Digitale productie revolutieert anatomische modellering in moderne geneeskunde

Digi tale productie maakt een grote impact op veel gebieden van de geneeskunde, van kleine dingen zoals het bewerken van aluminium testbuishouders tot futuristische praktijken zoals het 3D-printen van titaniumimplanten.

Van de vele medische toepassingen van digitale productie, is er één specifiek gebied dat sprongen maakt: de creatie van anatomische modellen — fysieke replica's van organen, botten en andere lichaamsdelen die door medische professionals gebruikt kunnen worden om artsen te trainen of te voorbereiden op operaties aan patiënten.

Deze anatomische modellen kunnen gemaakt worden met verschillende productietechnologieën en uit verschillende materialen, en hun gebruik is op de hele wereld aan het stijgen.

Waarom anatomische modellen maken?

Met digitale productietechnologieën zoals 3D-modelleringssoftware en 3D-printers, is het nu makkelijker dan ooit om snel en betaalbaar levenschte anatomische modellen te creëren voor educatie, training of chirurgische doeleinden.

Deze modellen kunnen generiek zijn en gebruikt worden om gezonde of aangedane lichaamsdelen in colleges of lessen te illustreren, of patiënt-specifiek, gecreëerd met behulp van medische beeldgevingsdata om fysiek een lichaamsdeel van een individuele patiënt te repliceren.

Patiënt-specifieke anatomische modellen zijn een van de meest opwindende toepassingen van digitale productietechnologieën, aangezien ze chirurgen in staat stellen een levensgetrouwe kopie van het beschadigde of zieke orgaan te zien en te voelen waarop ze moeten opereren — soms wel lang voor de daadwerkelijke procedure.

Door te leren werken met een fysiek schaalmodel, kunnen chirurgen veel beter voorbereid zijn op de operatie, door verschillende incisies of bewegingen op de plastic replica uit te proberen voordat ze de echte chirurgie moeten uitvoeren. Dit extra niveau van hands-on voorbereiding helpt de kansen op een positief resultaat voor de patiënt te vergroten.

Medische beelden omzetten in 3D-modellen

Een groot deel van het proces van het creëren van patiënt-specifieke medische modellen is het verkrijgen van data van het lichaam van de patiëent. Dit vereist het gebruik van CT- of MRI-scanners, apparatuur die in ziekenhuizen gebruikt wordt om patiënten te onderzoeken en te controleren op diverse problemen.

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

Helaas zijn medische beeldgevingsapparaten niet ontworpen om 3D-beelden vast te leggen. In plaats daarvan produceren ze een reeks 2D-sneden, die — genomen als een geheel — artsen in staat stellen een patiënt's lichaam te analyseren.

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

Dat onschermmodel kan vervolgens gewijzigd, hergroot of zelfs gekleurd worden, en kan dan op de relevante manier verwerkt worden voordat het naar een 3D-printer of andere machine wordt gestuurd.

Digitale productie van anatomische modellen

Een van de beste nieuwe manieren om anatomische modellen te creëren — van zowel de patiënt-specifieke als generieke soort — is additieve productie, of 3D-printen.

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

Terwijl FDM de meest gangbare en betaalbare 3D-printtechnologie is, prefereren velen in het medische veld SLA voor anatomische modellen. De licht-gebaseerde technologie is compatibel met transparante en semi-transparante harsen, en 3D-printen met dergelijke materialen kan nuttig zijn voor het presenteren van een complex orgaan met interne secties (wat op zijn beurt kan worden verfraaid met onderscheidende kleuren).

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

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

De real-world voordelen van anatomische modellen

De digitale productie van anatomische modellen is meer dan een passende trend. Feitelijk zijn oneindig veel levens al over de hele wereld gered dankzij replica plastic lichaamsdelen.

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

"De mogelijkheid om een 3D-model van de anatomie van de patiënt in varierende texturen te printen, met de complexheden van de bloedvaten duidelijk zichtbaar erin, stelt ons in staat om kritische anatomische relaties tussen structuren te differentieren," zei Pankaj Chandak, Transplant Registrar bij het ziekenhuis. "De flexibele materialen stelden ons ook in staat om de flexibiliteit van organen in de buik beter na te bootsen voor simulatie van de chirurgische omgeving."

Vóór die procedure gebruikten artsen bij het People's Hospital van Jilin in China een 3D-geprint model om hun behandeling van een baby te ondersteunen die lijde aan een hartafwijking genaamd Totale Pulmonale Veneuze Anomale Afvoer.

"Met het model wilden we precies weten waar en hoe we moesten snijden, en hoe groot de incisie moest zijn," legde dokter Zhang Xueqin uit. "En met zo'n grondig plan, besteedden we maar de helft van de tijd die we verwachtten om de operatie te voltooien."

Met steeds meer medische professionals die digitale productie aannemen om nauwkeurige anatomische modellen te creëren, worden artsen beter geïnformeerd en beter uitgerust om het leven van hun patiënten te redden.

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