3D-технологии в российской медицине. Блиц-опрос. Часть 3

В первой и второй части блиц-опроса, посвященного 3D-технологиям в медицинской деятельности, мы приводили мнения производителей и поставщиков оборудования. По традиции после изготовителей устройств мы направились к пользователям — результаты нашего исследования были бы неполными без комментариев представителей больниц и лечебных центров. К сожалению, медики были менее активны, чем производители, и ответов мы получили меньше, чем хотелось. Однако почти все комментарии получились весьма подробными и обстоятельными. Итак, 3D-технологии в российской медицине — взгляд медицинских работников.

3Dpulse.ru: Как применяются 3D-технологии (3D-сканирование, 3D-моделирование, 3D-печать) в Вашем медицинском учреждении?

Михаил Головин, руководитель лаборатории инновационных технологий протезирования ФГБУ СПб НЦЭПР им. Г.А. Альбрехта Минтруда России:

3D-технологии мы применяем для разработки новых технологий в протезно-ортопедической отрасли. 3D-сканирование в нашем центре применяется для получения цифровой модели гипсового слепка, по которой моделируется протезно-ортопедическое изделие. Путем 3D-моделирования мы получаем шаблоны для проведения операций, макеты, ортопедические аппараты (ортезы, ортопедические стельки), приемные гильзы, детали протезов, технологическую оснастку. 3D-печать смоделированных деталей производится у сторонних организаций по различным технологиям разными материалами, что экономит финансы, но не всегда экономит время.

Роман Горбатов, врач травматолог-ортопед, руководитель лаборатории аддитивных технологий ФГБУ «ПФМИЦ» Минздрава России, член правления Ассоциации специалистов по 3D печати в медицине :

Основные направления применения аддитивных технологий 3D-печати в ФГБУ «ПФМИЦ» Минздрава России:

• Индивидуальные костнозамещающие имплантаты, которые применяются при оперативном лечении больных с костными опухолями. Их преимуществами являются возможность замещения дефектов любой сложности, формы и размеров, которые возникают после удаления опухоли, быстрые сроки изготовления (от 3 часов до 2 дней), высокая прецизионность (более 100 микрон). Имплантаты создаются из костнозамещающего материала, что обеспечивает возможность врастание в них собственной костной ткани пациента. Уже выполнено несколько десятков операций с использованием разработанных имплантатов, что позволило сохранить жизнь пациентам и избежать ампутации.
• Индивидуальные направители для операций, которые позволяют их выполнять максимально точно и быстро.
• Индивидуальные спейсеры (эндопротез, в составе которого имеется костный цемент с антибиотиком) для эндопротезирования тазобедренного и коленного суставов. Они применяются в случае возникновения инфекционных осложнений после первичного эндопротезирования.
• Макеты для предоперационного планирования, которые позволяют отрепетировать операцию еще на предоперационном этапе и быть готовым к осложнениям, которые могут возникнуть в операционной.
• Макеты для обучения студентов, ординаторов, врачей.
• Эластичные имплантаты для замещения отсутствующих органов (Н-р, ушной раковины), которые имплантируются под кожу, мышцы и не позволяют отличить их от настоящих.
• Индивидуальные титановые имплантаты.
• Ортопедические изделия, включая индивидуальные стельки, ортезы. Использование ортезов позволяет у многих пациентов полностью отказаться от применения неудобных гипсовых повязок. А индивидуальные стельки обеспечивают не только максимальный комфорт при их ношении, но и обладают не только профилактическим, но и лечебным эффектом, так как создаются с применением высокоточных датчиков с барорецепторами.
• Образцы для проведения научных исследований, в том числе с применением клеточных технологий

Артем Резник, врач травматолог-ортопед ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава России:

Применяем все три вида 3D-технологий. 3D-сканирование используем для индивидуального протезирования с использованием силиконов. 3D-моделирование используется для планирования операций, создания кастомизированных имплантатов. 3D-печать осуществляем из пластика для планирования операций(сложные дефекты таза, бедра, культи конечностей) и из медицинского титана путем лазерного сплавления порошка (создание имплантатов для оссеоинтеграции в культи конечностей, имплантаты при дефектах таза, бедра)

Александр Агеенков, руководитель клиентского отдела компании StarSmile:

Наша компания использует 3D-технологии абсолютно на всех этапах производства элайнеров Star Smile.

