28 dni w 24 godziny – wykorzystanie modelu 3D w optymalizacji zabiegu chirurgicznego

Druk 3D odgrywa znaczącą rolę we współczesnej medycynie. Pozwala on na wykonanie dokładnych modeli anatomicznych struktur pacjenta, które mogą być używane przez lekarzy w celu planowania operacji, a także w trakcie jej trwania. Dnia 26 maja 2020, w Krakowie, miał miejsce nietypowy zabieg, w którym druk 3D miał duży wpływ na dalszy przebieg sytuacji.

Bohaterem zdarzeń był pacjent, w wieku zaledwie czterech tygodni. Zlecone zostały trzy rodzaje badań – tomografia komputerowa, rezonans magnetyczny oraz angio-tomografia komputerowa. Skutkiem, na pozór nieznacznych błędów ludzkich, była konieczność uzyskania dodatkowych informacji, aby postawić słuszną diagnozę.

Wyniki badań zostały dostarczone do fundacji 26 maja 2020 o godzinie 9:16. Stan pacjenta był określany jako ,,ciężki”, a zabieg był planowany na kolejny dzień, na godzinę 9 rano. Zakończenie odprawy lekarskiej z Ordynatorem było zaplanowane na 8:30 tego dnia. Dawało to niespełna 24 godziny na wykonanie segmentacji anatomii pacjenta na podstawie danych otrzymanych w wyniku obrazowania medycznego, sprawdzenie poprawności modelu, przygotowanie go do druku, wydrukowanie i dostarczenie elementu na miejsce operacji, w godzinach szczytu.

Paweł Ozga to pracownik techniczny Krakowskiej Akademii Sztuk Pięknych im. Jana Matejki, wolontariusz fundacji e-Nable Polska, posiadający sześcioletnie doświadczenie w segmentacji obrazów. Przeprowadza on także szkolenia z programów do segmentacji obrazów, takich jak Mimics (firmy Materialise) oraz Simpleware (firmy Synopsys). Paweł Ozga podjął się przygotowania modelu do druku, przeprowadzenia samego procesu wydruku oraz jego dostarczenia do szpitala.

Pierwszym krokiem była ocena diagnostyczna wyników badań radiologicznych, na podstawie stopnia zaszumienia obrazu, rozmycia, ilości wykonanych przekrojów oraz widoczności struktur będących podmiotem wykonywanej pracy. Finalnie wybrano jeden wynik badań obrazowania medycznego, użyty do stworzenia modelu. Następnie, za pomocą programu Mimics, udostępnionego przez Akademię Sztuk Pięknych im. Jana Matejki w Krakowie, wykonano segmentację otrzymanego obrazu.

Model został wydrukowany na drukarce Zortrax Inkspire, zakupionej z prywatnych środków, oraz materiale ,,z odzysku” dedykowanego do drukarki ProJet1200 firmy 3DSystems. Niestety, po trzech godzinach druku, model odkleił się od stolika i konieczne było wykonanie drugiego modelu. Do operacji zostało tylko 8 godzin, zatem wydruk musiał zostać zmniejszony, pozostawiając jedynie mały obszar potrzebny lekarzom do zaplanowania zabiegu.

W środku nocy udało się zdobyć biokompatybilny materiał dedykowany do drukarki Inkspire “Raydent Surgical Guide”, który jest bezpieczny w krótkotrwałym kontakcie z tkankami ludzkimi. Rozpoczęto drugą próbę wydrukowania modelu.

Proces wydruku zakończył się około godziny 8 rano, w dniu operacji. Czasu zostało niewiele, więc model został jedynie wypłukany z resztek żywicy, na usunięcie podpór nie wystarczyło czasu. Po utwardzeniu modelu światłem UV, z wielkim trudem udało się dostarczyć model do szpitala dopiero o 9 rano, w dniu zabiegu.

Wieczorem poprzedniego dnia stan pacjenta pogorszył się. Na szczęście do rana, kiedy miał odbyć się zabieg, uległ on poprawie i wykonanie operacji było możliwe. Model anatomiczny pacjenta trafił do lekarzy na czas, a na spotkaniu neurochirurgów podjęto ostateczne decyzje dotyczące zabiegu. Dzięki technologii addytywnej można było dokładnie zaplanować przebieg operacji. ,,Teraz nie musimy błądzić, tylko możemy operować w ciemno”- mówi dr hab. med. Stanisław Kwiatkowski. Wraz z dr med. Laurą Maryńczak przeprowadzili udany zabieg, a później jeszcze kolejne dwa.

Takie sytuacje doskonale ukazują użyteczność druku 3D w zastosowaniach medycznych. W oparciu o technologię addytywną można dokładnie zaplanować przebieg operacji, dzięki dokładnemu odwzorowaniu patologii. Używając materiałów spełniających wymogi medyczne, po uprzedniej sterylizacji, wydruk może zostać wniesiony na salę operacyjną i być używany w trakcie zabiegu. Dzięki temu praca lekarzy zostaje znacznie usprawniona, a błąd ludzki zmniejszony do absolutnego minimum.