Hoe medische professionals digitale productie gebruiken om anatomische modellen van de volgende generatie te maken

Digitale productie heeft een grote impact op veel medische gebieden, van kleine dingen zoals de bewerking van aluminium reageerbuishouders tot futuristische praktijken zoals het 3D-printen van titaniumimplantaten.

Van de vele medische toepassingen van digitale productie, is een bepaald gebied dat met grote sprongen vooruitgaat het creëren van anatomische modellen - fysieke replica's van organen, botten en andere lichaamsdelen die door medische professionals kunnen worden gebruikt om artsen op te leiden of voor te bereiden op operaties bij patiënten .

Deze anatomische modellen kunnen worden gemaakt met behulp van verschillende productietechnologieën en van verschillende materialen, en het gebruik ervan neemt over de hele wereld toe.

Waarom anatomische modellen maken?

Met digitale productietechnologieën zoals 3D-modelleringssoftware en 3D-printers is het nu gemakkelijker dan ooit om snel en betaalbaar levensechte anatomische modellen te maken voor onderwijs-, opleidings- of chirurgische doeleinden.

Deze modellen kunnen generiek zijn en worden gebruikt om gezonde of aangetaste lichaamsdelen in lezingen of lessen te illustreren, of kunnen patiëntspecifiek zijn, gemaakt met behulp van medische beeldvormingsgegevens om een ​​lichaamsdeel van een individuele patiënt fysiek te repliceren.

Patiëntspecifieke anatomische modellen zijn een van de meest opwindende toepassingen van digitale productietechnologieën, omdat ze chirurgen in staat kunnen stellen een levensechte kopie te zien en te voelen van het beschadigde of zieke orgaan waarop ze moeten opereren - soms lang voor de eigenlijke procedure .

Door aan de slag te gaan met een fysiek schaalmodel, kunnen chirurgen veel beter voorbereid zijn op de operatie door verschillende incisies of bewegingen uit te proberen op de plastic replica voordat ze de echte operatie moeten uitvoeren. Dit extra niveau van praktische voorbereiding helpt de kans op een positief resultaat voor de patiënt te vergroten.

Medische beelden omzetten in 3D-modellen

Een groot deel van het proces van het maken van patiëntspecifieke medische modellen is het verkrijgen van gegevens uit het lichaam van de patiënt. Hiervoor zijn CT- of MRI-scanners nodig, apparatuur die in ziekenhuizen wordt gebruikt om patiënten te onderzoeken en op verschillende problemen te controleren.

Deze scanners gebruiken röntgenstralen of sterke magnetische velden om een ​​beeld te krijgen van de hersenen, longen of andere lichaamsdelen van een patiënt.

Helaas zijn medische beeldvormingsapparatuur niet ontworpen om 3D-beelden vast te leggen. In plaats daarvan produceren ze een reeks 2D-plakjes, die - als geheel genomen - artsen in staat stellen het lichaam van een patiënt te analyseren.

Maar die 2D-plakjes kunnen vrij eenvoudig worden omgezet in een 3D-vorm:zodra medische professionals hun set 2D-beelden hebben, die gewoonlijk worden opgeslagen in het Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM)-formaat, kan software worden gebruikt om de gegevens om te zetten in een digitaal 3D-model.

Dat model op het scherm kan vervolgens worden gewijzigd, vergroot of verkleind of zelfs gekleurd, en kan vervolgens op de relevante manier worden verwerkt voordat het naar een 3D-printer of andere machine wordt verzonden.

Digitale fabricage van anatomische modellen

Een van de beste nieuwe manieren om anatomische modellen te maken - zowel patiëntspecifieke als generieke - is additive manufacturing of 3D-printen.

Met behulp van Fused Deposition Modeling (FDM) of Stereolithography (SLA) 3D-printers kunnen medische professionals snel modellen maken met behulp van de geconverteerde digitale informatie van CT- of MRI-scans. En aangezien 3D-printers in laboratoria of zelfs kantoren kunnen worden bewaard, duurt het slechts een zeer korte tijd om het hele bouwproces uit te voeren.

Hoewel FDM de meest voorkomende en betaalbare 3D-printtechnologie is, geven velen in de medische wereld de voorkeur aan SLA voor anatomische modellen. De op licht gebaseerde technologie is compatibel met doorschijnende en halfdoorschijnende harsen, en 3D-printen met dergelijke materialen kan nuttig zijn voor het presenteren van een complex orgel met interne secties (die op hun beurt kunnen worden verfraaid met onderscheidende kleuren).

Voor anatomische modellen met een meer algemeen gebruik - die bijvoorbeeld voor educatieve in plaats van chirurgische doeleinden worden gemaakt - kunnen andere technologieën net zo nuttig zijn als additieve fabricage.

Spuitgieten kan bijvoorbeeld een kosteneffectieve manier zijn om meerdere kopieën van een enkel model te maken, dat vervolgens door meerdere gebruikers in ziekenhuizen of onderwijsinstellingen kan worden gebruikt.

De echte voordelen van anatomische modellen

Het digitaal vervaardigen van anatomische modellen is meer dan een voorbijgaande trend. In feite zijn er al talloze levens over de hele wereld gered dankzij replica's van plastic lichaamsdelen.

Eerder dit jaar gebruikten chirurgen in het Guy's en St Thomas' ziekenhuis in Londen multi-materiaal 3D-printen om zich voor te bereiden op een complexe niertransplantatie bij een tweejarig kind.

"De mogelijkheid om een ​​3D-model van de anatomie van de patiënt in verschillende texturen af ​​te drukken, met de fijne kneepjes van de bloedvaten erin duidelijk zichtbaar, stelt ons in staat om kritische anatomische relaties tussen structuren te differentiëren", zegt Pankaj Chandak, Transplant Registrar bij het ziekenhuis. "Dankzij de flexibele materialen konden we de flexibiliteit van organen in de buik beter nabootsen voor simulatie van de chirurgische omgeving."

Vóór die procedure gebruikten artsen van het People's Hospital van Jilin in China een 3D-geprint model om hun behandeling te ondersteunen van een baby die leed aan een hartafwijking, Total Pulmonary Venous Anomalous Drainage genaamd.

"Met het model wisten we precies waar en hoe we moesten snijden en hoe groot de incisie zou moeten zijn", legt dokter Zhang Xueqin uit. "En met zo'n grondig plan, besteedden we slechts de helft van de tijd die we hadden verwacht om de operatie te voltooien."

Nu steeds meer medische professionals digitale productie gebruiken om nauwkeurige anatomische modellen te maken, worden artsen beter geïnformeerd en beter uitgerust om het leven van hun patiënten te redden.

Op zoek naar anatomische modellen of andere digitaal vervaardigde medische apparatuur? Neem contact op met 3ERP, een bedrijf met ervaring in de productie van medische hulpmiddelen, om te zien of de on-demand productie- en prototypingservices van nut kunnen zijn.