Wykorzystanie technologii druku 3D jako pomocy w warsztatach kardiologicznych
W medycynie coraz śmielej sięga się po technologie addytywne. Lekarze korzystają z realistycznych pomocy naukowych w celu stawiania dokładniejszej diagnozy, a także używają precyzyjnych szablonów chirurgicznych.
Przykładem zaangażowania druku 3D w medycynie mogą być warsztaty kardiochirurgiczne z grudnia 2024 r., podczas których studenci mieli okazję pracować z zastawkami serca wykonanymi przez CADXPERT.
Inicjatywa była wynikiem współpracy kilku instytucji i pokazuje, jak innowacje technologiczne mogą wpływać na jakość kształcenia medycznego. Dzięki zaangażowaniu medycznych ekspertów druku 3D (ze strony CADXPERT wystąpiła Magdalena Jasek) i technologii PolyJet od Stratasys udało nam się odegrać ważną rolę w realizacji projektu warsztatów z kardiochirurgii. Poniższe studium przypadku opisuje przebieg współpracy, wyzwania oraz zastosowane rozwiązania.
O zleceniodawcy
Studenci medycyny i warsztaty
Warsztaty pt. „Podstawy implantacji układów stymulujących serce i wszczepialnych kardiowerterów – defibrylatorów” oraz towarzyszące im „Szycie na tkankach odzwierzęcych” odbyły się w dniach 4-5 grudnia 2024 roku w Zabrzu.
Organizatorami wydarzenia były instytucje: Centrum Symulacji Medycznej i Innowacji Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, Instytut Fizjologii i Żywienia Zwierząt im. Jana Kielanowskiego PAN (IFZZ PAN), a także partnerzy jak CADXPERT, stowarzyszenie IFMSA oraz Katedra i Klinika Kardiochirurgii, Transplantologii, Chirurgii Naczyniowej i Endowaskularnej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego.
Na wydarzenie zapisało się ponad 200 uczestników, w tym studentów, lekarzy oraz rezydentów z ośrodków zajmujących się kardiologią, kardiochirurgią i analizą hemostazy.
W CADXPERT mogliśmy przygotować same narzędzia dydaktyczne, które urealistyczniły podejście do nauki praktycznej.
Byliśmy częścią programu, który łączył teorię z praktyką w oparciu o coraz szerzej stosowane w medycynie technologie addytywne.
Wyzwanie
Zastawki do treningu operacji
Jednym z najważniejszych aspektów warsztatów była potrzeba dostarczenia autentycznych modeli zastawek, które odzwierciedlałyby właściwości materiałów wykorzystywanych w rzeczywistej praktyce kardiochirurgicznej. Kluczowe wymagania to m.in.:
- Giętkość, lepkość i plastyczność podczas stosowania narzędzi chirurgicznych.
- Zachowanie wytrzymałości na napięcia nici chirurgicznych, zapewniająca bezproblemowe wszywanie.
- Dokładne odwzorowanie rozmiarów modeli do zastosowania na sercach świń.
- Krótkie terminy realizacji, aby umożliwić terminowe dostarczenie modeli.
W CADXPERT mamy technologię oraz zaplecze potrzebne do takich zadań. Kluczowym zagadnieniem było znalezienie technologii druku 3D, która umożliwiłaby mieszanie materiałów, aby uzyskać różne właściwości mechaniczne do przetestowania przez IFMSA.
IFMSA wstępnie dokonała wyboru wydruków zastawek najbardziej dostosowanych do ćwiczeń.
Modele musiały spełniać wymagania odporności na naprężenia, aby wiernie odwzorować rzeczywiste warunki pracy kardiochirurgów.
Rozwiązanie
Druk 3D w technologii PolyJet
W CADXPERT podjęliśmy wyzwanie dostarczenia zastawek spełniających wszystkie powyższe kryteria. Proces realizacji obejmował następujące kroki:
- Inżynieria odwrotna. Model zastawki dostarczony przez IFMSA został zeskanowany na skanerze Shining 3D Autoscan Inspect i zoptymalizowany w procesie projektowania przez VPI Polska.
