Аневризмы — выпуклости на истончившихся стенках кровеносных сосудов — ежегодно становятся причиной почти 500 тыс. смертей.

Трудность лечения аневризм, особенно головного мозга, в том, что они прячутся в сложном лабиринте сосудов, разобраться в котором непросто даже при наличии самых современных технологий.

Инженеры-биомедики из Университета Буффало и исследователи из клиники Kaleida Health совместно со специалистами компании Stratasys, производителя 3D-принтеров, разработали систему, позволяющую всего за сутки распечатать сосудистую систему мозга пациента, чтобы на ней можно было попрактиковаться перед реальной операцией.

Терезе Флинт одной из первых помогли с помощью распечатанной трехмерной модели сосудистой системы

Тереза Флинт, 47-летняя мать троих детей, стала одним из первых пациентов, кому помогли с помощью распечатанной трехмерной модели сосудистой системы. У Флинт была потенциально фатальная аневризма — такие лечат путем установки зажима, который вводится посредством эндоскопической операции.

«По медицинским снимкам мы создали точную копию всей анатомии сосудов головного мозга, — рассказывает Аднан Сиддики, профессор нейрохирургии факультета биомедицины Университета Буффало. — 3D-модель, распечатанная на системе Stratasys, позволила нам выбрать оптимальный путь лечения».

Хирургия аневризмы — операция высокого риска, каждый случай имеет свои особенности и требует тщательного изучения анатомии сосудов конкретного пациента.

«Вначале мы хотели установить зажим, — продолжает врач. — Но, опробовав эту процедуру на 3D-копии, мы поняли, что эффекта она не даст. Благодаря модели мы смогли предугадать потенциальные осложнения и спланировать более действенный подход».

Создание модели сосудистой системы начинается с установки катетера в бедренную артерию пациента. Катетер продвигают до места ответвления нужного сосуда в мозге и вводят контрастное вещество, оно «подсвечивает» сосуды. Затем делают снимки с помощью магнитно-резонансной или компьютерной томографии.

Эти снимки загружаются в САПР, в которой строится виртуальная модель сосудистой системы. После этого файл отправляется на 3D-принтер Stratasys, и воссоздается копия системы сосудов, где была найдена аневризма.

Раньше создание подобных моделей отнимало до десяти дней — использовался силикон, помещаемый в форму, которую изготавливали на основе рентгеновских снимков.

Копии системы сосудов в реальном масштабе распечатываются из гибкого фотополимерного материала на профессиональном 3D-принтере Stratasys Objet Eden260VS. Материал напоминает ткани человеческого организма. Благодаря точному воспроизведению геометрии аневризмы врачи имеют возможность провести тесты и имитации, позволяющие оценить действенность разных вариантов лечения.

«Это очень точная копия сосудистой системы, — подчеркивает Сиддики. — Мы имитируем всю операцию от начала до конца. Преимущество новых материалов в том, что сосуды получаются как настоящие».

Распечатанная на 3D-принтере модель системы сосудов мозга пациента; черная линия — катетер, вводимый хирургом во время предоперационной тренировки

По словам Сиддики, при 3D-печати воссоздается поверхностное натяжение различных участков кровеносных сосудов и учитывается их тип — например, в сердце они более прочные и менее гибкие, чем в головном мозге.

«Распечатка 3D-моделей, имитирующих физические свойства сосудов, дает уникальные возможности с точки зрения выбора метода лечения», — признает Майкл Спрингер, директор по операциям в Институте Джейкобса при Kaleida Health.

Помимо ускорения процесса, 3D-распечатка сокращает затраты с пары тысяч долларов до нескольких сотен, сообщил Сиддики.

Модели позволяют не только проводить предоперационную практику, но и учить врачей.

«Наши интерны и практикующие врачи могут учиться предотвращать инсульты, — добавил Сиддики. — На распечатываемых моделях можно проводить сколько угодно тренировочных операций».