Trening biopsji piersi pod kontrolą USG z wykorzystaniem druku 3D PolyJet — realistyczne modele anatomiczne w edukacji medycznej
Biopsja piersi pod kontrolą USG to procedura wymagająca doświadczenia, którego nie da się zdobyć wyłącznie z podręczników. Tradycyjne fantomy silikonowe często zawodzą, nie odwzorowują bowiem realistycznie tkanek, ani nie dają wiarygodnego obrazu ultrasonograficznego. Dzięki technologii druku 3D PolyJet możliwe jest tworzenie modeli anatomicznych, które zachowują się jak prawdziwa tkanka piersi z guzem. W artykule opisujemy … Czytaj dalej
Biopsja piersi pod kontrolą USG to procedura wymagająca doświadczenia, którego nie da się zdobyć wyłącznie z podręczników. Tradycyjne fantomy silikonowe często zawodzą, nie odwzorowują bowiem realistycznie tkanek, ani nie dają wiarygodnego obrazu ultrasonograficznego. Dzięki technologii druku 3D PolyJet możliwe jest tworzenie modeli anatomicznych, które zachowują się jak prawdziwa tkanka piersi z guzem. W artykule opisujemy przypadek wykorzystania drukarki Stratasys Digital Anatomy Printer do budowy realistycznego modelu do treningu biopsji.
Potrzeba realistycznych modeli do treningu biopsji
Ultrasonograficznie prowadzona biopsja piersi to procedura, w której liczy się precyzja i doświadczenie operatora. Znaczenie ma realistyczne „czucie” podczas wkłucia igły oraz wiarygodność obrazu USG. Tradycyjne modele silikonowe wykorzystywane w edukacji medycznej mają istotne ograniczenia zarówno pod względem biomechaniki jak i echogeniczności.
Wielu doświadczonych radiologów zgłasza, że igła biopsyjna w takich modelach odbija się nienaturalnie, a objętość materiału pobranego w symulacji jest znacznie niższa niż w warunkach rzeczywistych. W efekcie przyszli lekarze uczą się procedury w sposób daleki od klinicznej rzeczywistości. Odpowiedzią na ten problem jest wykorzystanie technologii druku 3D, a w szczególności rozwiązań PolyJet firmy Stratasys.
Opis projektu: jak powstał realistyczny model piersi z guzem?
Zespół z wydziału radiologii Creighton University School of Medicine w Omaha (Nebraska, USA) postanowił opracować model, który realistycznie odwzorowuje strukturę ludzkiej piersi z obecnością zmiany ogniskowej. Uwzględniono wspomniane wcześniej cechy biomechaniczne (odczucia igły) i odpowiedzi ultrasonograficznej (działanie USG).
„Chciałem stworzyć modele na podstawie danych pacjenta, tak by rezydenci i studenci medycyny mogli trenować na czymś, co rzeczywiście odwzorowuje to, z czym będą pracować u konkretnych pacjentów” — powiedział dr Christian Cox, kierownik katedry radiologii w Creighton University.
Bazą anatomiczną była zdeidentyfikowany skan z rezonansu magnetycznego (MRI), a do modelowania wykorzystano presety z oprogramowania GrabCAD Print od Stratasys:
- Subcutaneous Fat — do odwzorowania tkanki tłuszczowej piersi,
- Solid Internal Organ 6 — jako symulacja zmiany ogniskowej podlegającej biopsji.
Proces produkcji modelu: technologia PolyJet i materiały Digital Anatomy™
Do realizacji projektu użyto drukarki Stratasys Digital Anatomy Printer, która wykorzystuje technologię PolyJet umożliwiającą nanoszenie materiałów o różnej twardości, przezroczystości i teksturze z mikrometryczną precyzją. W połączeniu z presetem Soft DM 400 uzyskano naturalne odwzorowanie powierzchni skóry, zapewniające skuteczne przewodnictwo ultradźwięków przy zachowaniu realistycznego dotyku.
Jednym z wyzwań była konieczność kalibracji urządzeń ultrasonograficznych. Początkowo zmiana była widoczna przy użyciu POCUS (przenośnych ultrasonografów), ale w aparacie klinicznym wymagana była redukcja częstotliwości przetwornika, aby uzyskać efekt zbliżony do tego z prawdziwej tkanki.
Wyniki: porównanie modelu drukowanego z modelem silikonowym
Po zakończeniu produkcji model został przekazany praktykowi mammografii w celu oceny użyteczności.
„W porównaniu z prefabrykowanym silikonowym modelem nasz model 3D daje znacznie lepsze odwzorowanie uczucia wkłucia. Tkanka reaguje bardziej naturalnie, a ilość materiału biopsyjnego jest większa, zupełnie jak u prawdziwego pacjenta” — relacjonuje dr Cox.
Co ważne, model charakteryzował się lepszą echogenicznością, co pozwalało szybciej i precyzyjniej zlokalizować zmianę na obrazie USG.
Wnioski praktyczne i wskazówki z wdrożenia
Podczas procesu opracowania modelu zespół Creighton University sformułował kilka zaleceń dla pracy z technologią PolyJet w wytwarzaniu modeli anatomicznych:
- Dobór materiałów ma znaczenie
Kombinacja Subcutaneous Fat i Solid Internal Organ 6 zapewnia wyraźny kontrast ultrasonograficzny dzięki różnicom echogeniczności.
W projektowaniu modeli do symulacji biopsji pod kontrolą USG trudnością jest uzyskanie prawidłowej echogeniczności materiału, czyli jego zdolności do odbijania fal ultradźwiękowych w sposób zbliżony do tkanek ludzkich. Większość konwencjonalnych filamentów i żywic 3D nie spełnia tych kryteriów — albo nie generują czytelnego obrazu w USG, albo powodują artefakty utrudniające interpretację.
