Od echokardiografii do fizycznego modelu: praktyczne wdrożenie druku 3D w kardiologii
Planowanie zabiegów zamknięcia przecieków okołozastawkowych (PVL) to jedno z wyzwań współczesnej kardiologii interwencyjnej. Dzieje się tak z powodu złożonej anatomii przecieków okołozastawkowych oraz ryzyka interferencji między wszczepionym okluderem a otaczającymi strukturami. Tradycyjne metody obrazowania często nie pozwalają w pełni zwizualizować głębokości i położenia przecieku względem pierścienia zastawkowego.
Zespół Górnośląskiego Centrum Medycznego i Śląskiego Uniwersytetu Medycznego postanowił przetestować wykorzystanie technologii druku 3D do precyzyjnego odwzorowania anatomii pacjenta.
Ważną rolę w tym przedsięwzięciu odegrała drukarka Stratasys Objet. Nasze case study pokazuje, jak połączenie obrazowania echokardiograficznego i fizycznych modeli anatomicznych może wpłynąć na planowanie i bezpieczeństwo procedur kardiologicznych.
O uczelni
Centrum medyczne i badania
W 2023 r. podjęliśmy współpracę z Katedrą i Kliniką Kardiologii oraz Chorób Strukturalnych Serca Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach. Na drukarce 3D pracował zespół kierowany przez dr n. med. Marka Jędrzejka – grupa specjalistów, która bada i wdraża metody obrazowania i leczenia wad serca.
W skład zespołu weszli także naukowcy z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych Uniwersytetu Śląskiego oraz doktoranci Szkoły Doktorskiej ŚUM, co umożliwiło połączenie doświadczenia klinicznego z wiedzą inżynierską i technologią 3D.
Śląski Uniwersytet Medyczny posiada doświadczenie w badaniach nad chorobami układu sercowo-naczyniowego, a klinika kardiologii w Katowicach prowadzi procedury zabiegowe z wykorzystaniem nowoczesnych metod przezcewnikowych.
Realizacja projektu z wykorzystaniem technologii druku 3D wpisuje się w szerszą strategię uczelni w zakresie cyfryzacji medycyny i personalizacji leczenia. Zespół kładzie nacisk na rozwój kompetencji w obszarze obrazowania serca oraz wspiera wdrażanie rozwiązań, które pozwalają skrócić czas przygotowania do zabiegu i zwiększyć jego bezpieczeństwo.
Wyzwanie
Stworzenie modeli anatomicznych
Zamknięcie przecieków zastawkowych metodą przezskórną stanowi duże wyzwanie kliniczne, szczególnie ze względu na złożoność anatomiczną kanałów PVL (ang. paravalvular leak – przecieków zastawkowych) oraz ryzyko kolizji okludera z mechanicznymi elementami zastawki. Zespół badawczy postawił sobie za cel ocenę możliwości wykorzystania danych z echokardiografii przezprzełykowej (3D-TEE) do stworzenia modeli 3D, które pozwoliłyby lepiej dobrać typ i rozmiar okludera przed zabiegiem.
Badacze Śląskiego Uniwersytetu Medycznego i Górnośląskiego Centrum Medycznego wskazują, że „nawet przy zaawansowanych technikach obrazowania nie da się w pełni przewidzieć efektów zabiegu przed jego przeprowadzeniem”, co skutkuje wyższym ryzykiem powikłań, w tym niedrożności zastawki mechanicznej lub niepełnego zamknięcia przecieku.
Tym samym powstało wyzwanie stworzenia modeli anatomicznych do przećwiczenia zabiegu i indywidualizacji używanych przy operacji narzędzi. To przestrzeń, gdzie świetnie sprawdzają się technologie cyfrowe, w tym druk 3D.
Rozwiązanie
Druk 3D w technologii PolyJet
Zespół z GCM i ŚUM wykorzystał dane z echokardiografii 3D-TEE, które po konwersji do plików 3D, dzięki segmentacji w oprogramowaniu powiązanym z drukarką 3D (slicer), zostały wydrukowane w rzeczywistej skali na drukarce Stratasys Objet 30 (v.3) w technologii PolyJet.
Do druku modeli użyto materiałów sztywnych (IORA Model i IORA Support dla koniecznych w pracy drukarki podpór, oba firmy Isquared). Na drukarce Objet 30 uzyskać można wysoką dokładność odwzorowania struktur anatomicznych z odchyleniem nieprzekraczającym ±100 μm przy modelach poniżej 100 mm długości.
Pomyśleliśmy, że przyda ci się nasz poradnik
Porównujemy w nim drukarki, żeby ułatwić ci podjęcie decyzji
o wdrożeniu druku 3D dopasowanego do twojej firmy.
Z myślą o tym stworzyliśmy “Porównanie drukarek 3D. Uniwersalny przewodnik użytkownika”.
Nasz przewodnik pomoże ci w procesie decyzyjnym. To użyteczny materiał, który będziesz mógł przedstawić na zarządzie lub przed komitetem zakupowym. Pomaga ocenić technologie i drukarki 3D pod względem szeregu przydatnych kryteriów.
Co znajdę w poradniku?
