Оставьте заявку
Укажите контактную информацию, мы вам перезвоним и ответим на интересующие вопросы.
начальник отдела биоинженерных и аддитивных технологий Клиники высоких медицинских технологий им. Н. И. Пирогова СПбГУ
Александр Олегович Апанасенко
НЬЮСМЕЙКЕР
Специалисты Клиники высоких медицинских технологий им. Н. И. Пирогова СПбГУ разрабатывают трехмерные модели для создания индивидуальных имплантов, медицинских инструментов и дополненной реальности. Уникальный подход становится последней надеждой для самых сложных пациентов, в лечении которых уже испробованы все стандартные методы.
06.02.26
В Клинике СПбГУ организовали систему разработки 3D-моделей для решения сложных хирургических задач
Для понимания между врачами и инженерами
Чтобы как можно больше сражений с опасными опухолями и сложными переломами заканчивались победой врачей, в Клинике высоких медицинских технологий им. Н. И. Пирогова СПбГУ семь лет назад открыли лабораторию (отдел) биоинженерных и аддитивных технологий. Здесь создают трехмерные модели сломанных костей, пораженных внутренних органов, а также индивидуальных медицинских инструментов, помогающие решать самые сложные хирургические задачи.
- Александр Олегович АпанасенкоНачальник отдела биоинженерных и аддитивных технологий Клиники высоких медицинских технологий им. Н. И. Пирогова СПбГУ, инженер-разработчик, исследователь, соавтор научных статей и патентов в области аддитивных технологий в медицине«Мы работаем с пациентами, для которых использование 3D-моделирования — обычно последняя надежда на выздоровление: это люди, которые уже обращались в ряд клиник со своим сложным случаем, но им не смогли помочь, потому что стандартные подходы не дали результатов».
Лаборатория играет связующую роль между врачами и производителями медизделий. Благодаря усилиям специалистов по 3D-моделированию удается превращать медицинские инженерные задумки в конкретные чертежи, которые ложатся в основу сложных индивидуальных имплантов и приспособлений.
Выстроенная за эти годы система работы позволяет эффективно справляться с редкими повреждениями тазобедренных и коленных суставов, стоп, кистей, позвоночника, шеи, ребер. Подход в некоторых ситуациях помогает сократить длительность операций и снизить вероятность осложнений, но главное — он повышает уверенность врачей в принятых решениях.
Выстроенная за эти годы система работы позволяет эффективно справляться с редкими повреждениями тазобедренных и коленных суставов, стоп, кистей, позвоночника, шеи, ребер. Подход в некоторых ситуациях помогает сократить длительность операций и снизить вероятность осложнений, но главное — он повышает уверенность врачей в принятых решениях.
Технологии 3D-моделирования активно применяются в создании медицинских тренажеров для отработки ключевых хирургических навыков. Фото предоставлено Александром Апанасенко
Одна лаборатория — четыре задачи
Работа экспертов отдела биоинженерных и аддитивных технологий ведется по четырем основным направлениям. Чаще всего специалисты занимаются анатомическим планированием, то есть создают на собственном 3D-принтере пластиковые копии костей и суставов, которые хирургам предстоит лечить на операционном столе.
«Это международная практика, — объясняет Александр Апанасенко, — использовать макеты для качественной подготовки, чтобы не столкнуться ни с какими сюрпризами в операционной. Иногда хирургу достаточно просто покрутить модели в руках, чтобы принять правильное решение по тактике лечения».
Также в лаборатории создают учебные макеты — для отработки студентами базовых мануальных навыков: установки скрепляющих винтов или пластин. Еще одно направление — разработка индивидуальных медицинских инструментов, например, шаблонов-направителей, которые помогают правильно провести операцию.
«Это международная практика, — объясняет Александр Апанасенко, — использовать макеты для качественной подготовки, чтобы не столкнуться ни с какими сюрпризами в операционной. Иногда хирургу достаточно просто покрутить модели в руках, чтобы принять правильное решение по тактике лечения».
Также в лаборатории создают учебные макеты — для отработки студентами базовых мануальных навыков: установки скрепляющих винтов или пластин. Еще одно направление — разработка индивидуальных медицинских инструментов, например, шаблонов-направителей, которые помогают правильно провести операцию.
Созданные с применением 3D-технологий реалистичные макеты помогают участникам медицинских мастер-классов эффективнее усваивать новые знания. Фото предоставлено Александром Апанасенко
«Часто нам приходится иметь дело со сложными переломами рук — лучевых или локтевых костей. В таких случаях для того, чтобы восстановить правильное анатомическое положение суставов, создается зеркальная 3D-копия здоровой руки пациента, а на ее основе — специальный шаблон-направитель, в котором уже отмечены отверстия для сверления и имплантов, чтобы хирургам удалось вернуть все обломки костей на свои места», — объяснил Александр Апанасенко.
Спасение для самых сложных пациентов
Самые сложные изделия четвертого типа — индивидуальные импланты. Они создаются в тех случаях, когда использование стандартных серийных решений не дает нужный результат. Это, как подчеркивает Александр Апанасенко, последняя соломинка, за которую держится пациент перед тем, как хирургам придется пойти на крайние меры — навсегда заблокировать сустав, если уже ничего нельзя сделать для возвращения его подвижности.
«Один из последних примеров — восстановление коленного сустава пациенту с перипротезным переломом (перелом кости в месте ранее установленного протеза — Прим. ред.) дистального фрагмента бедренной кости. Мы проанализировали ситуацию и изготовили титановую втулку, которая позволила соединить первый имплант с восстановленными костями. Сейчас пациент находится на реабилитации, но уже можно уверенно сказать, что операция прошла успешно», — рассказал Александр Апанасенко.
«Один из последних примеров — восстановление коленного сустава пациенту с перипротезным переломом (перелом кости в месте ранее установленного протеза — Прим. ред.) дистального фрагмента бедренной кости. Мы проанализировали ситуацию и изготовили титановую втулку, которая позволила соединить первый имплант с восстановленными костями. Сейчас пациент находится на реабилитации, но уже можно уверенно сказать, что операция прошла успешно», — рассказал Александр Апанасенко.
Титановая втулка и пластиковая 3D-модель бедренной кости для подготовки к лечению перипротезного перелома. Фото предоставлено Александром Апанасенко
Задумка, модель, изделие
Базовая информация для создания трехмерной модели — это снимок МСКТ или мультиспиральной компьютерной томографии (КТ). Главным «заказчиком» модели становится сам врач.
Один из самых частых случаев, когда может потребоваться ревизионное (повторное) вмешательство с применением 3D-технологий, — это асептическое расшатывание компонентов эндопротеза коленного или тазобедренного сустава. Во время такого осложнения нарушается прочная связь между имплантом и костью.
Врач вместе со специалистом лаборатории изучают 3D-модели проблемного сустава, если необходимо — печатают его в пластике, чтобы вместе принять решение о тактике лечения в зависимости от характера повреждения.
Иногда без разработки индивидуального изделия не обойтись, поэтому создается очень подробное техническое задание с указанием всех нюансов операции: от использования конкретных инструментов до описания того, как хирург будет формировать доступ к суставу, под какими углами заводить хирургические инструмент и других деталей.
«Только при таком тесном общении, когда есть возможность на всех этапах обсудить любые тонкости, и может родиться индивидуальное изделие, отвечающее всем требованиям. Никакие виды удаленного взаимодействия не принесут столько опыта и понимания ситуации специалистам, как личное общение, мозговой штурм и возможность присутствовать на операции», — объяснил Александр Апанасенко.
Один из самых частых случаев, когда может потребоваться ревизионное (повторное) вмешательство с применением 3D-технологий, — это асептическое расшатывание компонентов эндопротеза коленного или тазобедренного сустава. Во время такого осложнения нарушается прочная связь между имплантом и костью.
Врач вместе со специалистом лаборатории изучают 3D-модели проблемного сустава, если необходимо — печатают его в пластике, чтобы вместе принять решение о тактике лечения в зависимости от характера повреждения.
Иногда без разработки индивидуального изделия не обойтись, поэтому создается очень подробное техническое задание с указанием всех нюансов операции: от использования конкретных инструментов до описания того, как хирург будет формировать доступ к суставу, под какими углами заводить хирургические инструмент и других деталей.
«Только при таком тесном общении, когда есть возможность на всех этапах обсудить любые тонкости, и может родиться индивидуальное изделие, отвечающее всем требованиям. Никакие виды удаленного взаимодействия не принесут столько опыта и понимания ситуации специалистам, как личное общение, мозговой штурм и возможность присутствовать на операции», — объяснил Александр Апанасенко.
Использование 3D-моделей в силиконовой оболочке для выбора верной тактики лечения, имитации вмешательства и отработки будущих действий.
Фото предоставлено Клиникой СПбГУ
Инженерное содружество
После разработки модель отправляется на печать в одну из компаний-производителей, с которой у Клиники налажены партнерские отношения. Ведь каждый новый случай — это еще и индивидуальный подход к воплощению задумки: некоторые импланты требуют токарно-фрезерной работы, другие — химической обработки.
«Наша работа стала возможной, потому что нам удалось сформировать вокруг себя правильную команду, — по сути, инженерное содружество из компаний-производителей, которое обычно встречается только в технопарках. Эти люди отлично понимают, что мы каждый день ищем новые способы лечения взрослых и детей, и всегда идут нам навстречу вопреки всем бюрократическим препятствиям», — рассказал Александр Апанасенко.
«Наша работа стала возможной, потому что нам удалось сформировать вокруг себя правильную команду, — по сути, инженерное содружество из компаний-производителей, которое обычно встречается только в технопарках. Эти люди отлично понимают, что мы каждый день ищем новые способы лечения взрослых и детей, и всегда идут нам навстречу вопреки всем бюрократическим препятствиям», — рассказал Александр Апанасенко.
Аддитивные технологии (или 3D-печать) — это методы создания физических объектов путем послойного добавления материала (пластика, металла, керамики) на основе компьютерной 3D-модели.
Дополненная реальность органов и сосудов
Интересный кейс, как рассказал руководитель лаборатории, удалось реализовать вместе с коллегами из урологического отделения: врач-уролог Клиники СПбГУ Александр Денисович Петров обратился к экспертам за оцифровкой почек нескольких пациентов. Эти 3D-модели использовались во время операций по дроблению камней при помощи ультразвука.
«Хирург надевал очки дополненной реальности и «заходил» как в комнаты в компьютерной игре только в те лоханки, где были образования. Это позволило сократить время вмешательства, потому что не нужно было проверять «пустые комнаты», — рассказал Александр Апанасенко.
«Хирург надевал очки дополненной реальности и «заходил» как в комнаты в компьютерной игре только в те лоханки, где были образования. Это позволило сократить время вмешательства, потому что не нужно было проверять «пустые комнаты», — рассказал Александр Апанасенко.
3D-модели почек для подготовки к удалению опухолей.
Изображения предоставлены Александром Апанасенко
Подобным образом можно «спроецировать» на тело пациента трехмерную модель сложно разветвленных вен и артерий, а также, например, подготовиться к операции по удалению опухоли печени: заранее максимально точно определить ее местоположение, размеры, отношения с окружающими сосудами и другими органами, запланировать безопасные места для разрезов, чтобы минимизировать кровопотери и осложнения.
Смешанная или дополненная реальность — вспомогательный инструмент для быстрой ориентации хирургов.
Изображение предоставлено Александром Петровым
Взрывной рост отрасли
Согласно отчету компании Fortune Business Insights в 2024 году мировой рынок 3D-печати оценивался в $19,33 млрд. Речь идет не только о медицинской сфере, но и об автомобильной и аэрокосмической промышленности. Что интересно, как отмечают авторы исследования, довольно скоро отрасль ждет бурный рост: по прогнозам к 2032 году объем рынка составит уже $101,74 млрд.
Как демонстрирует в своем исследовании компания NeoAnalytics, стоимость отечественных аддитивных технологий в 2022 году достигла $4 млрд — показатель включает аддитивное оборудование и комплектующие, материалы для 3D-печати, услуги и программное обеспечение. По числу патентов в данной области Россия занимала в 2022 году девятое место в мире. При этом, как отмечают авторы отчета, хоть страны-лидеры — Китай, Япония и США — пока впереди, Россию отличает тот факт, что развитие происходит довольно быстрыми темпами.
Как демонстрирует в своем исследовании компания NeoAnalytics, стоимость отечественных аддитивных технологий в 2022 году достигла $4 млрд — показатель включает аддитивное оборудование и комплектующие, материалы для 3D-печати, услуги и программное обеспечение. По числу патентов в данной области Россия занимала в 2022 году девятое место в мире. При этом, как отмечают авторы отчета, хоть страны-лидеры — Китай, Япония и США — пока впереди, Россию отличает тот факт, что развитие происходит довольно быстрыми темпами.
За семь лет существования лаборатории было создано около 400 различных изделий. Индивидуальных имплантов для сложных случаев в 2025 году изготовили 25. Всего же в Клинике высоких медицинских технологий им. Н. И. Пирогова СПбГУ ежегодно проводится более 20 000 хирургических операций.
В 2021 году Правительство Российской Федерации утвердило «Стратегию развития аддитивных технологий в Российской Федерации на период до 2030 года», согласно которой до конца этого десятилетия в стране планируется создать около 180 центров аддитивных технологий. Возможно, лаборатории подобные отделу биоинженерных и аддитивных технологий Клиники высоких медицинских технологий им. Н. И. Пирогова СПбГУ через несколько лет появятся во многих городских больницах.
Использование современных методик лечения позволяет не только поднять имидж медучреждения, но и позволяет быстрее возвращать пациентов к привычной жизни и работе, минимизируя риски осложнений и повторных операций, в итоге — заметно сокращая расходы на их реабилитацию.
Использование современных методик лечения позволяет не только поднять имидж медучреждения, но и позволяет быстрее возвращать пациентов к привычной жизни и работе, минимизируя риски осложнений и повторных операций, в итоге — заметно сокращая расходы на их реабилитацию.
Полина Огородникова
Автор статьи
Подписаться на рассылку
Подпишитесь на нашу рассылку по электронной почте, чтобы получать полезные советы и ценную информацию каждый месяц.