3D Systems は、過去 40 年間で最も深刻な症例の 1 つである頭蓋顔面変形の子供が新たな人生を取り戻すのを支援しました。

ほとんどの人にとって、グレース・カベレンガ（名前の意味は「高貴」）は、あまり高貴な州に生まれたわけではない。彼女は生まれたときから、普通の人には想像もできないほどの重度の顔面変形を患っており、この拷問は彼女の人生のほぼすべての側面に影響を及ぼしています。

幸運なことに、現在 8 歳のグレースは良い時代に生まれました。今日では、医療および 3D テクノロジー企業と協力する経験豊富な外科医が無敵であり、ほんの数年前には不可能と考えられていた作業を達成することができます。医療経験とハイテク技術の組み合わせのおかげで、グレースは正常な状態に戻りつつあります。

難しいケース

グレースはザンビア中北部の都市ンドラで生まれました。彼女の目は極端に離れており、顔には重度の口唇裂があり、脳と口を隔てる骨がなかった。彼女は嚥下困難を患い、その結果栄養失調と貧血に陥りました。

2008年、世界頭蓋顔面財団（WCF）がグレースさんの状況を知りました。 WCF の創設者兼会長であるケネス・サリヤー博士は、世界を代表する頭蓋顔面外科の専門家です。彼は、頭蓋顔面の変形を患う子供たちとその家族に支援、治療、そして希望を提供するために、世界頭蓋顔面財団を設立しました。

「グレースは、私が頭蓋顔面異常のある子供や若者を治療してきた約40年の経験の中で遭遇した最も重篤な症例の一つです」とサリヤー医師は語った。

サリヤー医師は、グレースはまだ若すぎてすぐに手術を受けることはできないと考え、骨がさらに強くなる必要があると考えた。

当初2011年11月に予定されていた手術は、グレースちゃんの栄養失調がひどかったため延期された。彼女は点滴栄養と継続的な医療支援を通じて健康状態が改善しました。

身近なパートナーに助けを求める

グレースの健康状態が回復すると、サリヤー医師はすぐに、複雑で特殊な頭蓋顔面手術の実施に精通した馴染みのパートナーである 3D Systems 社と Precision Healthcare Solutions 社の専門家チームに頼りました。

3D Systems はコロラド州デンバーに大規模な医療技術センターを構えており、世界中の医師が想像以上に複雑な手術を行えるようサポートしています。同社のソリューションには、3D プリントされた解剖モデル、高度なバーチャルリアリティシミュレーター、直接金属プリントされたインプラントと器具、パーソナライズされた 3D プリントされた手術ガイドモデルなどが含まれます。

手術は2012年6月初旬にメキシコシティで再スケジュールされ、サリヤー医師と同僚のデレク・ブルース医師によって実施された。ブルース博士は小児脳神経外科医であり、サリヤー博士と26年間働いてきました。この手術には、メキシコシティ小児病院の別の小児神経外科医フェルナンド・チコ医師と彼のチームも参加した。

解剖学のパズルを解く

3D Systems は医師に仮想手術計画 (VSP®) サービスを提供します。このサービスでは、エンジニアが患者の CT スキャンデータに基づいて 3D 解剖学的情報を生成し、それを使用して今後の手術の完全な 3D シミュレーションを作成します。

「3D Systems が提供する情報により、世界中の参加者が仮想手術計画で協力できるようになりました」とサリヤー博士は述べています。

3D Systems の VSP チームは、グレースの独特な解剖学的構造に基づいて、モデル、ガイド、テンプレートも 3D プリントしました。これらの 3D プリントツールは、手術中に仮想計画に従って骨を切断し、配置するために使用されます。

VSP チームは、3D Systems の ProX 800 および ProJet 7000 ステレオリソグラフィー (SLA) プリンターを使用しました。 ProX 800 は、FDA 承認の幅広い材料と、プロトタイプ製造における優れた表面仕上げ、特徴解像度、エッジ定義、精度で知られています。一方、ProJet 7000HD は、高い引張強度と衝撃強度を備えた耐高温材料を提供し、歯科用途に最適です。

メキシコシティでの手術中、グレースの口の奥から脳組織の大きな部分が完全に除去され、頭の中に新たに作られた頭蓋骨の中に置かれ、彼女の目が近づくようになった。

「3D Systems の 3D プリントモデルに導かれて、解剖学的部位全体を完璧な精度で正確な位置に移動させることができました」とサリヤー博士は述べています。「彼らの指導がなければ、この手術に必要な精度を達成することは不可能だったでしょう。」

しかし、まだやるべきことはたくさんある。グレースは額と眼窩天井の骨の大部分を失ってしまった。骨の支えがなくなり、脳を囲むのは軟部組織の層だけとなったため、彼女は保護ヘルメットをかぶって生活しなければならない。

誠実な協力

2015年5月に南アフリカで予定されているグレースの2回目の手術には、より複雑な術前計画が必要だった。

コロラド州の 3D Systems 医療技術センターでは、3DS は仮想手術計画と 3D 印刷技術を使用して、テキサス州ダラスの Salyer 医師、ワシントン D.C. の Bruce 医師、南アフリカのケープタウンの形成外科医 Frank R. Graewe 氏とその臨床チーム、フロリダ州ジャクソンビルとドイツのトゥットリンゲンにある医療機器会社 KLSMartin、モンタナ州ベオグラードにある認定組織および医療機器会社 Bacterin など、世界中のチームと連携しています。

3D Systems はサリヤー博士と協力して、グレースの新しい額の輪郭を定義し、作成しました。 3D Systems Geomagic Freeform Plus と 3Dsculpting ソフトウェアを 3D Systems の 3D 触覚デバイス (フォースフィードバック) Touch X と組み合わせて、額の再構築に必要な複雑な有機的な曲線を作成しました。

直感的なソフトウェアと触覚インターフェースにより、3D Systems の設計チームは、物理的な部品やプロトタイプを作成することなく、Salyer 博士の指示に基づいてリアルタイムで設計を調整することができました。

最終的なアウトラインが完成すると、デジタルファイルが KLSMartin に送信されます。同社は、時間をかけて体内に組み込むことができるユニークなインプラントを開発し、バクテリンのカスタム骨移植の枠組みを提供した。

「グレースの手術は極めて過酷なものでした。他の多くのケースとは異なり、グレースは大量の骨を失っていたため、自己溶解して患者自身の骨が自由に成長できるほどの強度を持つ再建物を作るのは大きな課題でした。もう 1 つの課題は、3 大陸の 6 つのチームが詳細を確認し、3D シミュレーションでリアルタイムに連携する必要があったことです。これは、3D Systems の多大な努力とソリューションのおかげで可能になりました」と、KLSMartin North America の製品開発ディレクター、ショーン・バーク氏は述べています。

複雑な3Dプリントデザイン

インプラントの設計が完成すると、3D Systems は Bacterin 社に、カスタム「ヘッドバンド」用の 3D プリントされた型を提供しました。ヘッドバンドは、目の上の眼窩縁を修復する骨片です。 Bacterin 社の 3Demin® 素材から作られた同種骨片 (移植片) は、Salyer 医師が Grace のためにカスタマイズした「ヘッドバンド」の仕様と一致しました。 Bacterin 社は、再建手術で使用するための 3Demin カバー、OsteoSponge®、および OsteoWrap® 同種移植片も提供しています。

3D Systems VSP再建サービスを担当するマイク・レンズバーガー氏は、「カスタマイズされた3Demin同種移植骨の製造プロセスには、滅菌され、バクテリン社の3Deminファイバー技術の特定の処理要件を満たす型が必要です。私たちはSLA技術と樹脂を使用して、サリヤー博士が参照するためのモデルとテンプレートを作成しました。機械加工や射出成形などの従来の技術と比較して、高精度でケース固有のカスタマイズされた部品をより速く製造できます。」と述べています。

グレースの現在の状況

グレースの2回目の手術は大成功でした。彼女の頭蓋骨と自身の骨に石灰化が起こり、下唇、顎、口は正常に閉じられました。彼女は普通に食べることも、話すことも、呼吸することもできました。

グレースの次の最後の手術は2016年4月に行われた。この手術では、鼻、鼻腔、上唇、目の周りの軟部組織の形成が行われる。

サリヤー博士は自伝「A Life that Matters」の中で、「私は幼いころに自分の人生の使命を見つけ、それに人生を捧げました。それは、子供たちの顔を修復し、彼らが自分の人生をよりコントロールできるようにすることです」と述べている。

また、グレースの手術と顔面再建に尽力してきた人々も同様の責任を果たしてきたことがわかります。このグループの人々のおかげで、グレースの人生は単なる短い注釈ではなく、豊かで長期にわたる、継続的で完全な物語となるでしょう。

3D Systemsについて

3D Systemsは3Dプリンティング業界のリーダーであり、3Dプリンター、印刷材料、クラウドコンピューティングによるオンデマンドのカスタマイズ部品など、「設計から製造まで」の包括的なソリューションを提供しています。その強力なデジタルプロセスはまさに創造性を実現し、オプションの材料にはプラスチック、金属、セラミック、食品などがあり、専門家と消費者から満場一致で賞賛されています。 3DS の主要医療ソリューションには、シミュレーション、トレーニング、インタラクティブでパーソナライズされた手術、患者固有のソリューション、歯科機器のアプリケーションなど、幅広いソリューションが含まれます。 3DS のパーソナライズされた 3 次元設計およびテスト製品は、最先端の取得およびタッチテクノロジを提供します。成熟した統合ソリューションは、従来の方法に代わるものであり、従来の方法を補完します。データ入力と物理オブジェクトの直接印刷により、新製品の設計にかかる時間とコストが削減されます。これらのソリューションは、物理的なオブジェクトの設計、作成、通信、試作、または生産を加速するために使用でき、顧客が「未来を製造する」ことを支援します。

3D Systems は、過去 40 年間で最も深刻な症例の 1 つである頭蓋顔面変形の子供が新たな人生を取り戻すのを支援しました。

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