3D-печать и медицина

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В современных условиях возможности применения в медицине 3D-печати расширяются и она занимает около 11 % мирового рынка аддитивного производства. В Военно-медицинской академии имени С.М. Кирова и Военном инновационном технополисе «ЭРА» 3D-печать используется для обучения, предоперационного планирования, создания шин и лонгет, изготовления неинвазивных изделий функционального назначения, создания вспомогательных средств профилактики COVID-19.

С целью определения перспектив развития изучен зарубежный опыт применения 3D-печати в медицине за последние 5 лет.

Установлено, что для обучения создается реестр клинических данных по 3D-печати, печатаются 3D-модели для имитирования сопротивления тканей при операции. С помощью предоперационного планирования разделены сиамские близнецы, на 3D-моделях стоп из эластичной смолы врачи обучаются хирургическим операциям, кардиологические модели используются для прогнозирования риска осложнений при транскатетерной имплантации искусственного аортального клапана, а также репетиции операций с врожденными аномалиями сердца. Изготовляются индивидуальные имплантаты для поясничного и шейного отделов позвоночника, замены поврежденного участка грудной клетки и ребра, фаланги пальца, эндопротезы тазобедренного и коленного суставов. В качестве вспомогательных изделий создаются индивидуальные хирургические инструменты для операций с малой травматичностью, ортопедические стельки, эластичные стенты для уретры и сетчатые стенты трахеи. Для 3D-печати предлагаются новые материалы из полиамида (PA11), полиэфирэфиркетона, сплавов титана, рассасывающегося полимера и биосовместимой смолы. Появилось новое программное обеспечение 3D-печати и усовершенствованы существующие. В стоматологии печатаются персонализированные брекеты и элайнеры. С помощью 3D-печати создаются индивидуальные многослойные политаблетки, умные таблетки, выпускающие лечебные вещества по команде со смартфона, детские жевательные таблетки. В исследовательских целях напечатаны следующие устройства: имитирующие сердечную ткань с датчиками для отслеживания воздействия лекарственных средств и токсинов; прогнозирующие индивидуальную реакцию материала биопсийной опухоли на лечение; диагностирующие некоторые инфекционные заболевания с использованием смартфона и кремниевого микрофлюидного чипа.

Об авторах

Степан Андреевич Пелешок

Военно-медицинская академия

Автор, ответственный за переписку.
Email: peleshokvma@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9460-8126
SPIN-код: 3657-9756
ResearcherId: L-3028-2016

докт. мед. наук, профессор, вед. научный сотрудник научно-исследовательского центра

Россия, Санкт-Петербург

Константин Петрович Головко

Военно-медицинская академия

Email: labws@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1584-1748
SPIN-код: 2299-6153
ResearcherId: С-6865-2017

