3D печать в офтальмологии

Содержание:

• Глазные имплантаты и протезирование
• Проекты, инструменты и контактные линзы
• Итог

3D печать занимает все более важное место в сфере медицины, особенно в офтальмологии. Например, очки, напечатанные на 3D принтере, можно идеально адаптировать к потребностям и предпочтениям пациентов. Аддитивное производство открывает новые возможности, повышая точность и персонализацию лечения.

Мы предлагаем вам обзор многочисленных применений 3D печати в офтальмологии. Узнайте, как эта технология меняет зрение и какую пользу она приносит как пациентам, так и врачам.

Глазные имплантаты и протезирование

В ноябре 2021 года произошел исторический прорыв в области оптометрии и 3D печати, когда офтальмологическая больница Мурфилдс объявила, что первый пациент в Великобритании получил глаз, напечатанный на 3D принтере. Этот подвиг стал возможен благодаря сотрудничеству больницы, исследователей из NHS и UCL, а также Fraunhofer и Ocupeye для разработки программного обеспечения. Глаз-протез обеспечивает реалистичную глубину зрачков и четкое расположение. Стив Верзе заменил свой традиционный протез на новую версию, отметив, что он выглядел фантастически благодаря цифровому сканированию его второго глаза. Это позволило обеспечить почти идеальную посадку.

Глазные протезы от Fraunhofer и OCUPEYE

Исследователи Института Фраунгофера в сотрудничестве с OCUPEYE Ltd. разработали инновационную технологию 3D печати искусственных глаз. Этот метод, который разработан с учетом растущего спроса на искусственные глаза, сокращает время производства на 80% и позволяет изготовить полный протез всего за 90 минут. Фактически это значительно сокращает работу окулистов.

Протезы, напечатанные на 3D принтере, моделируются на основе сканирования функционального глаза пациента, что обеспечивает идеальную посадку в глазнице и реалистичный внешний вид. Полученные данные затем обрабатываются моделью искусственного интеллекта (ИИ), которая создает дизайн. Печать осуществляется на принтере PolyJet J750 с использованием материалов VeroVivid. Благодаря разрешению 18 миллиардов капель на кубический сантиметр принтер производит глазные имплантаты точно и реалистично. В будущем команда планирует усовершенствовать этот метод для дальнейшего снижения производственных затрат.

Индивидуальные роговицы VisioPrinTech

Наше население стареет, и проблемы со здоровьем увеличиваются с возрастом. Эти проблемы затрагивают не только суставы, кости и кровообращение, но и зрение. Известная проблема — деформация роговицы, которая приводит к заболеваниям, ограничивающим зрение. Эти состояния обычно можно лечить с помощью хирургических процедур, таких как трансплантация роговицы. Однако донорство роговицы происходит редко, и риск отторжения высок.

Чтобы решить эту ситуацию, Технологический институт Карлсруэ (KIT) совместно с Carl Zeiss Meditec AG и Evonik Healthcare разработал решение с использованием 3D печати для лечения этих заболеваний. В процессе, получившем название VisioPrinTech, используется биофигура, состоящая из стволовых клеток пациента и химически модифицированных коллагеновых волокон, напечатанная непосредственно во время операции. Этот метод позволяет преодолеть проблемы с донорством, обеспечивая при этом большую точность и функциональность. Таким образом, 3D печатная роговица помогает восстановить зрение пациентов.

3D печать и ручной труд

Николас Пулс, окулист Королевской женской больницы Брисбена в Австралии, изготавливает искусственные глаза для пациентов, потерявших зрение из-за рака или травмы. Это производство занимает много времени, тем более что больница должна обеспечивать глазными протезами около 100 пациентов в год.

Институт биофабрикации Херстона изучил, как 3D печать может улучшить это производство, проведя исследования по оценке пациентов. Целью было сравнить глаза, напечатанные на 3D принтере, с глазами, сделанными вручную. В институте использовались 3D сканы и фотографии высокого разрешения. Однако 3D технологии пока не могут конкурировать с протезированием вручную, хотя в будущем эти два процесса могут быть объединены.

OMFS-IMPATH оптимизирует разработку глазных протезов

Когда происходит отсутствие, потеря или уменьшение размера глаза, важно иметь хороший индивидуальный глазной протез, чтобы облегчить физическую и психосоциальную реабилитацию пациента. У многих пациентов развивается синдром анофтальмии, характеризующийся опущением протеза и век, что приводит к низкой удовлетворенности и влияет на качество жизни.

Эксперты OMFS-IMPATH разработали инновационный процесс проектирования персонализированных и точных глазных протезов с использованием 3D сканирования, планирования и печати. Этот метод позволяет точно воспроизвести естественный глаз, обеспечивая анатомическую посадку, улучшая функциональные возможности и внешний вид пациента.

Проекты, инструменты и контактные линзы

В Университете Инсбрука студенты-медики имеют возможность учиться и тренироваться на 3D печатных искусственных веках. Эти веки воссозданы по моделям человека и позволяют анализировать и сравнивать механические свойства тканей человека с напечатанными моделями.

Этот проект имеет решающее значение не только для подготовки будущих врачей и хирургов, но и для улучшения качества ухода за пациентами. Таким образом, хирурги могут попрактиковаться в точном воспроизведении века конкретного пациента перед операцией в операционной.

