V loňském roce jsme se s kolegy Ing. Petrem Schandlem z Onkologického oddělení a Ing. Janem Tesaříkem z Kardiologického oddělení zúčastnili prvního ročníku konference věnované 3D tisku v medicíně. Konferenci v Liberci pořádala nově vznikající Česká společnost pro 3D tisk v medicíně, která je součástí České lékařské společnosti Jana Evangelisty Purkyně. Společnost se podílí na vývoji nových terapeutických přístupů a postupů, které by nebyly možné bez 3D tisku. Tyto přístupy vedou ke zlepšení zdravotních výsledků pro pacienty a k ekonomickému prospěchu zdravotnických zařízení. Zcela neodmyslitelně přispívá k výzkumu a vývoji nových materiálů pro 3D tisk v oblasti zdravotnictví a vytvoření standardů pro kvalitu a bezpečnost tisku.
V úvodní části konference byla představena vize a mise společnosti. V současné době prochází 3D tisk v medicíně rychlým rozvojem a pro tento obor zcela chybí v České republice nejen legislativa, ale také standardizace postupů. Představený harmonogram vytyčil cíle pro vytvoření „kuchařky“, která usnadní zavádění 3D tisku nemocnicím, které s tiskem začínají, a sjednotí činnost nemocnic, které již 3D tisk rutině využívají. Standardizace 3D tisku v medicíně je klíčovým předpokladem pro následující změny v legislativě. Poté byly představeny zkušenosti lékařů z České republiky, Itálie a Belgie v oblasti využívání 3D tisku. 3D tisk se používá při plánování a přípravě operací traumat, kloubních a kostních náhrad, resekcí nádorů kostí, plastických operací, k výrobě různých pomůcek atd. Konkrétně bych zmínil přednášku MUDr. Tomáše Novotného, Ph.D., přednosty Ortopedické kliniky Masarykovy nemocnice v Ústí nad Labem, který rutinně využívá 3D tisk k úpravě povrchů implantátů. MUDr. Novotný představil také unikátní ortopedický výkon náhrady poškozené části pánve pacienta kloubním implantátem, který byl zkonstruován metodou 3D tisku z titanového prachu přímo na míru pacientovi.
Značný ohlas vyvolala přednáška doc. MUDr. Milana Krtičky, Ph.D., přednosty Kliniky úrazové chirurgie Fakultní nemocnice Brno, při které představil unikátní řešení poúrazové náhrady kosti hlezenní. Tuto metodu již úspěšně zopakovali chirurgové Traumatologicko-ortopedického centra Krajské nemocnice Liberec, konkrétně MUDr. Andrej Uhrin, který zde měl také přednášku. 3D tisk zde používají při plánování operací traumat kostí a pro individualizovanou výrobu dlah. Z liberecké nemocnice dále představil preoperativní a perioperativní využití 3D tisku v orální a maxilofaciální chirurgii MDDr. Filip Bašovský. Nezastupitelnou úlohu 3D tisku při plánování chirurgických výkonů dolní čelisti představil také prof. Dr. Robin Willaert z belgické Lovaně.
Zajímavé a efektivní využití 3D tisku představil prof. MUDr. Petr Štourač, Ph.D., MBA, FESAIC, proděkan Lékařské fakulty Masarykovy univerzity v Brně a ředitel Simulačního centra Lékařské fakulty Masarykovy univerzity. Ve Fakultní nemocnici Brno tisknou individualizované ochranné obturátory patra při anestezii u dětí s rozštěpy horního patra. Díky této pomůcce se jim podařilo zcela eliminovat komplikace spojené s anesteziologickým výkonem. Nyní pracují na standardizované sadě univerzálních obturátorů, které pokryjí všechny typy rozštěpů. Prof. Štourač dále představil poměrně rozsáhlé možnosti využití 3D tisku v simulační medicíně, které jsou již prakticky využívány v Simulačním centru.
Dobrou představu o tom, jak by mohl být v budoucnu i u nás začleněn 3D tisk do chodu nemocnice, máme díky přednášce Stefanie Marconi, odborné asistentky na katedře stavebního inženýrství a architektury na univerzitě v italské Pavii. Marconi je koordinátorkou klinické laboratoře 3D tisku na poliklinice San Matteo v Pavii. Laboratoř nyní plně zaměstnává dva technické pracovníky a poskytuje 3D tisk napříč všemi odděleními polikliniky.