- Opisy cech charakterystycznych technologii druku 3D.
- Porównanie drukarek 3D różnych producentów według segmentów rynku.
- Porównanie technologii druku 3D.
- Case study zakupu drukarki 3D.
Wyniki
Skuteczniejsze zabiegi
W projekcie przeanalizowano 8 przypadków pacjentów z PVL w mitralnych zastawkach mechanicznych lub biologicznych. W testach symulacyjnych przeprowadzonych na wydrukowanych modelach, dobrano optymalne rozmiary okluderów, co później porównano z rzeczywistym postępowaniem klinicznym.
W 7 z 8 przypadków dobór okludera na podstawie wydrukowanego modelu pokrywał się z decyzją podjętą w trakcie rzeczywistego zabiegu. W jednym przypadku konieczna była zmiana strategii, jednak model także wskazywał taką możliwość jako jedną z alternatyw.
Parametry druku modeli i procedury:
- Średni czas przygotowania danych: 90–130 minut
- Średni czas druku: 280–800 minut
- Modele drukowano w skali 1:1
- Wydrukowano z materiału sztywnego, przezroczystego
- Segmentacja obejmowała wybór ramek rozkurczowych dla lepszej widoczności kanału PVL
- Przykładowe rozmiary okluderów: PLD-W – 12×5 mm, AVP III – 10×5 mm, 8×4 mm
Wnioski zespołu badawczego
Co mówią lekarze o PolyJet?
Modele drukowane w technologii 3D na podstawie danych z TEE umożliwiają dokładne odwzorowanie przecieku i symulację interakcji okludera z tkankami oraz zastawką. Zdecydowanie wpływa to na skuteczność i bezpieczeństwo zabiegów.
dr hab. n. med. Marek Jędrzejek
Modele wydrukowane na drukarce Objet 30 odwzorowały strukturę przecieków z wystarczającą precyzją – dzięki temu zespół medyczny mógł realistycznie przetestować różne konfiguracje okluderów jeszcze przed zabiegiem. To znacząco wpłynęło na trafność doboru strategii leczenia.
dr n. med. Ewa Peszek-Przybyła, Wydział Nauk Ścisłych i Technicznych
Oprócz czysto praktycznych ćwiczeń warsztaty były okazją do wymiany doświadczeń między specjalistami i studentami. Uczestnicy mieli również możliwość zapoznania się z technologiami przyrostowymi i ich potencjałem w medycynie.
Organizatorzy zgodnie podkreślili, że współpraca między tak wieloma jednostkami pozwoliła osiągnąć świetny poziom zabrzańskiego spotkania.
Technologia druku 3D zyskała nowy kanał dostępności dla edukacji medycznej, umożliwiając tworzenie materiałów edukacyjnych na niespotykaną wcześniej skalę.
Współpracuj z CADXEPRT!
Wdrażamy technologię PolyJet
Pracujesz w katedrze kardiologii, chirurgii lub inżynierii biomedycznej na uczelni medycznej? Twoja jednostka może skorzystać na współpracy z nami w zakresie analizy i wdrażania medycznych zastosowań druku 3D w technologii PolyJet.
Wielomateriałowe drukarki 3D, takie jak Stratasys Objet czy nowsze z serii J, umożliwiają tworzenie modeli anatomicznych o zróżnicowanej sztywności, przezroczystości i kolorystyce. To droga do ułatwienia prowadzenia badań, planowania zabiegów i kształcenia studentów.
Przeczytaj nasze case study dotyczące wytwarzania zastawek na ćwiczenia operacyjne dla organizacji studentów medycyny IFMSA.
Modele z drukarki 3D mogą wiernie odwzorowywać struktury twarde i miękkie, od naczyń po kości, wspierając symulacje zabiegów i eksperymenty z doborem implantów.
Zespół konsultantów CADXPERT zadba o wdrożenie i szkolenie ze strony technologicznej, wesprzemy też w ocenie zapotrzebowania oraz pomożemy w doborze rozwiązań sprzętowych i materiałowych do konkretnych projektów naukowo-badawczych.
Zapraszamy do kontaktu.
Górnośląskie Centrum Medyczne i Śląski Uniwersytet Medyczny wdrożyły druk 3D PolyJet od Stratasys do planowania zabiegów zamknięcia przecieków okołozastawkowych. Technologia pozwoliła na stworzenie anatomicznie wiernych modeli serca na podstawie danych z echokardiografii 3D-TEE.
Modele drukowane w skali 1:1 umożliwiły symulację zabiegów, testowanie różnych typów i rozmiarów okluderów oraz ocenę ich interakcji z zastawką i tkankami. W 7 z 8 przypadków dobór okludera na modelu pokrywał się z decyzją kliniczną, co przełożyło się na większe bezpieczeństwo i skuteczność procedur.
Projekt wykazał, że druk 3D w technologii PolyJet znacząco wspiera personalizację leczenia kardiologicznego, skraca czas przygotowania do zabiegów i podnosi precyzję interwencji.
Potrzebujesz modeli anatomicznych z druku 3D? Prześlij formularz, nasz konsultant skontaktuje się z tobą w ciągu 15 minut