Dopiero zestawienie dwóch materiałów PolyJet stworzyło interfejs o wystarczająco dużym kontraście echogenicznym, pozwalającym na precyzyjne uwidocznienie zmiany w obrazie ultrasonograficznym. To pokazuje, że sukces projektu zależał nie tylko od druku 3D, ale również od zrozumienia fizyki obrazowania i wzajemnego dopasowania technologii.
- Ostrożność przy stosowaniu płynów
Długotrwały kontakt z wodą lub żelem USG może degradować powierzchnię modelu, zwłaszcza jeśli nie jest on w pełni pokryty powłoką ochronną (np. z materiału Elastico). - Kalibracja aparatury USG
W przypadku pracowni klinicznej konieczna może być zmiana częstotliwości głowicy, aby uzyskać obraz porównywalny do tkanek ludzkich.
Zastosowania i korzyści dla edukacji oraz szpitali
Zastosowanie druku 3D w technologii PolyJet z materiałami Digital Anatomy™ przynosi korzyści w kontekście edukacji medycznej i praktyki klinicznej. Modele anatomiczne drukowane na podstawie rzeczywistych danych obrazowych pozwalają symulować przebieg procedury i dostosować ją do indywidualnych cech anatomicznych pacjenta. Wprowadza to nowy standard w szkoleniu oraz przygotowaniu do zabiegów interwencyjnych.
1. Personalizacja szkolenia – trening na bazie danych pacjenta
Modele tworzone z wykorzystaniem danych z MRI lub CT umożliwiają pełną indywidualizację symulacji. Przyszli lekarze mogą ćwiczyć procedury nie na uniwersalnych, „jednorodnych” fantomach, ale na strukturach anatomicznych odpowiadających konkretnemu przypadkowi klinicznemu. Tego typu podejście minimalizuje zaskoczenia podczas rzeczywistego zabiegu i buduje pewność siebie u operatora.
2. Powtarzalność i standaryzacja procesu szkolenia
Tradycyjna edukacja opiera się często na okazjonalnym dostępie do pacjentów lub ograniczonej liczbie modeli. W przypadku druku 3D możliwe jest seryjne odwzorowanie tego samego przypadku — kilkunastu studentów może przećwiczyć dokładnie tę samą procedurę, w identycznych warunkach. To szczególnie istotne w kontekście certyfikacji umiejętności i porównywalności efektów nauczania.
3. Bezpieczne środowisko nauki dla studentów i rezydentów
Symulacje z wykorzystaniem modeli 3D pozwalają uczyć się metodą prób i błędów, bez ryzyka dla pacjenta. Operator może wielokrotnie powtarzać procedurę wkłucia, zmieniać kąt igły, próbować różnych podejść — czego nie da się przeprowadzić w warunkach klinicznych bez narażenia bezpieczeństwa chorego.
4. Skrócenie czasu zabiegów i hospitalizacji
Trening wykonany na realistycznych modelach wpływa bezpośrednio na poprawę efektywności procedur. Zespół kliniczny, który wcześniej ćwiczył daną technikę na modelu odzwierciedlającym konkretną anatomię pacjenta, potrzebuje mniej czasu na wykonanie zabiegu. Przekłada się to na krótszy czas operacyjny, niższe ryzyko powikłań oraz szybszy powrót pacjenta do zdrowia.
5. Poprawa jakości obrazu ultrasonograficznego w czasie symulacji
W odróżnieniu od modeli silikonowych drukowane fantomy wykazują wysoką zgodność akustyczną z tkanką ludzką. Dzięki temu możliwe jest realistyczne obrazowanie zmiany w USG, co zwiększa skuteczność szkolenia i uczy poprawnej interpretacji obrazu.
6. Oszczędność zasobów szpitala i optymalizacja logistyki edukacji
Dzięki możliwości drukowania modeli na żądanie szpitale i uczelnie mogą planować zajęcia dydaktyczne niezależnie od dostępności pacjentów lub gotowych fantomów. Modele są trwałe, możliwe do przechowywania i ponownego użycia (z ograniczeniami zależnymi od ekspozycji na płyny), co czyni je narzędziem ekonomicznie uzasadnionym przy większej skali szkolenia.
7. Integracja z cyfrowymi środowiskami planowania medycznego
Drukowane modele mogą być włączone w cyfrowe workflow planowania zabiegów, np. w zestawieniu z obrazami z USG, rekonstrukcjami 3D i planami interwencji. Taka integracja umożliwia dokładną analizę i planowanie procedury, nawet w przypadkach trudnych anatomicznie.
Podsumowanie i zaproszenie do testowania
Technologia PolyJet w połączeniu z materiałami Digital Anatomy™ daje dziś możliwość projektowania i druku realistycznych, biomechanicznie zgodnych modeli do symulacji medycznych. W kontekście procedur takich jak biopsja piersi, znacząco podnosi to jakość kształcenia i przygotowania klinicznego.
„PolyJet to obecnie najbardziej zaawansowana technologia druku 3D dla potrzeb edukacji medycznej. Jej precyzja i możliwość symulacji właściwości tkanek dają niespotykane wcześniej możliwości szkoleniowe. Zachęcamy uczelnie i szpitale do przetestowania tej technologii z naszym zespołem” — Magdalena Jasek, ekspert medycznego druku 3D w CADXPERT.
Chcesz przetestować możliwości druku 3D dla Twojej pracowni? Skontaktuj się z naszymi specjalistami i dowiedz się, jak przygotować model anatomiczny pod własne potrzeby edukacyjne lub kliniczne.
Prześlij formularz, nasz konsultant skontaktuje się z tobą w ciągu 15 minut
