気道スプリントとステントに対する 3D モデリングの影響

以前、医療用途における 3D モデリングと印刷の役割の増大と、人々の生活の改善に対する影響について書いたことがあります。しかし、この技術は、救命処置を可能にする上で、これまで以上に大きな可能性を秘めています.

過去のブログでは、MIT のバイオメカトロニクス研究グループによって開発された電動義肢について取り上げました。ここでは、下肢をモデル化して、内部構造と、肢を制御するために使用される個々の組織と筋肉の強度を理解する必要があります。そのため、基本的な手足は標準的な構造ですが、アタッチメントとセンサーの構造はクライアントごとにモデル化して製造する必要があります.

また、マス カスタマイゼーションが、外科医が患者に合わせてカスタマイズされた冠状静脈ステントと置換関節を挿入する手術室にどのように拡張されるかについても説明しました。また、患者は影響を受けた動脈と関節を 3D モデル化して、正確な構成とサイズを決定します。

これらの一連のアプリケーションはいずれも、3D モデリングと印刷が既存の治療法とアプリケーションをどのように改善しているかを示しています。それらは多かれ少なかれ人生を変えるものですが、唯一の新しいアプリケーションが 1 つあります。 3D モデリングと印刷による実用性 - 気道または気管のステントとスプリント - 命を救うことができるアイテム.

現状

現在の気道 (気管気管支樹) ステントは、適切な位置に保持するための何らかのメカニズムを備えた Y 字型のチューブで構成された、比較的粗雑なものです。医療機器というよりは、車の外にあるもののように見えます。これらのステントは構造が単純で、おおまかにしか装着されないため、気道内で移動する可能性があり、効果が低下します。さらに悪いことに、ステントが粘液で詰まったり、ステントを所定の位置に保持するための機構の周囲に新しい組織が形成されたりする可能性があります。

これらのステントの形状とサイズはカスタマイズできますが、患者の測定を行い、メーカーに連絡する必要があります。このプロセスは、新しいステントが提供されるまで数週間かかる可能性があり、それでも完全に適合しないステントになる可能性があります。そしてもちろん、患者が待てない場合も常にあります.

次のレベルに引き上げられた 3D 製造

Beth Israel Deaconess Medical Center の Dr. George Chang は、現在のソリューションの適合性の問題を解決するカスタマイズされたステントを開発するために 3D モデリングと印刷を応用する可能性を見出しました。助成金を使ってプロジェクトに資金を提供し、チャン博士は多様なチームを編成して問題に取り組みました。チームが直面した最初の課題は、ステントに必要な医療グレードのシリコンを処理できる 3D プリンターがないことでした。解決策は、適切な材料から必要なステントを作成するために使用できる金型を 3D プリントすることでした。その認識に基づいて、チームは患者の気管の 3D スキャンを行い、必要な型を生成するプログラムを作成しました。新しいステントは完璧にフィットし、以前の市販のステントよりもはるかに優れた機能を発揮するだけでなく、ステントを生成するのに数日しかかかりません.

チャン博士の研究から派生した興味深いものがあります。患者用に作られた型は、気管支鏡検査を行うことを学ぶ呼吸器内科医のための非常に現実的な訓練装置を表しています。これらの型は、現在使用されているトレーニング モデルよりもはるかに安価であるだけでなく、実際の気管気管支樹の詳細をすべてキャプチャします。

11までダイヤルアップ

チャン博士の先駆的な研究は印象的ですが、基本的に古いスタイルのステントに取って代わります。しかし、気管気管支軟化症 (または TBM) に苦しむ乳児の現在の唯一の治療法は、複雑な手術と絶え間ない換気と監視です。手術を行っても、乳児が生き残る可能性は高くありません。しかし、生き残ったものは 3 歳までにこの状態から抜け出します。

TBMは、弱い気管気管支樹を内臓が圧迫することで気道が圧迫された状態です。ステントは明らかな解決策かもしれませんが、2 つの大きな課題があります:

• 乳児の気道のサイズ。フィッティングに問題があるため、ステントは実用的ではありません。
• すべての治療法は、乳児とともに成長する必要があります。

ミシガン大学アナーバー校の Scott Hollister 博士、Glenn Green 博士、Robert Morrison 医学博士のチームは、患者と共に成長する (気管を囲む) 3D プリント スプリントのコンセプトを思いつきました。さらに、チームは生体吸収性のスプリントを作成したいと考えていました。つまり、数年以内に子供の体に吸収され、後でスプリントを除去するための手術が不要になります。

ミシガン大学医療システム提供

このソリューションは、乳児の気道を撮影した CT 画像から構築された 3D モデルから始まります。このモデルから、スプリント自体とともに、フィッティングに使用される子供の気管気管支樹の 3D プリント モデルが作成されます。スプリントは、生分解性であるだけでなく安価なポリカプロラクトンと呼ばれるバイオポリマーを使用して印刷されます。得られたスプリントは、子供の気管の周りに縫い付けられ、気管が強くなるまで支えます。

結果は驚くべきものです。スプリントを使用した最初の手術は、2012 年 2 月に、窒息しか方法がない小さな子供に対して行われました。スプリントを取り付けるとすぐに、通常の呼吸が回復しました。乳児は 21 日後に人工呼吸器から外され、家に帰ることができ、呼吸障害の兆候は見られませんでした。米国で生まれた 2,200 人に 1 人の乳児が TBM に罹患していることを考えると、救われる命の数は膨大になります。

今後も、このような 3D モデリングと印刷ベースのソリューションが、さまざまな状態に対処する生体吸収性ステントとスプリントを作成し、1,000 人の患者に新たな希望をもたらすことが期待できます。