Ткань глаза, напечатанная на 3D биопринтере

Ученые из Национального института глаз (NEI) в США использовали стволовые клетки пациентов и 3D биопечать для производства тканей глаза, чтобы улучшить понимание механизмов заболеваний, приводящих к слепоте. Исследовательская группа напечатала комбинацию клеток, которые образуют внешний гематоретинальный барьер глаза, который поддерживает светочувствительные фоторецепторы в сетчатке. Этот метод позволяет использовать ткани пациента для изучения дегенеративных заболеваний сетчатки, таких как возрастная дегенерация желтого пятна (ВМД).

До сих пор механизмы возникновения и прогрессирования ВМД до поздних стадий плохо изучены из-за отсутствия человеческих моделей. Анализ 3D напечатанных тканей, а также генетическое и функциональное тестирование показали, что напечатанная ткань напоминала и вела себя аналогично внешнему барьеру крови и сетчатки человека. Исследование продолжается, чтобы лучше понять происхождение этих заболеваний и проверить целевые профилактические методы лечения.

Контактные линзы на 3D принтере

Мы уже рассмотрели тему 3D печатных очков, но знаете ли вы, что существуют также контактные линзы, напечатанные на 3D принтере? Над их реализацией работал проект, осуществленный в 2021 году Университетом науки и технологий Халифы (КУСТ). Используя технологию DLP и программное обеспечение для компьютерного проектирования (CAD), исследователи разработали контактные линзы. После печати линзы были сглажены путем постобработки, чтобы обеспечить идеальное качество поверхности. Более того, эти контактные линзы «умны» и имеют встроенные сенсорные возможности.

Первая пересадка глаз и лица с помощью аддитивного производства

Во время сложных процедур качество хирургических инструментов имеет решающее значение. Ярким примером этой важности является трансплантация глаза и части лица, проведенная в Соединенных Штатах, ставшая возможной благодаря планированию и аддитивному производству бельгийской компании Materialize.

Аарон Джеймс, пострадавший в результате несчастного случая на работе, потерял левый глаз и часть лица. В ожидании трансплантата медицинская бригада больницы Лангоне при Нью-Йоркском университете работала с клиническими инженерами Materialise над планированием операции. Компания Materialise сыграла ключевую роль в планировании и проведении этой сложной операции. Используя компьютерную томографию (КТ), они разработали виртуальный предоперационный план, подробно описывающий каждый этап хирургической процедуры.

Как только донор был найден, компания Materialise менее чем за 24 часа спроектировала и напечатала на 3D принтере необходимые инструменты, включая изготовленные по индивидуальному заказу медицинские устройства, точные модели костей и направляющие для резки, адаптированные к анатомическим структурам пациента и донора. Настройка и точность этих инструментов снизили риски осложнений.

Контактные линзы для лечения катаракты

Исследователи из Университета Восточной Англии совершили крупный прорыв в технологии глазных устройств. Они разработали новый тип смолы для 3D печати, позволяющий производить необходимые глазные имплантаты при операциях по рефракции и катаракте. Полученную искусственную интраокулярную линзу (ИОЛ) можно легко и безопасно имплантировать.

Этот тип линз можно настроить в соответствии с формой глаз и конкретными зрительными потребностями каждого пациента, обеспечивая лучшую коррекцию зрения и комфорт. Хотя эти линзы все еще находятся на стадии разработки, исследователи полагают, что они также могут корректировать аномалии рефракции, такие как близорукость, дальнозоркость и пресбиопия.

Модели для моделирования травмы глаза

В больнице Королевского колледжа в Великобритании исследователи разработали симуляционную модель травмы глаза с помощью 3D печати. Эта модель, разработанная с помощью Fusion 360 и напечатанная на Stratasys J850, основана на реальных клинических случаях.

3D печать предлагает ключевые преимущества, такие как сокращение времени производства и ускорение прототипирования. Эти модели, которые могут массово производиться в больницах, позволяют врачам более эффективно оттачивать свои навыки, обеспечивая при этом альтернативу другим препаратам для хирургической подготовки.

Очки для лечения дальтонизма

Исследователи из Университета Халифы разработали 3D печатные очки, которые могут лечить нарушения цветового зрения. Эти очки с тонированными линзами, вставленными в оправу, изготовленную методом MSLA, отфильтровывают нежелательные длины волн, пропуская при этом остальную часть видимого спектра.

Разработав прототип в SOLIDWORKS, исследователи напечатали его смолой ASIGA DentaClear и Grey на принтере Prusa SL1S со временем печати шесть секунд на слой и толщиной 25 микрон. По мнению команды, эти напечатанные на 3D принтере оправы предлагают более настраиваемую и потенциально более эффективную альтернативу нынешним коммерческим очкам.

Очки для лечения деформированной роговицы

Доктор Сун Хонгикс, офтальмолог и исследователь пекинской больницы Тунжэнь в Китае, использовал технологию 3D печати для создания очков для пациентов с деформированной роговицей, в частности для лечения кератоконуса. Это заболевание глаз, характеризующееся деформацией роговицы, ограничивает зрение пациента и требует использования специально разработанных линз для стабилизации зрения.

С помощью 3D печати линзы можно настроить так, чтобы они точно соответствовали различным формам роговицы. Доктор Хонгикс был вдохновлен технологией адаптивной оптики, разработанной НАСА, которая улучшает качество изображений телескопа за счет исправления искажений, вызванных атмосферой Земли.

Итог

3D печать активно используется в офтальмологии, предлагая более современные решения для лечения пациентов. Аддитивные технологии затрагивают практически все аспекты лечения - от создания протезов, до проведения операций и коррекции зрения.

Узнайте больше о 3D печати и 3D сканировании в других областях в блоге LIDER-3D!

Наши предыдущие статьи: