach wykorzystujących druk 3D, takich jak bolusy do radioterapii w Szczecinie, modele serc z wadami wrodzonymi w Gdańsku, Rzeszowie, Krakowie czy Bielsku-Białej, czy kości twarzoczaszki w Olsztynie i (znów) Gdańsku. To nie jedyne przykłady, tylko część z tych, o których zaistniała wzmianka w internecie, a i nie każdy oddział szpitalny otwarcie chwali się dostępem do urządzeń i wykorzystywaniem technologii druku 3D. No dobrze, gdzieś coś drukują, ale jak to wygląda w praktyce?

Przyjrzyjmy się pracy Oddziału Chirurgii Szczękowo-Twarzowej Uniwersyteckiego Szpitala Klinicznego w Olsztynie. Większość pacjentów przyjmowana jest tutaj z powodu urazu twarzoczaszki. Rzadziej zdarzają się pacjenci onkologiczni, z nowotworami wymagającymi chirurgicznego usunięcia. Znaczna część chorych nie wymaga specjalnych środków planowania operacji, jednak zdarzają się przypadki wymagające szczegółowego planu postępowania ze względu na duże skomplikowanie operacji, wysokie ryzyko potencjalnych groźnych powikłań, czy wcześniejsze niepowodzenia lecznicze. Tacy pacjenci mogą uzyskać korzyści z druku 3D wykorzystanego w leczeniu.

Nieco ponad 2 lata temu student kierunku lekarskiego CM UWM, Borys Hołub, uczestnicząc  w konferencji naukowej po raz pierwszy usłyszał o wykorzystywaniu druku 3D do planowania operacji przez polskich ortopedów. Kilka miesięcy później poznał równie entuzjastycznie podchodzącą do tematu wykorzystania druku 3d w medycynie dr Annę Dudzińską-Filkiewicz – chirurg z USK w Olsztynie. Tak rozpoczęła się owocna współpraca skutkująca m.in. powstaniem SKN Chirurgii Głowy i Szyi Kalos Kagathos pod opieką prof. dr hab n.med. Andrzeja Kukwy i, co najważniejsze, wdrożeniem w proces diagnostyczno-terapeutyczny technologii druku 3d. W ten sposób niskobudżetowy druk 3D wkroczył do użytku szpitalnego.

Doświadczenie dr Dudzińskiej-Filkiewicz pozwoliło na wybór pacjentów, których operacja wymagała indywidualnego podejścia. Projektowaniem i drukowaniem modeli 3D zajął się Borys Hołub. Modele służyły z kolei chirurgowi do przygotowania się do zabiegów rekonstrukcyjnych.

Jako jedno z ważniejszych zastosowań drukowanych w 3D modeli wymienia się możliwość lepszego przeanalizowania położenia operowanej zmiany. Przykładem może być model żuchwy pacjenta ze zmianą patologiczną – rozległą torbielą zębopochodną niszczącą okoliczną tkankę kostną. Namacalny model ułatwił olsztyńskim chirurgom ocenę sytuacji klinicznej i precyzyjną resekcję zmiany. Przede wszystkim jednak, ponieważ był pierwszym wykonanym na Oddziale wydrukiem, miał nieocenioną wartość edukacyjną.

Lustrzane odbicia są wysoce przydatne, jeśli chodzi o odtwarzanie twarzoczaszki, czy mózgoczaszki. Chociaż kościom często daleko od symetrii, niejednokrotnie taka lustrzana rekonstrukcja to najlepsze, co można zaoferować pacjentowi, który nie miał wykonywanych badań obrazowych przed urazem, czy powstaniem zmiany nowotworowej. Tak też rzecz się ma na przykład z rekonstrukcją oczodołów. Dolna ściana oczodołu może ulec zniszczeniu w wyniku urazu bądź procesu rozrostowego. Kiedy jej nie ma, tkanki oczodołu zapadają się do wnętrza zatoki szczękowej, powodując ból, ograniczenie ruchomości gałki ocznej i dwojenie się widzenia. Istnieje wiele metod jej odtwarzania, a dobór metody zależy od rozległości i rodzaju uszkodzeń.

