3D プリント技術により血管手術シミュレーションシステムがより「リアル」に

この投稿は、Little Soft Bear によって 2016-7-1 10:10 に最後に編集されました。

血管疾患は人類の死因として大きな割合を占めています。アメリカ心臓協会によると、心血管疾患だけでも毎年世界中で1,730万人以上が死亡しており、この数は2030年までに2,360万人に増加すると予想されています。血管疾患の治療には、従来の開腹手術と、心臓疾患を治療するために特定の心臓カテーテル法を使用する介入手術が含まれます。これらの治療法により、いくつかの血管疾患を大幅に治療できるようになりました。

あらゆる複雑な手術の成功は、医師の長年の外科手術の実務経験だけでなく、患者の状態に基づいた手術計画の策定、手術前の十分な手術シミュレーションと訓練にも依存しており、これらも手術の成功の保証となります。 3Dプリントされた医療モデルは、医師が患者の状態を詳細に研究し、手術の事前計画や手術のリハーサルを行うためのツールとなっています。しかし、複雑な血管疾患の手術、特に介入手術の場合、単一の3Dプリントモデルのみに頼って手術を体系的かつ現実的にシミュレートすることは依然として不可能です。アメリカのReplicator社は、完全な心臓血管手術シミュレーションシステムを製造しました。このシステムの血管モデルは、3Dプリント技術を通じてさまざまな患者に合わせてカスタマイズされており、医師が手術のトレーニングや指導を行うのに便利です。今号では、3D Science Valley がこの外科手術シミュレーションシステムについてご紹介します。

まず、Replicator の Vasular Simulations 血管手術シミュレーションシステムの実際の外観を見てみましょう。

画像提供: Stratasys
血管手術シミュレーションシステムの目的は、血管内手術シミュレーションのための現実的な環境を医師に提供することです。このシステムには次の機能が含まれています。

機械式僧帽弁と大動脈弁を備えた機能的な左心房と左心室。ウィンドケッセル効果を再現するためのシリコン大動脈（ウィンドケッセル効果とは、心室拡張期に拡張した肺動脈が弾性的に反動し、閉じた肺弁で血流を遮断し、遠位肺動脈への血流を加速することを指します。）
心拍数、脳血流、末梢血流などの生理学的パラメータを調整可能。数分以内に体液温度を37℃まで加熱する装置。

3D プリントはどのような役割を果たすのでしょうか?
Vasular Simulations 外科シミュレーションシステムのシリコン血管モデルは、3D 印刷技術を使用してカスタマイズされます。カスタマイズのプロセスは、患者の医療画像データを取得することから始まります。まず、患者は病院でCTまたはMRI検査を受け、2次元の医療画像を取得します。次に、3次元医療画像処理ソフトウェアを使用して3次元モデリングを行います。

画像提供: Stratasys患者の医療画像
B 3DソフトウェアはAを3Dモデルに処理する
C ソフトウェアを修正した後は、手術シミュレーションに必要な部分だけが残る
D 血流システムの入口と出口に適応する

ソフトウェアで処理された血管の 3D モデルは、Stratasys Dimension Elite 3D プリンターを使用して、ABSplus を印刷材料として印刷されました。次に、最終製品の欠陥を最小限に抑えるために、3D プリントモデルの表面後処理が必要です。最後に、3D プリントされたモデルをシリコン素材で覆い、溶かしてカスタマイズされたシリコン血管モデルを作成します。

画像提供: Stratasys
ABS 3D で印刷された血管モデルと比較すると、シリコン血管モデルは人体の実際の血管に近いです。 3D プリントされた血管モデルは手術シミュレーションに直接使用されるわけではありませんが、3D プリント技術は各患者の心臓や脳の血管の複雑な幾何学的形状や細部を 1 対 1 で「コピー」できるため、Vasular Simulations 手術シミュレーションシステムの 3D プリントモデルによって製造されたシリコン血管にも同じ詳細な特徴が反映され、医師が現実的な血管手術シミュレーションを実行できるようになります。

American Replicator は 2011 年に設立され、ニューヨーク州に拠点を置いています。チームのメンバーは、経験豊富な医師、生物医学研究者、機械エンジニアのグループで構成されています。現在、同社の CEO はストーニーブルック大学病院の血管神経外科医でもあります。彼は Vasular Simulations 手術シミュレーションシステムを使用して、複雑な血管部位で複数の手術シミュレーション演習を実施し、複数のシミュレーションを通じて患者にとって最適な手術計画を決定しました。

出典: 3Dサイエンスバレー

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