2万元から600元まで、河北大学付属病院の肝臓モデルの3Dプリントの新手法

「2万元から600元へ、河北大学付属病院の肝臓モデル3Dプリント新方式」
この記事の寄稿者：張柯、河北大学付属病院医療3D画像印刷センター所長。現在は、中国医師会胸部外科支部の胸部外科主任医師および全国青年委員会委員を務めている。
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3D プリント技術が普及するにつれ、医療専門家も徐々にその価値を認識するようになり、3D プリントされた医療モデルが世界中の病院に導入され始めています。患者固有の臓器解剖モデルにより、医師は複雑な内部構造にアクセスして検査し、医療処置中に問題の範囲と正確な位置を把握できるようになります。患者は、自分の病状や治療の詳細を知るために使用できるモデルから恩恵を受けることもできます。

世界中で行われている研究はデジタルヘルスケアの基盤の上に構築されており、この文脈では、リアルな質感を備えたモデルがますます多く言及されているため、この技術の改善は中国での研究の焦点となっており、河北大学付属病院のチェン・シュジエ教授は現在、複雑な解剖学的構造を以前よりも低コストで再現する正確な3Dプリント肝臓モデルを導入しています。

肝臓手術は外科医にとって複雑な手術になる可能性があり、1:1 の正確なモデルのための所定の経路と計画がない場合、3D プリントされた医療モデルが肝臓手術の実行可能な術前オプションとして認識されています。

3D プリントモデルは、肝臓の内部組織や構造を含む肝臓全体を完璧に再現します。医師にとって、3D プリント肝臓モデルは、主に手術の安全性の向上、術中出血の減少、術後合併症の減少など、明らかな利点を示しています。しかし、市販されている多色、多材料の産業用 3D プリンターは非常に高価です。正確な 1:1 スケールの肝臓モデルでも、3,000 ～ 4,500 ドル (20,000 元以上) かかります。より安価な FDM デスクトップ 3D プリンターでは、「複雑な肝臓手術計画に適用するのが難しい、複雑なキメラ 3 系統の肝臓血管ネットワーク」をまったく提供できません。

コストを削減し、医療モデルの高解像度を得るために、河北大学付属病院の程樹傑教授率いるチームは、ステレオリソグラフィー（光硬化）を採用しました。高速感光性樹脂は、液体冷却システムを備えた 2 台の高速 LCD-SLA 3D プリンターを使用して処理されます。その後、精密なマッチングを実現するために改良された従来のトランスファー成形技術を使用して、高透明度樹脂で患者固有の医療用モデルを製造するプロセスが完了します。内部構造全体と肝臓表面を0.1mmの層厚で互いに平行に印刷するのに4時間もかからず、モデルでは悪性腫瘍がはっきりと確認できました。 3D コンピュータモデルの測定距離と比較すると、印刷されたモデルとその隣接する血管の測定距離誤差は 0.7 mm 未満でした。印刷時間を大幅に短縮し、印刷精度を向上させることを前提に、模型製作コストをさらに削減し、手術効率と精度を大幅に向上させます。

この方法により、肝臓の詳細な実物大モデルを約 80 ～ 90 ドルで作成できます。精度と解像度は、産業用マルチマテリアル技術よりも資本コストと材料コストが低い SLA 3D 印刷技術の使用によって実現され、エラーの少ない単一の組み立て手順のみを必要とし、複数の面倒な手順が不要になります。

この方法は完璧ではなく、2 つの主な欠点があります。1 つは後処理です。現在、印刷ジョブと樹脂が完了した後、各モデルに約 30 時間の作業が必要です。もう 1 つの欠点は、より複雑なモデルでは、「非常に複雑な外部」の時間コストが増加するため、マルチノズル印刷技術の明らかな製造上の利点が得られないことです。それでも、控えめな見積もりによれば、複雑な肝臓手術の需要の約 80% はこの製造方法で満たすことができます。

「この方法の最大の重要性は、最大限の精度を維持しながらコストを大幅に削減し、印刷速度を向上させることで、肝臓手術の分野で3Dプリントを広く使用できるようになることです。」

チームのアプローチを使用して作成されたモデルには、正確な表面と非常に透明な肝実質、患者の正確な腫瘍、主要な血管がレベル1である完全な3システム5〜6層の血管ネットワークなど、肝臓自体の正確なレプリカが含まれています。血管端の直径は「CT スライス解像度の限界に達し」、ミリメートル未満の精度を実現しています。

「チェン教授は、繰り返し徹底的な検証を行った結果、河北大学付属病院が現在開発している透明でフルカラーの高精度な術前計画用肝臓モデルの製造方法が、極めて困難で正確かつ個別化された一連の肝臓手術を容易にするだろうと確信している。」

このアプローチは、肝臓手術での使用に加えて、すでに 3D プリントを加速させている多くの分野を含む他の医療分野にも応用される可能性があります。河北省の研究開発チームは、整形外科、脳神経外科、産婦人科、形成外科、歯科に注目した。 3D プリントモデルにより、医療従事者は解剖学的構造を直接的に理解し、手術の準備をすることができます。

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