В данной статье речь идёт об аддитивных технологиях, о том, как с помощью 3D-технологий можно повысить эффективность лечения и ускорить процесс восстановления человека. Также рассказывается, что из себя представляет 3D-принтер, и перечисляются достоинства его использования в медицине.
Ключевые слова: медицина, аддитивные технологии, протез, 3D-принтер, радиотерапия, пористая структура, пациент, 3D-печать, 3D-технологии, трансплантация
Мир вокруг нас развивается стремительными темпами. То, что раньше казалось невообразимым, сегодня получает своё реальное воплощение в жизнь. Сложно переоценить вклад науки, которая продолжает развиваться, делать открытия, и, тем самым упрощает нам жизнь. Одна из областей, которая семимильными шагами идёт в своём развитии, является медицина. Под влиянием быстро развивающихся естественных наук и технического прогресса обогащаются и совершенствуются диагностика и последующее лечение пациента.
Невозможно опровергнуть то, что современные технологии плотно закрепились в нашей жизни. Каждый день создаются новые устройства и приборы, которые так или иначе создают всё более комфортные условия для жизни, делая её лучше. Однако, в первую очередь, необходимо сделать так, чтобы эти новинки не только удовлетворяли наши потребности в развлечении и отдыхе, но и несли огромную пользу современному обществу. Таким изобретением и выступает 3D-принтер. Именно с изобретением и последующим применением аддитивных технологий наука и медицина сделали невообразимый скачок в развитии. Это то устройство, которое позволило открыть новые возможности и изобрести современные методы для более эффективного и быстрого пути лечения в тех сферах, где раньше приходилось тратить больший объём времени на разработку того или иного способа по выздоровлению и последующему восстановлению пациента.
3D-принтер — это устройство, способное на основе разработанной виртуальной модели распечатать реальный твердотельный объект. И если обычный принтер заправляется тонером, то трехмерный принтер позволяет использовать пластик, нейлон, стеклянный порошок и прочие материалы. Данное устройство позволяет создавать предметы различной сложности, начиная от мелких брелоков до предметов, необходимых для полноценной жизни человека, таких как, например, протезы [1]. Благодаря 3D-принтеру, сегодня создаются новые, желаемые предметы, созданные посредством послойной печати и нашедшие своё широкое применение в различных сферах деятельности.
Процесс создания готового твердотельного объекта включает в себя следующие основные этапы:
1) Создание виртуальной модели с помощью специальной программы 3D-моделирования. Этот этап может занять от нескольких минут до нескольких дней в зависимости от сложности создаваемого объекта.
2) Перевод готовой модели в STL-формат. Следует указать степень детализации, плотность наращиваемых слов, от этого зависит качество готового продукта.
3) Печать. Расплавленная пластиковая нить выдавливается через специальное сопло, создавая последовательно слои. Слои плотно сжаты, поэтому их не легко различить человеческим глазом. Слой ложится на слой, и так «вырастает» физический объект.
Применение аддитивных технологий в медицине имеет свои неоспоримые достоинства, с которыми необходимо ознакомиться. Во-первых, это высокая скорость при изготовлении. Так, например, с помощью 3D-принтера можно с гораздо большим выигрышем распечатать протезы, так как раньше на их создание уходило значительное количество времени. А так как 3D-печатные изделия имеют пористую структуру, то отсюда вытекает следующее преимущество: быстрое обрастание протезов живыми тканями. Во-вторых, это малый вес материала, который можно как уменьшать, так и увеличивать в зависимости от нужды потребителя. В-третьих, принтер пользуется особой популярностью в стоматологии, облегчая работу хирурга производством челюстных аппаратов, временных коронок и имплантатов. В-четвертых, это приятная стоимость. Так, стандартное создание протеза обходится стоимостью от 200 тысяч до 3 миллионов рублей, а протез, произведенный с помощью 3D-печати, обойдется пациенту от 5000 до 15000 рублей. И это огромное преимущество для родителей физически уникального ребёнка, так как их чадо растет и развивается, перерастая протез. И, к сожалению, не все родители имеют финансовые силы ежегодно отдавать огромные суммы денег на его замену, поэтому 3D-печать выступает отличным аналогом для решения данной проблемы [2].
В современной реалии с помощью аддитивных технологий врачи успешно устраняют проблемы с межпозвоночными дисками. Материалы для изготовления обладают пористой структурой, поэтому готовые изделия быстро обрастают костной тканью и превращаются в полноценную часть человеческого скелета. Но есть и недостатки, например, долгий период реабилитации [3].
Также в 2013 году врачи из США впервые провели операцию по замене костей черепа человеку, пострадавшему в ДТП. Так, благодаря титановым протезам, которые были напечатаны при помощи технологий 3D-печати на 3D-принтере, удалось заменить порядка 70 % черепа пациента. Учёные умы считают, что подобное применение аддитивных технологий ежедневно может спасать жизни большого количества людей, которые в следствии определенных обстоятельств, не могут продолжать свое дальнейшее существование [3].
Стоит упомянуть, что американская компания Conformis впервые вживила пациенту коленный сустав нового поколения. Раньше для лечения и последующей замены коленного сустава приходилось долго подбирать протез, а затем происходил долгий процесс его обточки, чтобы внедрение имплантата завершилось благополучно. Но с применением аддитивных технологий данная процедура выполняется лишь с помощью компьютерной томографии и печати протеза.
Кроме того, возможно успешное лечение людей, больных раком. Для этого создается трёхмерная модель опухоли, чтобы рассчитать дозы облучения при радиотерапии. Данная модель в точности повторяет опухоль и находящиеся рядом с ней органы реального человека. Это позволяет точно рассчитать пропорции, чтобы уничтожить раковые клетки, но и в то же время сохранить здоровые ткани человека. Модель опухоли заполняется радиоактивной жидкостью, которая позже будет введена и пациенту. Это позволяет проследить за лечением и эффективнее бороться с болезнью, уменьшая вред от радиотерапии при неверном использовании дозы [4].
Таким образом, напрашивается вывод, что применение аддитивных технологий в медицине является особенно важным, так как новые технологии и наработки успешно вытесняют старые, находят свое применение более дешевые и практичные материалы, увеличивается доступность для каждого пациента к продукции, произведенной при помощи 3D-принтера. Также уменьшается время производства протезов и необходимых элементов, что влечет за собой более глубокое внедрение аддитивных технологий в медицину. У ученых появились уникальные возможности в развитии данной области и сложно представить, какие ещё могут быть сделаны находки для ещё более качественного способа лечения, направленного на полнейшее восстановление тех или иных недостающих элементов в теле человека (Рисунок 1). Ведь уже сегодня медицина ставит своей целью печать на трёхмерных принтерах живой ткани человека для разработки полноценных органов, применяемых в последующем для трансплантации. Причём каждый орган будет изготовлен индивидуально под пациента, используя его собственные здоровые клетки, что позволит исключить такое явление, как отторжение трансплантата.
Рис 1. Модель восстановления человеческого черепа
Подводя итоги, можно с уверенностью сказать, что 3D-технологии всё больше развиваются и входят в нашу жизнь. Несомненно, что трехмерные принтеры являются огромным прорывом в области медицины. Каждый год эта индустрия развивается и увеличивает свой ассортимент производимых товаров. 3D-принтер можно использовать и не только в медицине, но также в строительстве, при создании наглядного эскиза будущей постройки. А принтеры, работающие с золотом, платиной и серебром могут создавать даже ювелирные изделия [2]. С каждым годом сферы деятельности использования 3D-печати увеличиваются, вытесняя не эффективное и устаревшее оборудование.
Литература:
- 3D-принтеры и их возможности: [Электронный ресурс] //Tehnopanorama; URL: https://tehnopanorama.ru/orgtehnika/3d-printery-i-ih-vozmozhnosti.html (дата обращения: 29.01.2019)
- Cоздание протеза с помощью 3D-принтера: [Электронный ресурс] //3DM; URL: https://3dmm.ru/2017/01/21/sozdanie-protezov-s-pomoshhyu-3d-pechati-na-3d-printere/ (дата обращения: 29.01.2019)
- 3D-принтеры в медицине — область применения и перспективы развития печати: [Электронный ресурс] //Science Debate. Научно-популярный блог; URL: http://www.sciencedebate2008.com/3d-printery-v-meditsine-oblast-primeneniya-i-perspektivy-razvitiya-pechati/ (дата обращения: 29.01.2019)
- 3D-принтер совершит революцию в лечении рака: [Электронный ресурс] //Топ Ихилов; URL: https://www.topichilov.com/novosti_medicini/3d-printer-i-rak/ (дата обращения: 29.01.2019)