докт. мед. наук, начальник научно-исследовательского центра

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Карякин Н.Н., Горбатов Р.О. 3D-печать в медицине. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2019. 240 с.
  2. Bahraminasab M. Challenges on optimization of 3D-printed bone scaffolds // Biomed. Eng. Online. 2020. Vol. 19, No. 69. P. 1–33. doi: 10.1186/s12938-020-00810-2
  3. Кушнарев С.В., Ширшин А.В. Создание трехмерных физических моделей на основе изображений компьютерной томографии (первый опыт) // Известия Российской Военно-медицинской академии. 2018. Т. 37, № 4. С. 53–56.
  4. Пелешок А.С., Пелешок С.А. Острый аортальный синдром: новые технологии диагностики, планирования лечения, усовершенствования врачей // Известия Российской Военно-медицинской академии. 2020. Т. 39, № S3–5. С. 121–126.
  5. Хоминец В.В., Пелешок С.А., Волов Д.А., и др. Технологии 3D-печати в лечении пациентов с травмами и заболеваниями предплечья и кисти // Вестник Российской Военно-медицинской академии. 2020. № 1(69). С. 113–118.
  6. Железняк И.С., Пелешок С.А., Ширшин А.В., и др. Использование технологии 3D-печати для профилактики новой коронавирусной инфекции COVID-19. В сб.: Состояние и перспективы развития науки по направлению «Биотехнические системы и технологии». Сборник статей 2-й Всероссийской научно-технической конференции. Т. 1. Анапа, 2020. С. 7–14.
  7. Лобанова М.И., Овчинников Д.В., Железняк И.С., и др. 3D-печать в медицине // Известия Российской Военно-медицинской академии. 2019. T. 38, № 4. С. 201–206.
  8. Хоминец В.В., Кудяшев А.Л. Опыт проведения первого выездного цикла «Принципы лечения переломов костей в военно-медицинских организациях МО РФ» на базе Военного инновационного технополиса ЭРА // Военно-медицинский журнал. 2019. Т. 340, № 8. С. 93–94.
  9. Есипов А.В., Алехнович А.В., Фокин Ю.Н. Рабочее совещание по аддитивным технологиям в 3-м Центральном военном клиническом госпитале имени А.А. Вишневского // Военно-медицинский журнал. 2019. Т. 340, № 12. С. 84–85.
  10. Пелешок С.А., Железняк И.С., Овчинников Д.В., и др. Опыт применения аддитивных технологий в военно-медицинских организациях и Военном инновационном технополисе «ЭРА» // Вестник Российской Военно-медицинской академии. 2019. № 3(67). С. 126–132.
  11. Martelli N., Serrano C., Pineau J., et al. Advantages and disadvantages of 3-dimensional printing in surgery // A systematic review Surgery. 2016. Vol. 159, No. 6. P. 1485–1500. doi: 10.1016/j.surg.2015.12.017
  12. Pucci J.U., Christophe B.R., Sisti J.A., Connolly E.C. Three-dimensional printing: technologies, applications, and limitations in neurosurgery // Biotechnology Advances. 2017. Vol. 35, No. 5. P. 521–529. doi: 10.1016/j.biotechadv.2017.05.007
  13. Tack P., Victor J., Gemmel P., Annemans L. 3D-printing techniques in a medical setting: a systematic literature review // Biomed. Eng. Online. 2016. Vol. 15, No. 1. P. 115. doi: 10.1186/s12938-016-0236-4
  14. Li C., Cheung T.F., Fan V.C., et al. Applications of Three-Dimensional Printing in Surgery // Surg. Innov. 2017. Vol. 24, No. 1. P. 82–88. doi: 10.1177/1553350616681889
  15. Crafts T.D., Ellsperman S.E., Wannemuehler T.J., et al. Three-Dimensional Printing and Its Applications in Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery // Otolaryngol. Head Neck Surg. 2017. 156, No. 6. P. 999–1010. doi: 10.1177/0194599816678372
  16. Ganguli A., Pagan-Diaz G.J., Grant L., et al. 3D printing for preoperative planning and surgical training: a review // Biomed. Microdevices. 2018. Vol. 20, No. 3. P. 65. doi: 10.1007/s10544-018-0301-9
  17. Lazar H.L. Three-dimensional printing in cardiac surgery // Enhanced imagery results in enhanced outcomes // J. Card. Surg. 2018. Vol. 33, No. 1. P. 28.
  18. Kaye R., Goldstein T., Zeltsman D., et al. Three dimensional printing: A review on the utility within medicine and otolaryngology // Int. J. Pediatr. Otorhinolaryngol. 2016. Vol. 89. P. 145–148. doi: 10.1016/j.ijporl.2016.08.007
