Создание имитационных моделей костей

3D печатные модели костей, имитирующие их структуру, совершают революцию в медицинском обучении, планировании операций, исследованиях и разработке медицинского оборудования, предоставляя реалистичные копии скелетных структур, характерные для конкретного пациента, в распоряжение медицинских работников, исследователей и инженеров.

Собственное производство моделей для имитации костной ткани имеет ряд преимуществ перед традиционными методами, при которых используются препараты или типовые модели, приобретенные на стороне: снижение затрат, сокращение времени ожидания и возможность создавать индивидуальные или ориентированные на конкретного пациента геометрии.

Исследование материалов

Чтобы определить наиболее похожие на кость материалы из обширного ассортимента материалов, в этой статье мы собрали подробные отзывы от восьми клинических сотрудников и некоторых их коллег с большим опытом резки/сверления костей.

Каждому участнику была предоставлена серия моделей костей, созданных на основе снимков их собственных пациентов и напечатанных из различных материалов. Исследователи выполняли стандартные процедуры на этих моделях, включая резку и сверление с помощью сверл по кости, пил и разверток.

Количественная обратная связь была получена с помощью оценочной матрицы, которая включала ряд характеристик, подобных свойствам костей.

Рекомендуемые материалы были определены на основе общей оценки эффективности, и эти результаты были подтверждены качественной обратной связью.

Что такое имитационная модель кости?

Имитационные модели костей - это функциональные анатомические модели, которые при разрезании или сверлении демонстрируют механические свойства, аналогичные реальной кости. Эти модели часто используются в медицинских учебных заведениях для хирургической практики и обучения. Иногда эти модели создаются на основе результатов сканирования пациента, чтобы смоделировать анатомию, связанную с конкретным хирургическим случаем. В этих случаях модели используются клиницистами для отработки определенного подхода перед реальной операцией и могут даже быть стерилизованы перед отправкой в операционную с хирургом.

В других случаях модели, имитирующие кости, могут использоваться разработчиками медицинского оборудования для проверки соответствия и функциональности инструментов для взаимодействия с костями, таких как направляющие для разрезов и шаблоны.

Выбор материала для 3D печати моделей костей

Основной рекомендуемый материал для 3D печати моделей, имитирующих кости, - это биомедицинская прочная смола. Некоторые производители предлагают прочные материалы, например, Formlabs и ее смола BioMed Durable. Это прозрачный материал, разработанный для биосовместимых применений, требующих стойкости к ударам, разрушению и истиранию. Несмотря на прозрачность, смола BioMed Durable обладает самыми высокими механическими характеристиками по сравнению с костью.

Некоторые тестировщики заявили, что предпочитают прозрачность материала стандартным непрозрачным моделям костей, поскольку это позволяет лучше визуализировать проводимую процедуру. Радиопрозрачность BioMed Durable Resin составляет примерно 84 ед. Хаунсфилда, что ниже, чем у большинства типов костной ткани, но всё же позволяет увидеть детали на КТ. Детали, напечатанные с помощью BioMed Durable Resin, можно стерилизовать, поэтому они подходят для использования в операционной для планирования хирургических операций.

В качестве дополнительной рекомендации для моделей, имитирующих костную ткань, мы предлагаем жесткие полимеры Rigid. Прочные полимеры Rigid не так хорошо, как BioMed Durable Resin, имитирует механическую структуру кости, но всё равно являются отличным выбором.

Материал особенно понравился тестирующим, которые хотели, чтобы модели были непрозрачными.

Проектирование и печать моделей костей

Дизайн

Начните с компьютерной томографии, магнитно-резонансной томографии или 3D ультразвукового изображения интересующей вас костной анатомии и разбейте на сегменты с помощью предпочтительного программного обеспечения. Для успешной печати некоторых моделей костей может потребоваться дополнительная модификация. В некоторых случаях может потребоваться добавить отверстия для дренажа или утолщить более слабые участки. Убедитесь, что готовая модель соответствует рекомендациям по проектированию выбранного принтера.

Печать

Импортируйте файл в ПО для подготовки модели к печати. Настройте печать, ориентацию модели на печатной платформе, а также добавьте поддержки. При необходимости можно добавить идентификаторы пациентов к платформе или детали перед отправкой в печать.

Предупреждение: Обратите внимание на соответствие допускам и требованиям биосовместимости для конкретного проекта. Для некоторых задач моделирования костей может не требоваться полное соответствие требованиям и биосовместимость.

Постобработка

После печати снимите деталь с печатной платформы и очистите от остатков материала. Удалите поддержки, промойте еще раз и дайте деталям высохнуть, прежде чем следовать инструкциям по отверждению. Обратите внимание на техническую документацию о сроках последующего отверждения для достижения механических характеристик, подобных кости.

Предупреждение: для обеспечения полного соответствия требованиям и биосовместимости требуются специальные жидкости для промывки изделий.

Биосовместимость и стерилизация

Биосовместимые материалы производятся по общепринятым стандартам и имеют сертификаты соответствия. Такая смола может использоваться в изделиях, имеющих для длительный контакт с кожей и слизистыми оболочками, а также в устройствах с внешней связью при кратковременном контакте с тканью / костью / дентином. Биосовместимые смолы могут быть стерилизованы паром, гамма-излучением, окисью этилена и методами электронно-лучевой стерилизации. Инструкции по стерилизации можно найти в описании каждого материала или запросить у производителя.

Стандартные инженерные полимеры Rigid не разрабатываюся специально для применения в медицине. По этой причине они не тестируются на биосовместимость и не имеют рекомендаций по стерилизации/дезинфекции.

Итог

Модели, имитирующие кости, полезны для медицинской подготовки и просвещения, планирования хирургических операций, исследований и разработки медицинского оборудования. Собственная 3D печать моделей для моделирования костей является менее дорогостоящей, быстрой и более настраиваемой, чем использование препаратов или стандартных моделей, переданных на аутсорсинг. Благодаря возможности стерилизации моделей, имитирующие кости модели могут быть даже доставлены в операционную для ознакомления во время операции.

Наши предыдущие статьи: