Wydrukowane w 3D modele serca płodów zdrowych i z wadami

Helena Dodziuk

© Helena Dodziuk

Druk 3D odgrywa istotną rolę w przemyśle i w wielu innych dziedzinach, ale jego rola w medycynie jest nie do przecenienia. Obejmują one nie tylko niedrogie spersonalizowane protezy i implanty, druk embryonalnych komórek macierzystych, modele narządów do testowania leków lecz również Lab-on-Chip, wydrukowane spersonalizowanych narzędzi chirurgicznych do operacji niemowląt i płodów [ 1]) lub niedrogich narzędzi medycznych, drukowane leki (pierwszy zatwierdzony przez amerykańską Agencję ds Zywności i leków, FDA) a także modele dla chirurgów pozwalające im na planowanie skomplikowanych operacji. Modele płodu serca i jego wad opracowane przez Dr n. med. Marcina Wiechecia z Laboratorium USG i Badania Płodu oraz firmy GRID w Krakowie jest ważnym rozszerzeniem medycznych zastosowań druku 3D, który ma pomóc w diagnostyce wad serca płodów w łonie matki.

Rys. 1. Model zdrowego serca.

SG jest powszechnie stosowane w okresie ciąży w celu sprawdzenia rozwoju płodu. Ultradźwięki są chyba najczęściej stosowaną metodą badania kobiet w ciąży i płodów. W porównaniu do innych znanych metod obrazowania medycznego ma ona kilka zalet, takich jak tworzenie obrazu w czasie rzeczywistym, to, że aparat jest przenośny, a pomiary tanie w porównaniu z innymi metodami. Ponadto ważne jest, że w USG nie używa się szkodliwego promieniowania jonizującego. Wady ultrasonografii obejmują trudności w strukturach obrazowania struktur zakrytych przez kości i powietrze, najprzeróżniejszych ograniczeń pola widzenia wymagających współpracy pacjenta oraz stawiających wysokie wymagania specjaliście wykonującemu badanie. Jednym z problemów jest poszukiwanie tzw. okien akustycznych, czyli miejsc, w których można umieścić głowicę pomiarową, aby uzyskać dobrze zwizualizowany obraz, który może być trudny do zinterpretowania.
Serce można zobaczyć podczas badania już w piątym tygodniu. Jednak jego struktura może być rozpoznana dopiero od 12 tygodnia, kiedy osiąga ono 5 mm długości. Można wtedy zaobserwować żyły, przedsionki, komory i tętnice i wykryć wrodzone wady serca dzięki monitorowaniu stanu płodu, co pozwala lekarzom przygotować się do przyszłej operacji. Niektóre wady, na przykład brak jednego płata zastawki aortalnej są nieistotne. Inne, jak całkowity defekt kanału przedsionkowo-komorowego, (ang. complete atrioventricular canal defect, CAVC), mogą wymagać operacji w łonie matki lub tuż po urodzeniu dziecka. Zasadnicze znaczenie ma wtedy odpowiednio wczesne rozpoznanie problemu, co jest istotne dla przyszłego leczenia. Dr Wiecheć stworzył modele, aby pomóc lekarzom zrozumieć skomplikowane relacje przestrzenne między organami tworzącymi serce. Pomagają one przy diagnostyce wrodzonych wad serca, a następnie w czasie konsultacji z rodzicami przed operacją. We współpracy z firmą GRID i kardiologami, Dr Wiecheć stworzył 4 modele zdrowego serca i 39 wizualizujących wady serca. 16 z tych ostatnich jest gotowe, reszta - w przygotowaniu. Jak wyjaśnił właściciel firmy GRID pan Łukasz Tabakowski specjalizuje się ona we wzornictwie przemysłowym i projektowaniu wnętrz, a jej pracownicy nie mieli żadnego doświadczenia w anatomii, tym bardziej w anatomii prenatalnej, z drugiej strony, lekarzom było trudno zrozumieć relacje przestrzenne pomiędzy częściami serca. Te trudności ilustrują typowe problemy pojawiające się przy współpracy specjalistów z różnych dziedzin. Projektanci zaczęli od modelu z plasteliny i stworzyli model komputerowy. Cięcia modeli na warstwy przeprowadzono z pomocą kardiologa, dr Jacka Kolcza. (Firma Virtual 3D?). Wykonane z tworzywa sztucznego modele mogą być rozłożone na części i ponownie złożone korzystając z 60 zatopionych w nich magnesów.

Rys. 2. Dwa trójwymiarowe modele serca (lewe, zdrowe serce płodu; prawe – wykazujące zespół hipoplazji lewego serca).

Modele mają pomóc w diagnostyce wrodzonych wad serca. Są one również użyteczne w rozmowie z rodzicami przed operacją serca dziecka. Są one oficjalnie zatwierdzoną pomocą dydaktyczną wykorzystywaną w trakcie przez Małopolskich Warsztatów Ultrasonograficznych. Przygotowywana jest masowa produkcja tych modeli. Zdaniem dr Freda Ushakova, ambasadora i twórcę programów szkoleniowych w ISUOG (Międzynarodowego Towarzystwa Ultradźwięku w Położnictwie i Ginekologii, ang. International Society of Ultrasound in Obstetrics and Gynecology), diagnoza wad rozwojowych płodu serca jest najwyższym priorytetem w dzisiejszej medycynie płodu. O modelach mówił on: 'Jestem bardzo zadowolony pomysłu drukowanych w 3D modeli dr Marcina Wiechecia obrazujących normalną i patologicznie zmienione serca płodu oraz ich elegancką realizacji. Modele te w niemal doskonały sposób odwzorowują złożoną anatomię serca i są zupełnie wyjątkowym narzędziem dla wszystkich specjalistów diagnostyki prenatalnej i kardiochirurgii.'

Rys. 3. Analizowanie modelu wad serca podczas warsztatów USG w Małopolskim Centrum USG.

1. Gruijthuijsen, C, Rosa, B., Snyers, H., Engelsa, A., Vercauteren, T. Deprest, J., Ourselin, S., Reynaerts, D., Vander POORTEN, E. (2015) , Prototypy Novel Instrumenty do chirurgii płodu za pomocą symulacji wirtualnej rzeczywistości i 3D drukowanie. (Proceedings of the 5th wspólnych warsztatów na temat nowych technologii Computer Assisted / Robot zabiegu. Wspólne warsztaty na temat nowych technologii Computer / Robot Assisted chirurgii (s. 98-101))