Jedną z nich jest tytanowa siatka, na której opierałyby się tkanki oczodołu tak, jak na kości. Jedyny problem polega na dopasowaniu jej – można to wykonywać w trakcie operacji, ręcznie doginając i przymierzając do oczodołu pacjenta, jednak skutkuje to niepotrzebną traumatyzacją tkanek, wydłużeniem czasu operacji i nie do końca zadowalającym poziomem dopasowania. Rozwiązaniem tego problemu jest odpowiednie nadanie krzywizny siatce jeszcze przed rozpoczęciem operacji – na wydrukowanym w 3D modelu. Na etapie tworzenia trójwymiarowego modelu połowę twarzoczaszki z uszkodzonymi kośćmi zastępuje się lustrzanym odbiciem strony zdrowej. Siatka w już docelowym kształcie, po sterylizacji oczywiście, trafia na salę operacyjną, gdzie bez niepotrzebnego już przymierzania można wszczepić ją w oczodół pacjenta. Skutkuje to krótszym czasem operacji i szybszym powrotem do zdrowia, przy okazji zmniejsza się ryzyko powikłań wynikających między innymi z nieodpowiedniego kształtu implantu. Oddział w ciągu roku przeprowadził podobne operacje u sześciu chorych, z czego trzech już kiedyś przebyło rekonstrukcję oczodołu zakończoną niepowodzeniem.

Rekonstrukcje na bazie lustrzanego odbicia zdrowej połowy twarzoczaszki znajdują zastosowanie nie tylko w przypadku oczodołów. Ciekawym przypadkiem była koncepcja odtworzenia wyrostka zębowego kości szczękowej. Duży ubytek kostny spowodowany nowotworem złośliwym miał zostać uzupełniony tkanką pobraną z biodra pacjenta. Na podstawie lustrzanego odbicia zdrowej połowy rzutowanej na stronę chorą stworzony został model przeszczepu. Miał ułatwić chirurgom pobierającym kość z biodra uformowanie przeszczepu. Wydrukowany w 3D model przeszczepu pasuje do czaszki jak puzzle. Jego rozmiary są nieco większe niż rozmiar ubytku ze względu na to, że kość po przeszczepie zmniejszy swoją objętość, a musi być jej odpowiednia grubość do założenia implantów zębowych w przyszłości.

Wśród projektów, które ostatecznie nie znalazły przełożenia na wykorzystanie kliniczne, jest forma do wykonania odlewu implantu pokrywy czaszki w ramach współpracy z Kliniką Neurochirurgii. Implant zaprojektowany został przez nałożenie na ubytek kostny odbicia lustrzanego drugiej, nieuszkodzonej połowy mózgoczaszki. Wydrukowane w 3D zostały czaszka pacjenta oraz forma do odlewu implantu, który docelowo powstać miał z PMMA. Projekt ten był raczej sprawdzeniem koncepcji, ponieważ w codziennej praktyce klinicznej na ogół nie ma potrzeby specjalnego wytwarzania modeli w technologii FFF.

Wspomniane wydruki 3D mają nie tylko wartość kliniczną, umożliwiając efektywniejsze planowanie operacji, poprawiając wyniki leczenia i wspomagając komunikację z pacjentem, ale i edukacyjną. Wykorzystanie technologii addytywnych w medycynie staje się coraz częściej omawianym tematem na konferencjach naukowych. Co ważniejsze jednak, wspomniane modele są omawiane na zajęciach ze studentami kierunków medycznych Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego. Służą nie tylko wygodniejszej prezentacji przypadków klinicznych, ale i pokazaniu ogólnych zalet płynących z wykorzystywania druku 3D na oddziałach szpitalnych. Studenci kierunku lekarskiego mają okazję lepiej przyjrzeć się procesowi modelowania i drukowania 3D w ramach koła studenckiego.

Desktopowa drukarka 3D w szpitalu już teraz nie jest tak wielką osobliwością, jak mogłoby się wydawać. Choć w tej chwili technologii FFF używa się względnie rzadko i w niewielu placówkach medycznych w Polsce, duża dostępność względnie łatwych w obsłudze urządzeń oraz systematyczne zwiększanie świadomości przyszłych lekarzy o zaletach, jakie niesie używanie wydrukowanych w 3D modeli w medycynie zindywidualizowanej, mogą w ciągu najbliższych lat zupełnie odmienić sytuację. Ambitnych specjalistów, jak dr Anna Dudzińska-Filkiewicz, jak i ciekawych nowych technologii studentów, jak Borys Hołub, raczej nie zabraknie. Za kilka lat kolekcja wydrukowanych w 3D narządów na półce w pokoju lekarskim nie będzie nikogo dziwić.