• С помощью 3D-сканеров, мы сканируем слепки зубов всех наших клиентов/
• С помощью собственного ПО мы проводим 3D-моделирование – виртуальный процесс пошагового перемещения зубов от исходного положения в планируемое. С помощью этого же ПО мы понимаем сколько элайнеров потребуется для каждого конкретного случая, точный срок лечения, а так же 3D-модель будущей улыбки пациента, еще не начав лечение!
• Для производства самих элайнеров мы используем самые современные 3D-принтеры, на которых мы печатаем пластиковые модели, на основе которых и изготавливаются каппы.

Ярослав Рукин, доцент кафедры травматологии, ортопедии и хирургии катастроф Первого МГМУ им. И. М. Сеченова

В нашем учреждении 3D-технологии применяются по следующим направлениям:

• Печать моделей таза пациентов из гипса или пластика. Данные модели позволяют весьма точно спланировать методы реконструкции вертлужной впадины, особенно в сложных случаях первичного и ревизионного эндопротезирования тазобедренного сустава.
• Печать моделей и дальнейшее создание силиконовых форм для сложных спейсеров тазобедренного и коленного суставов в случае больших костных дефектов.
• Печать индивидуальных имплантов для ревизионного эндопротезирования тазобедренного сустава.

Юрий Аляев, завкафедрой урологии Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, член-корреспондент РАН, председатель Российского Общества Урологов, профессор:

3D-технологии нашли широкое применение в повседневной практике урологической клиники Сеченовского университета на протяжении последних 10 лет. 3D-сканирование осуществляется путем совмещения 4 фаз МСКТ с целью последующего углубленного изучения топографо-анатомических особенностей почки и патологического процесса. Полученная информация находит свое применение в планировании оперативных пособий при различных заболеваниях, таких как опухоль почки, коралловидный нефролитиаз, гидронефроз и заболеваниях аномалийных почек.

3D-изображение, так называемая, компьютерная модель органа формируется в результате обработки и анализа результатов компьютерной томографии с помощью специальной программной платформы для визуализации 3D-образов. Интегрированные 3D-изображения подвергаются подробному анализу в различных режимах – воссоздание интраренальных структур с удалением почечной паренхимы, изучение интраренальной анатомии во взаимоотношении с патологическим процессом (опухолью, камнем, кистой и т.д.).

На протяжении последних 4 лет на базе Клиники урологии им. Р.М. Фронштейна и кафедры урологии Сеченовского университета проходит внедрение разработанной совместными усилиями методики 3D-печати полноразмерных моделей при раке почки и коралловидном нефролитиазе.

3Dpulse.ru: Какие преимущества дает использование 3D-технологий в Вашей деятельности?

Михаил Головин, руководитель лаборатории инновационных технологий протезирования ФГБУ СПб НЦЭПР им. Г.А. Альбрехта Минтруда России:

Применение 3D-технологий повышает качество готового изделия, позволяет произвести анализ процесса изготовления с целью выявления и коррекции ошибок при моделировании и изготовлении, минимизировать время приема пациента, облегчить физический труд техника. Появляется возможность изготовления сложных конструкций, создание которых в традиционных технологиях связано с искусством и опытом мастеров.

Роман Горбатов, травматолог-ортопед, руководитель лаборатории аддитивных технологий ФГБУ «ПФМИЦ» Минздрава России, член правления Ассоциации специалистов по 3D печати в медицине :

Благодаря 3D-технологиям появилась возможность улучшить качество жизни пациентов, а также результаты их лечения, многим больным выполнить органосохраняющие операции.

Артем Резник, врач травматолог-ортопед ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава России:

Точное планирование операции, возможность индивидуально подобрать имплантат и его дизайн, оценить 3D-картину перед операцией.

Александр Агеенков, руководитель клиентского отдела компании StarSmile:

Безусловно 3D-технологии Star Smile – это настоящее и наше будущее, которые дают нам максимальную точность, скорость и качество на каждом этапе производства.

За счет 3D-технологий еще до приложения каких-либо ортодонтических сил доктор моделирует окончательный результат лечения. На этапе виртуального планирования есть возможность смоделировать несколько вариантов лечения, чтобы окончательно выбрать наилучший. А главное - возможность продемонстрировать пациенту окончательный результат лечения, что значительно повышает его мотивацию.

Так как Star Smile имеет собственный 3D-софт, то мы постоянно его дорабатываем, в отличии от конкурентов,которые работают на покупном ПО и не могут вносить доработки и новые функции при необходимости.

Ярослав Рукин, доцент кафедры травматологии, ортопедии и хирургии катастроф Первого МГМУ им. И. М. Сеченова

Более точное выполнение операций. Индивидуальные импланты в случаях, когда ситуацию нельзя разрешить обычными методами.

Юрий Аляев, завкафедрой урологии Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, член-корреспондент РАН, председатель Российского Общества Урологов, профессор:

С помощью 3D-моделирования осуществляется планирование предполагаемой операции, определяется вид резекции почки, вид расширенной операции, доступ к коралловидному камню или вид реконструктивно-пластических пособий.

Персонифицированные модели почки позволяют не только создать визуальный образ органа, но и в реалии осуществить тренировочную операцию, особенно у пациентов с наиболее сложным оперативным пособием (при раке или коралловидном камне единственной почки, при 2-сторонннем процессе).

Все наши научные разработки и труды представлены в многочисленных публикациях, изданиях и докладах, в том числе на международных конгрессах. Наиболее глубоко и подробно возможности применения 3D-технологий изложены в монографии под названием «3D технологии при операциях на почке. От хирургии виртуальной к реальной» (2014 г.), книгах «Операции при опухоли почки. Прошлое, настоящее, будущее» (2015 г.) и «Мочекаменная болезнь, современный взгляд на проблему» (2017 г.). Все указанные книги изданы под редакцией Ю.Г. Аляева и П.В. Глыбочко.

3Dpulse.ru: В каких областях отечественной медицины 3D-технологии сейчас применяются наиболее активно?

Михаил Головин, руководитель лаборатории инновационных технологий протезирования ФГБУ СПб НЦЭПР им. Г.А. Альбрехта Минтруда России:

Основные области применения — имплантаты для эндопротезирования, устанавливаемые на срок до полугода, протезно-ортопедические изделия, технологическая оснастка, инструменты для проведения операций, детали конструкций медицинского оборудования.

Роман Горбатов, травматолог-ортопед, руководитель лаборатории аддитивных технологий ФГБУ «ПФМИЦ» Минздрава России, член правления Ассоциации специалистов по 3D печати в медицине :

Травматология-ортопедия, нейрохирургия, стоматология, реконструктивно-пластическая хирургия, урология.

Александр Агеенков, руководитель клиентского отдела компании StarSmile:

Мир развивается, и технический прогресс не стоит на месте, это относится и к медицине, с каждым днем внедряются и применяются новые компьютерные 3D-технологии в стоматологии, что позволяет более точно рассчитать и предсказать лечение.

На мой взгляд данные технологии чаще всего встречаются именно в стоматологии, а именно, в ортопедии и, на втором месте, в ортодонтии. Если раньше коронки вытачивали вручную, то на смену зубным техникам пришли 3D-технологии, что дало серьезный скачок в скорости и точности при производстве коронок, тоже самое и в ортодонтии.

Ярослав Рукин, доцент кафедры травматологии, ортопедии и хирургии катастроф Первого МГМУ им. И. М. Сеченова

Ортопедия, нейрохирургия.

Юсеф Хесуани, соучредитель, управляющий партнер лаборатории биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions :

Если говорить о медицине в целом, то сегодня 3D-технологии достаточно широко распространены. Например, 95% слуховых аппаратов (их внутренняя часть) производится методами 3D-принтинга, с учетом анатомической структуры слухового прохода каждого отдельного пациента.

Кроме того, в последнее время активно на 3D-принтерах печатаются импланты и крупные суставы, и это уже достаточно рутинный процесс для мирового здравоохранения. Также на 3D-принтере осуществляется печать протезов, особенно для растущих детей, которым нужно заменять их с определенной периодичностью. Такие протезы часто выпускаются с разным дизайном и дополнительными функциями – например, с установками для джойстиков к игровым приставкам или для управления коптерами. Такой протез становится не чем-то постыдным, а, наоборот, предметом гордости. Некоторые компании даже стилизуют свою продукцию под голливудские блокбастеры (например, под руку Железного человека), чтобы ребенку было, чем похвастаться. Я считаю, что это очень правильная, хорошая идеология.

Кроме травматологии и ортопедии 3D-печать используется и в других направлениях медицины. Так, на сегодняшний день есть примеры успешных операций для расширения дыхательных путей у детей, в которых используются специальные вставки из биоразлагаемого материала, напечатанные на 3D-принтере.

Что касается лабораторной диагностики, то подобные технологии могут использоваться не для собственно проведения исследований, а для обучения студентов и младшего персонала. На 3D-принтере, в частности, можно распечатать и микропипетку, и даже небольшие центрифуги, и некоторое другое лабораторное оборудование. Конечно, на сегодняшний день, оно не такое точное, как производимое в промышленных масштабах, но его вполне достаточно для того, чтобы объяснить и показать принципы работы обучающемуся персоналу.

Юрий Аляев, завкафедрой урологии Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, член-корреспондент РАН, председатель Российского Общества Урологов, профессор:

Основными направлениями применения данных технологий в медицине стали печать имплантатов, медицинских аппаратов и шаблонов, а также биопринтинговые технологии. Если последние находятся в настоящее время на этапе исследования и разработки, то другие применяют в различных областях медицины. Известны труды применения 3D-принтинговых технологий в травматологии, ортопедии, пластической хирургии и кардиохирургии.

3Dpulse.ru: Что тормозит повсеместное внедрение 3D-технологий в медицинскую деятельность? Какие меры необходимо предпринять, чтобы ускорить этот процесс?

Михаил Головин, руководитель лаборатории инновационных технологий протезирования ФГБУ СПб НЦЭПР им. Г.А. Альбрехта Минтруда России:

Оборудование для аддитивных технологий с каждым днем становится доступнее, растут скорость печати и качество сканирования, постоянно появляется новое ПО. Открываются и ширятся фермы 3D-печати. Количество применяемых материалов растет с каждым днем. К замедляющим факторам можно отнести следующие:

• отсутствие фундаментальных исследований. Внедрение 3D-технологий в медицину открыло новый этап в лечении и реабилитации. Но процесс их применения не должен быть бездумным, навредить некачественным изделием или применением технологии, чья эффективность не доказана, очень просто. Исследования, эксперименты, наука — эти процессы не должны отходить на второй план при внедрении 3D-технологий;
• основным фактором, ограничивающим применение аддитивных технологий, является отсутствие методической базы - на стыке медицины и аддитивных технологий получается высокая вариативность используемых методов и средств. Изготовление продукта происходит по принципу «я считаю, что так будет лучше, потому что я так думаю» вместо «я знаю, что необходимо обеспечить именно такое положение элементов в изделии, обеспечить именно такие механические/физические свойства, поэтому делаю так». Восполнение этого пробела в протезно-ортопедической отрасли является одним из приоритетных направлений работы нашего института;
• приобретение сканирующего и печатающего оборудования организациями с целью освоения бюджета - такой шаг только добавляет головной боли сотрудникам, которые будут работать на нем, т.к. необходимо отбивать стоимость оборудования, тратить на это время и силы, что не каждый готов себе позволить. Также на практике некоторые организации осознают, что внедрение 3D-технологий может коренным образом изменить технологическую цепочку только после установки и апробации оборудования на собственном производстве, но в силу финансовых или других ограничений не могут позволить себе столь кардинальных перемен. И оборудование простаивает, со временем приходит в негодность;
• отсутствие квалифицированных кадров, а также возраст сотрудников - некоторые технологии не могут быть массового внедрены, т.к. часть медицинских работников привыкла работать по старинке, а набор молодых сотрудников для работы с современным оборудованием не может позволить себе организация;
• продолжаются поиски, подбор и разработка материалов, подходящих под конкретные технологические или эксплуатационные задачи. Например, внедрение нового, более подходящего, материала может потребовать большей температуры сопла, что приведет к необходимости покупки нового оборудования, а это проблематично. Также каждую неделю появляются новые технологии 3D печати, а существующие технологии открывают новые горизонты из-за появления новых материалов и принтеров - освоение одной технологии и затачивание процесса под нее может привести к отставанию; например, появление возможности печати по SLA технологии со скоростями FDM печати с сохранением качества открывает новые горизонты. Постоянный мониторинг новостных агрегаторов, сайтов и групп в социальных сетях позволяет быть в курсе быстро меняющегося мира 3D-технологий.