Inżynierię odwrotną sztucznej zastawki sercowej zrealizowaliśmy przy użyciu oprogramowania Rhinoceros oraz wtyczki Mesh2Surface. Proces rekonstrukcji modelu CAD opierał się na analizie skanu zastawki przy zachowaniu dokładności na poziomie 0,05 mm. Kluczowym etapem było umiejscowienie skanu w odpowiednim układzie współrzędnych oraz optymalizacja kształtu poprzez modelowanie przy pomocy powierzchni NURBS. Dzięki tym technikom uzyskano wierne odzwierciedlenie struktury zastawki.
- Druk 3D. Modele zostały wykonane w technologii PolyJet na drukarce Stratasys J5. Cechy tej technologii, które odegrały rolę w projekcie to:
- Możliwość mieszania materiałów dla uzyskania precyzyjnie zdefiniowanych właściwości mechanicznych (skala Shore’a 55–95).
- Wysoka dokładność druku wynosząca do 18 mikronów, co odpowiada mniej niż połowie grubości ludzkiego włosa.
- Testy i dostosowanie. Pięć prototypów zostało ocenionych przez IFMSA. Dzięki technologii PolyJet udało się uzyskać modele o powierzchni i elastyczności przypominającej naturalne tkanki biologiczne, a do warsztatów wybrany został model o skali Shore’a 85A.
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
Dostosowany do treningu medycznego materiał i szybki dostęp
W rezultacie stworzyliśmy produkt o wymaganej precyzji i funkcjonalności. Inżynieria odwrotna pozwoliła na wierne odwzorowanie dostarczonego modelu fizycznego i przygotowanie odpowiednich plików pod druk 3D.
Zastosowanie technologii PolyJet mieszającej materiał Elastico umożliwiło uzyskanie parametrów mechanicznych niedostępnych w standardowych materiałach oferowanych przez producenta drukarek Stratasys.
Warsztaty zakończyły się sukcesem, co potwierdzili zarówno organizatorzy, jak i uczestnicy. Zastawki dostarczone przez CADXPERT umożliwiły studentom i lekarzom pracę na materiałach odzwierciedlających warunki rzeczywiste. Jak zauważyli uczestnicy:
Pierwszy raz miałem okazję trzymać w rękach taki model zastawki. Już teraz mogłem czuć się jak na sali operacyjnej. To doświadczenie, które zbliża nas do realiów pracy chirurga.
uczestnik warsztatów
Praca na tych modelach pozwoliła poczuć się pewniej przed przyszłymi wyzwaniami.
uczestnik warsztatów
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.
Organizacja studencka IFMSA wykorzystała technologię druku 3D PolyJet firmy Stratasys do przygotowania realistycznych modeli zastawek serca. Bardzo podniosło to jakość warsztatów kardiochirurgicznych dla studentów medycyny.
Dzięki inżynierii odwrotnej i technologii PolyJet możliwe było stworzenie elastycznych, anatomicznie dokładnych modeli, które odpowiadały właściwościom tkanek biologicznych i wytrzymywały obciążenia chirurgiczne. Modele powstały na podstawie skanów 3D i zostały wykonane z materiałów o regulowanej twardości w skali Shore’a.
Zaawansowane pomoce dydaktyczne umożliwiły uczestnikom ćwiczenia w warunkach zbliżonych do sali operacyjnej, budując pewność siebie i praktyczne umiejętności.
Druk 3D stał się integralną częścią edukacji medycznej, pozwalając na tworzenie precyzyjnych modeli szkoleniowych w krótkim czasie i przy pełnej kontroli nad parametrami mechanicznymi struktur.
Potrzebujesz modeli anatomicznych z druku 3D? Prześlij formularz, nasz konsultant skontaktuje się z tobą w ciągu 30 minut