V závěrečném bloku představili své zkušenosti s 3D tiskem přednášející z akademického prostředí. Za zmínku stojí např. přednáška Ing. Jakuba Erbena z Katedry netkaných textilií a nanovlákenných materiálů Technické univerzity v Liberci o vývoji vstřebatelných materiálů pro 3D tisk. Tomuto odvětví 3D tisku je, zejména v USA, věnována značná pozornost a čeští vědci nezůstávají pozadu. Zmíněn byl také tisk z živých buněk, tzv. 3D biotisk. Intenzivní výzkum v tomto směru naznačuje, že doba tisku umělých orgánů a tkání se nezadržitelně blíží.
Konečně se dostávám k oboru mně nejbližšímu, radiační onkologii. I zde našel 3D tisk své uplatnění. Na konferenci se o své zkušenosti podělil Ing. Jaroslav Ptáček, Ph.D., vedoucí Oddělení lékařské fyziky a radiační ochrany Fakultní nemocnice Olomouc. 3D tisk využívají při brachyterapii k výrobě individualizovaných povrchových aplikátorů u muláží a také k výrobě aplikátorů pro uterovaginální aplikace.
U zevní radioterapie tisknou formy pro odlévání individuálních bolusů z lékařského gelu. Pomocí 3D tisku si vyrobili několik pomůcek a měřicích fantomů pro provádění zkoušek provozní stálosti lineárních urychlovačů a terapeutického RTG. V nukleární medicíně tisknou pomocí 3D tisku antropomorfní fantomy (např. ledviny) pro určování aktivity otevřených zdrojů a absorbované dávky.
Konference jednoznačně ukázala, že 3D tisk má v medicíně neoddiskutovatelné místo. Díky představeným metodám lze ušetřit značné množství času při chirurgických zákrocích a eliminovat možné komplikace, z čehož profituje jak pacient, tak zdravotnické zařízení. Z pohledu radiační ochrany je také významným aspektem, který na konferenci nezazněl, možné snížení radiační zátěže u personálu a pacientů při chirurgických zákrocích. Díky předem připraveným pomůckám a možnosti operatéra vyzkoušet si postup předem je během zákroku omezeno použití RTG zobrazovacích technik. Výrobou individualizovaných pomůcek, nástrojů, fantomů a dalších lze dosáhnout větší efektivity práce a ušetřit mnohdy značnou část finančních prostředků.
V naší nemocnici zatím nenachází 3D tisk širší uplatnění, což je škoda. Můj obdiv patří MUDr. Pavlu Střihavkovi, primáři Oddělení ústní, čelistní a obličejové chirurgie, který již 3D tisk využívá při přípravě rekonstrukčních dlah u pacientů se zhoubným nádorem dolní čelisti (viz Nemocniční zpravodaj z března 2023). Od října tohoto roku je na Onkologickém oddělení 3D tiskárna Formlab 3B+ pro tisk z biokompatibilních materiálů (FOTO tiskárny). Jak zmiňujeme v předchozím rozhovoru, právě probíhá testovací fáze a příprava formálních podkladů pro zavedení šablon u intersticiální brachyterapie nádorů rtu. Z prvních pokusů s tiskem jsme nadšeni. Tiskárna produkuje tvarově precizní výtisky s hladkým povrchem.
Obrázek 1 – První testovací výtisky šablon pro intersticiální brachyterapii nádorů rtu
Letmý průzkum v naší nemocnici ukázal několik dalších možností pro využití 3D tisku. Naše pracoviště bude schopno do určité míry pokrýt potřeby 3D tisku ostatních oddělení, zejména pro prvotní výzkum a ověření pracovních postupů.
V tuto chvíli jsme již zahájili spolupráci s Oddělením nukleární medicíny, konkrétně s fyzikem Ing. Pavlem Solným, na výrobě kalibračních fantomů pro gamakamery a PET CT. Je již připravena nová legislativa, která bude ukládat pracovištím povinnost dokazovat, že jsou adekvátním způsobem schopna určit aktivity otevřených zdrojů a absorbované dávky při radionuklidové terapii. Kontroly zřejmě provede Státní úřad pro jadernou bezpečnost formou auditů.
ONM již nyní tato měření provádí pouze náhražkovou formou, např. s použitím naplněných injekcí. V souvislosti s implementací terapie 177Lu jsme připravili dutý fantom ledviny.
Obrázek 2 – Vkládání čerstvého výtisku do promývací stanice
Obrázek 3 – Vytvrzování výtisku UV zářením a teplem
Obrázek 4 – Hotový výtisk po odstranění podpěr
Tato metoda vede ke zpřesnění dozimetrické interpretace vyšetření. Částečně antropomorfní fantomy se dají pořídit od různých dodavatelů v cenách od desítek tisíc Kč (malé fantomy) po stovky tisíc Kč (velké fantomy, NEMA fantomy). Náklady na materiál pro vlastní výrobu malých fantomů u nás v nemocnici jsou v řádech stokorun. Další žádané využití 3D tisku na ONM je pro určování přesných aktivit u pacientů s neobvyklými anatomickými poměry či problematickou lokalizací (cca tři pacienti za rok). V tomto případě se daná struktura vytiskne pomocí 3D tiskárny na základě CT skenů pacienta, naplní příslušným radiofarmakem a provede se měření. Dále již proběhla např. výroba stojanu na stínění s radioaktivní látkou 177Lu. Vytištěný stojan vyjde na zlomek ceny, za kterou jej prodává dodavatelská firma.