Роман Горбатов, травматолог-ортопед, руководитель лаборатории аддитивных технологий ФГБУ «ПФМИЦ» Минздрава России, член правления Ассоциации специалистов по 3D печати в медицине :

Отсутствует коллаборация потребителей 3D-технологий (лечебные учреждения), ученых и производителей материалов и оборудования для 3D печати. Недостаточно развита популяризация аддитивных технологий среди врачей и пациентов.

Одним из мероприятий, направленных на решение вышеуказанных проблем, было создание в 2016 г. Ассоциации специалистов по 3D печати в медицине. В настоящее время членами Ассоциации являются крупные медицинские учреждения, медицинские компании, производители материалов и оборудования для 3D печати, врачи, ученые, IT-специалисты и многие другие. Открылся сайт Ассоциации, который является интернет платформой, уже в настоящее время объединяющей многих специалистов по 3D-печати в медицине.

Благодаря совместной деятельности членов Ассоциации появилось много научных проектов, которые уже интегрированы в практическое здравоохранение и поддержаны Минздравом. И одной из мер, которая позволит ускорить процесс повсеместного внедрение 3D-технологий в медицинскую деятельность, является увеличения числа таких совместных, междисциплинарных проектов (в которых участвуют не только врачи, но и физики, химики, программисты и др), а также дальнейшее развитие и популяризация Ассоциации.

Александр Агеенков, руководитель клиентского отдела компании StarSmile:

Безусловно, 3D-технологии замещают привычный ручной процесс, но это происходит не так быстро, как бы хотелось, постольку требует больших финансовых вложений. Не менее важны идея и четкое видение того, что ты хочешь и как ты сможешь это использовать в своем бизнесе, ну и, конечно, взаимопонимание и слаженность команды!

Ярослав Рукин, доцент кафедры травматологии, ортопедии и хирургии катастроф Первого МГМУ им. И. М. Сеченова

Усилить взаимодействие между специалистами, занимающимися 3D-планированием и печатью.

Юсеф Хесуани, соучредитель, управляющий партнер лаборатории биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions:

Пока распространение 3D-технологий скорее нишевое. Это естественно: поначалу любая новая технология очень дорога, но чем больше людей в нее вовлекается, тем более доступной она становится. Несмотря на стоимость, 3D-печать отлично работает, когда требуется массово производить уникальные и индивидуализированные вещи, и здесь у нее отличные перспективы.

Юрий Аляев, завкафедрой урологии Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, член-корреспондент РАН, председатель Российского Общества Урологов, профессор:

Несмотря на все достижения и открытия в данной сфере, 3D-технологии пока не нашли повсеместное внедрение в медицинской практике. Вероятно, это обусловлено классической кривой циклов развития технологий, когда наблюдается серьезный разрыв между появлением технологии и возможностью ее реализации, что объясняет высокую себестоимость производства и как следствие отсутствие ее повсеместного применения. Также возможно сказывается отсутствие общего «языка» на стыке специальностей, что приводит к недостаточному выбору или не отвечающему всем требованиям программного обеспечения для медицинских целей в сфере 3D-моделирования.

Началом решения существующих проблем мы видим в формировании специалистов высокой квалификации в сфере компьютерных технологий с владением определенных медицинских знаний, что позволит создавать профильный софт, отвечающий всем медицинским потребностям. Промышленные масштабы развития 3D-принтинговых технологий и их широкое распространение в конечном итоге позволит сократить его себестоимость и затраты на производство модели органа или имплантата, что логично позволит применять их повсеместно. Единственный путь к поставленной цели – непрестанное движение вперед.

Благодарим за участие в блиц-опросе представителей ФГБУ СПб НЦЭПР им. Г.А. Альбрехта Минтруда России, ФГБУ «ПФМИЦ» Минздрава России, ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава России, Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, компаний StarSmile и 3D Bioprinting Solutions