  19. Louvrier A., Marty P., Barrabé A., et al. How useful is 3D printing in maxillofacial surgery? // J. Stomatol. Oral Maxillofac. Surg. 2017. Vol. 118, No. 4. P. 206–212. doi: 10.1016/j.jormas.2017.07.002
  20. Wilcox B., Mobbs R.J., Wu A.M., Phan K. Systematic review of 3D printing in spinal surgery: the current state of play // J. Spine Surg. 2017. Vol. 3, No. 3. P. 433–443.
  21. Papagelopoulos P., Savvidou O., Koutsouradis P., et al. Three-dimensional Technologies in Orthopedics. // Orthopedics. 2018. Vol. 41. P. 12–20. doi: 10.3928/01477447-20180109-04
  22. Javaid M., Haleem A. Additive manufacturing applications in orthopaedics: A review // J. Clin. Orthop. Trauma. 2018. Vоl. 9, Nо. 3. P. 202–206. doi: 10.1016/j.jcot.2018.04.008
  23. Vaishya R., Vijay V., Vaish A., Agarwal A.K. Threedimensional printing for complex orthopedic cases and trauma: A blessing // Apollo. Med. 2018. Vol. 15. P. 51–54.
  24. Diment L.E., Thompson M.S., Bergmann J.H.M. Clinical efficacy and effectiveness of 3D printing: a systematic review // B. M. J. Open. 2017. Vol. 7, No. 12. Art. e016891. doi: 10.1136/bmjopen-2017-016891
  25. Jacobs C.A., Lin A.Y. A New Classification of Three-Dimensional Printing Technologies: Systematic Review of Three-Dimensional Printing for Patient-Specific Craniomaxillofacial Surgery // Plast. Reconstr. Surg. 2017. Vol. 139, No. 5. P. 1211–1220. doi: 10.1097/PRS.0000000000003232
  26. Lal H., Patralekh M.K. 3D printing and its applications in orthopaedic trauma: A technological marvel // J. Clin. Orthop. Trauma. 2018. Vol. 9, No. 3. P. 260–268. doi: 10.1016/j.jcot.2018.07.022
  27. Jamróz W., Szafraniec J., Kurek M., Jachowicz R. 3D Printing in Pharmaceutical and Medical Applications — Recent Achievements and Challenges // Pharm. Res. 2018. Vol. 35, No. 9. P. 176. doi: 10.1007/s11095-018-2454-x
  28. Goyanes A., Scarpa M., Kamlow M., et al. Patient acceptability of 3D printed medicines // Int. J. Pharm. 2017. Vol. 530, No. 1–2. P. 71–78. doi: 10.1016/j.ijpharm.2017.07.064
  29. Konta А.А., García-Piña M., Serrano D.R. Personalised 3D Printed Medicines: Which Techniques and Polymers Are More Successful? // Bioengineering (Basel). 2017. Vol. 4, No. 4. P. 79. doi: 10.3390/bioengineering4040079
  30. Tack P., Victor J., Gemmel P., Annemans L. 3D-printing techniques in a medical setting: a systematic literature review // Biomed. Eng. Online. 2016. Vol. 15, No. 1. P. 115. doi: 10.1186/s12938-016-0236-4
  31. Kim S.J., Cha Y.H., Lee K.H., Kwon J.-Y. Effect of personalized wrist orthosis for wrist pain with three-dimensional scanning and printing technique: A preliminary, randomized, controlled, open-label study // Prosthetics and Orthotics International. 2018. Vоl. 42, Nо. 6. P. 636–643. doi: 10.1177/0309364618785725
  32. Ballard D.H., Trace A.P., Ali S., et al. Clinical Applications of 3D Printing: Primer for Radiologist // Acad. Radiologist. 2018. Vol. 25. No. 1. P. 52–65. doi: 10.1016/j.acra2017.08.004
  33. Li N., Huang S., Zhang G., et al. Progress in additive manufacturing on new materials: a review // J. Mater. Sci. Technol. 2019. Vol. 35, No. 2. P. 242–269. doi: 10.1016/j.jmst.2018.09.002
  34. Liu Y. Rath B., Tingart M., Eschweiler J. Role of implants surface modification in osseointegration: A systematic review // J. Biomed. Mater. Res. 2020. Vol. 108. No. 3. P. 470–484. doi: 10.1002/jbm.a.36829
  35. Murr L.E. Strategies for crating living, additively manufactured, open-cellular metal and alloy implants by promoting osseointegration, osteoinduction and vascularization: and overview // J. Mater. Sci. Technol. 2019. Vol. 35, No. 2. P. 231–241. doi: 10.1016/j.jmst.2018.09.003
  36. Ahangar P., Cooke M.E., Weber M., Rosenzweig D. Current Biomedical Applications of 3D Printing and Additive Manufacturing // Appl. Sci. 2019. Vol. 9, No. 8. Art. 1713. doi: 10.3390/app9081713
  37. Gong G., Ye J., Chi Y., et al. Research status of laser additive manufacturing for metal: a review // Journal of Materials Research and Technology. 2021. Vol. 15. P. 855–884.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор, 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».