Obrázek 5 – Stojan na stíněnou nádobku s radioaktivní látkou
Dalším využitím 3D tisku byla výroba krytu s olověným štěrbinovým kolimátorem na dozimetr. Nově se značí uzliny určené k odstranění radioaktivními zrny. Tato zrna je pak potřeba na patologii pomocí dozimetru najít a z uzlin vyjmout. ONM mělo k dispozici pouze dozimetr se širokým vstupním oknem, což značně komplikovalo přesnou lokalizaci zrna.
Díky 3D tiskárně jsme byli schopni problém rychle a levně vyřešit, než dojde k pořízení vhodného dozimetru.
Obrázek 6 – Vytisknutý kryt s olověným štěrbinovým kolimátorem na dozimetr
Dalším využitím byl 3D tisk modelu kosti patní a hlezenní na základě CT snímků pro Traumatologické oddělení. MUDr. Marek Peml plánoval rekonstrukci kosti patní po komplikovaném traumatu nohy. Vzhledem k rozsahu úrazu, mnoha reoperacím a nestandardním anatomickým poměrům uvítal MUDr. Peml možnost předem si naplánovat postup na přesných modelech kostí. Operace proběhla v únoru tohoto roku.
Obrázek 7 – Vytisknuté modely fragmentů kosti patní a hlezenní ve vytvrzovací stanici
Obrázek 8 – Hotové modely kostí
V intervenční kardiologii je nyní trend využívat 3D tisk (zatím ne v Nemocnici České Budějovice, a.s.) pro plánování a testování pracovních postupů, což výrazně šetří čas a náklady na operace. Např. 3D tisk levé síně a předoperační nalezení ideální velikosti okluderu pro uzávěr ouška levé síně nebo nalezení ideálního místa transeptální punkce (školení 3D tisk v kardiologii absolvoval Ing. Jan Tesařík z arytmologického sálu). Potencionální využití má 3D tisk také v předoperační přípravě pro implantace TAVI a TMVI jako nástroj výběru správné velikosti náhrady aortální a mitrální chlopně, stejně jako u implantací stentgraftů tepenných aneuryzmat, disekcí a ruptur.
Zájem o 3D tisk projevilo také Neurochirurgické oddělení (MUDr. Petr Košťál, Ph.D.), kde se v současnosti zavádí využití virtuální reality (VR) jak pro vzdělávání mladých lékařů, tak pro předoperační a perioperační přípravu. 3D tisk by zde byl výborným doplňkem. Při zákroku dekompresní kraniektomie je část lebeční kosti pacienta odebrána a následně opět vrácena na původní místo po ustoupení otoku mozku. U některých pacientů dochází ke vstřebávání vlastní kosti a postupnému mizení, nebo původní kost nelze použít. V tomto případě je zde možnost provést personalizovaný návrh a následný 3D tisk sterilizovatelné biokompatibilní formy pro odlití části lebeční kosti z kostního cementu anebo přímý tisk kosti. Obě tyto varianty zefektivní a zlevní tuto komplexní péči o pacienta.
Ing. Petr Schandl na Onkologickém oddělení vyrobil pomocí 3D tiskárny držák pro bezdrátový přijímač signálu obrazu dechové křivky u ozařování v hlubokém nádechu. Bezdrátový systém nahradil původní kabelový systém a vytisknutý držák elegantně spojil veškerou potřebnou elektroniku do jednoho celku.
Obrázek 9 – 3D model držáku s vygenerovanými podporami v SW tiskárny
Obrázek 10 – Hotový držák osazený elektronikou
Obecně je nyní 3D tisk hojně využíván napříč různými obory, zdravotnictví není výjimkou. Pro zdravotnictví je k dispozici již celá řada biokompatibilních materiálů s různými vlastnostmi a účelem použití. Ve světě se tato technologie používá při vývoji protetiky, plánování operačních zákroků, návrhu instrumentária, vývoji implantátu na míru a v posledních letech též v tkáňovém inženýrství. Z výše uvedených aplikací je zřejmé, že 3D tisk přináší dříve netušené možnosti.
Ing. Pavel Stolbenko
Onkologické oddělení
