医療専門家がデジタルマニュファクチャリングを使用して次世代の解剖学的モデルを作成する方法

デジタルマニュファクチャリングは、アルミニウムの試験管ホルダーの機械加工などの小さなものから、チタンインプラントの3D印刷などの未来的な手法まで、医療の多くの分野に大きな影響を与えています。

デジタルマニュファクチャリングの多くの医療アプリケーションの中で、飛躍的な進歩を遂げている特定の分野の1つは、解剖学的モデルの作成です。これは、医療専門家が医師のトレーニングや患者の手術の準備に使用できる臓器、骨、その他の体の部分の物理的なレプリカです。 。

これらの解剖学的モデルは、さまざまな製造技術とさまざまな材料を使用して作成でき、その使用は世界中で増加しています。

解剖学的モデルを作成する理由

3Dモデリングソフトウェアや3Dプリンターなどのデジタル製造技術により、教育、トレーニング、または外科的目的で、本物そっくりの解剖学的モデルを迅速かつ手頃な価格で作成することがこれまでになく簡単になりました。

これらのモデルは一般的で、講義やクラスで健康な体の部分や影響を受けた体の部分を説明するために使用できます。また、個々の患者の体の部分を物理的に複製するために医用画像データを使用して作成された、患者固有のモデルにすることもできます。

患者固有の解剖学的モデルは、デジタルマニュファクチャリングテクノロジーの最もエキサイティングなアプリケーションの1つです。これにより、外科医は、実際の手順よりもかなり前に、手術が必要な損傷または病気の臓器のリアルなコピーを見て、感じることができます。 。

物理的な縮尺モデルを把握することで、外科医は実際の手術を行う前に、プラスチックのレプリカにさまざまな切開や動きを試して、手術の準備を大幅に整えることができます。この追加されたレベルの実践的な準備は、患者にとって前向きな結果の可能性を高めるのに役立ちます。

医用画像を3Dモデルに変換する

患者固有の医療モデルを作成するプロセスの大部分は、患者の体からデータを取得することです。そのためには、CTまたはMRIスキャナー、つまり病院で患者を検査し、さまざまな問題をチェックするために使用される機器を使用する必要があります。

これらのスキャナーは、X線または強力な磁場を使用して、患者の脳、肺、またはその他の体の部分の画像を取得します。

残念ながら、医用画像処理装置は3D画像をキャプチャするようには設計されていません。代わりに、一連の2Dスライスを生成します。これにより、全体として、医師は患者の体を分析できます。

ただし、これらの2Dスライスは非常に簡単に3D形状に変換できます。医療専門家が2D画像のセットを入手すると、通常はDigital Imaging and Communications in Medicine（DICOM）形式で保存され、ソフトウェアを使用してデータを次のように変換できます。デジタル3Dモデル。

その画面上のモデルは、変更、サイズ変更、または色付けすることができ、3Dプリンターや他のマシンに送信する前に適切な方法で処理することができます。

解剖学的モデルのデジタル製造

患者固有の種類と一般的な種類の両方の解剖学的モデルを作成するための最良の新しい方法の1つは、積層造形、つまり3D印刷です。

溶融堆積モデリング（FDM）またはステレオリソグラフィー（SLA）3Dプリンターを使用すると、医療専門家はCTまたはMRIスキャンから変換されたデジタル情報を使用してモデルを迅速に作成できます。また、3Dプリンターは研究所やオフィスに保管できるため、ビルドプロセス全体を実行するのに非常に短い時間しかかかりません。

FDMは最も一般的で手頃な3D印刷技術ですが、医療分野の多くは解剖学的モデルにSLAを好みます。光ベースの技術は、半透明および半透明の樹脂と互換性があり、そのような材料を使用した3D印刷は、内部セクション（独特の色で装飾できる）を備えた複雑な臓器を提示するのに役立ちます。

より一般的な用途の解剖学的モデル（たとえば、外科的目的ではなく教育目的で作成されたもの）の場合、他のテクノロジーは積層造形と同じくらい役立つ可能性があります。

たとえば、射出成形は、単一モデルの複数のコピーを作成するための費用対効果の高い方法であり、病院や教育機関の複数のユーザーが使用できます。

解剖学的モデルの実際の利点

解剖学的モデルのデジタルマニュファクチャリングは、単なるトレンドではありません。実際、プラスチック製のボディパーツのレプリカのおかげで、世界中で数え切れないほどの命が救われています。

今年の初め、ロンドンのガイズ病院とセントトーマス病院の外科医は、マルチマテリアル3D印刷を使用して、2歳の子供への複雑な腎臓移植の準備をしました。

「患者の解剖学的構造の3Dモデルをさまざまなテクスチャで印刷し、血管の複雑さをはっきりと確認できるため、構造間の重要な解剖学的関係を区別できます」と、病院の移植レジストラであるPankajChandak氏は述べています。 「柔軟な素材により、手術環境のシミュレーションのために腹部内の臓器の柔軟性をよりよく模倣することもできました。」

その手順の前に、中国の吉林人民病院の医師は、3D印刷モデルを使用して、全肺静脈異常ドレナージと呼ばれる心臓の欠陥に苦しむ赤ちゃんの治療を支援しました。

「このモデルを使用すると、どこでどのように切断する必要があるか、切開の大きさを正確に知ることができました」と張Xueqin医師は説明しました。 「そして、そのような綿密な計画により、私たちは手術を完了すると予想していた時間の半分しか費やしませんでした。」

正確な解剖学的モデルを作成するためにデジタルマニュファクチャリングを採用する医療専門家が増えるにつれ、医師はより多くの情報を得て、患者の命を救うための設備が整っています。

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