Dampak Pemodelan 3D pada Airway Splints dan Stent

Kami telah menulis tentang meningkatnya peran pemodelan dan pencetakan 3D dalam aplikasi medis sebelumnya, dan dampaknya terhadap peningkatan kehidupan masyarakat. Namun, teknologi ini semakin menjanjikan dalam memungkinkan prosedur penyelamatan jiwa.

Di blog sebelumnya, kami telah membahas prosthetics bertenaga yang dikembangkan oleh kelompok riset Biomechatronics di MIT di mana tungkai bawah harus dimodelkan untuk memahami struktur internal ditambah kekuatan jaringan individu dan otot yang digunakan untuk mengontrol tungkai. Jadi, meskipun tungkai dasar adalah konstruksi standar, struktur attachment dan sensor harus dimodelkan dan dibuat untuk setiap klien.

Kami juga telah membahas bagaimana penyesuaian massal akan diperluas ke ruang operasi di mana ahli bedah akan memasukkan stent vena koroner dan sendi pengganti yang disesuaikan agar sesuai dengan pasien, dan bahwa segera, arteri dan sendi pasien yang terkena akan dimodelkan 3D untuk menentukan konfigurasi dan ukuran yang tepat. dibutuhkan.

Kedua rangkaian aplikasi ini menunjukkan bagaimana pemodelan dan pencetakan 3D meningkatkan perawatan dan aplikasi yang ada. Dan sementara mereka sedikit banyak mengubah hidup, ada satu aplikasi baru yang hanya praktis karena pemodelan dan pencetakan 3D – stent dan splint saluran napas atau trakea – item yang dapat menyelamatkan nyawa.

Kondisi Saat Ini

Stent saluran napas saat ini (pohon trakeobronkial) adalah urusan yang relatif kasar yang terdiri dari tabung berbentuk Y dengan semacam mekanisme untuk menahannya di tempatnya. Mereka tampak lebih seperti sesuatu yang keluar dari mobil Anda daripada perangkat medis. Karena stent ini sederhana dalam konstruksi dan hanya dipasang kira-kira, mereka dapat bergerak di dalam jalan napas, mengurangi efektivitasnya. Atau lebih buruk lagi, stent dapat tersumbat oleh lendir atau menyebabkan pembentukan jaringan baru di sekitar mekanisme yang dimaksudkan untuk menahannya.

Bentuk dan ukuran stent ini dapat disesuaikan, tetapi memerlukan pengukuran yang harus dilakukan oleh pasien dan kemudian dikomunikasikan kepada produsen. Proses ini bisa memakan waktu berminggu-minggu sampai stent baru dikirim dan masih menghasilkan stent yang kurang pas. Dan tentu saja selalu ada kasus di mana pasien tidak bisa menunggu.

Manufaktur 3D Ditingkatkan ke Tingkat Berikutnya

Masukkan Dr. George Chang dari Beth Israel Deaconess Medical Center, yang melihat potensi penerapan pemodelan dan pencetakan 3D untuk mengembangkan stent khusus yang mengakhiri masalah kecocokan dari solusi saat ini. Dengan menggunakan dana hibah untuk mendanai proyek tersebut, Dr. Chang membentuk tim yang beragam untuk mengatasi masalah tersebut. Tantangan pertama yang dihadapi tim adalah tidak ada printer 3D yang dapat menangani silikon tingkat medis yang diperlukan untuk stent. Solusinya adalah mencetak 3D cetakan yang kemudian dapat digunakan untuk membuat stent yang dibutuhkan dari bahan yang tepat. Berdasarkan realisasi itu, tim membuat program untuk melakukan pemindaian 3D trakea pasien dan menghasilkan cetakan yang dibutuhkan. Tidak hanya stent baru yang sangat pas, berfungsi jauh lebih baik daripada stent komersial sebelumnya, tetapi waktu untuk menghasilkan stent hanya membutuhkan waktu beberapa hari.

Ada spin-off yang menarik dari pekerjaan Dr. Chang:cetakan yang dibuat untuk pasien mewakili perangkat pelatihan yang sangat realistis bagi dokter paru yang belajar melakukan bronkoskopi. Tidak hanya cetakan ini jauh lebih murah daripada model pelatihan yang digunakan saat ini, cetakan ini juga menangkap semua detail pohon trakeobronkial yang sebenarnya.

Memanggilnya Hingga Sebelas

Sama mengesankannya dengan karya perintis Dr. Chang, pada dasarnya menggantikan gaya stent yang lebih tua. Tetapi untuk bayi yang menderita tracheobronchomalacia (atau TBM), satu-satunya perawatan saat ini adalah operasi yang rumit dan ventilasi serta pemantauan yang konstan. Bahkan dengan operasi, kemungkinan bayi bertahan hidup tidak baik. Namun, mereka yang bertahan hidup akan keluar dari kondisi tersebut pada usia tiga tahun.

TBM adalah suatu kondisi di mana jalan napas terkompresi karena organ dalam menekan pohon trakeobronkial yang lemah. Sementara stent mungkin merupakan solusi yang jelas, ada dua tantangan utama:

• Ukuran jalan napas bayi. Karena masalah pemasangan, stent tidak praktis.
• Semua obat harus tumbuh bersama bayi.

Tim Scott Hollister, PhD, Glenn Green, PhD, dan Robert Morrison, MD, dari University of Michigan, Ann Arbor, datang dengan konsep belat cetak 3D (mengelilingi trakea) yang tumbuh bersama pasien. Selain itu, tim ingin membuat belat yang bioresorbable, artinya belat hanya akan diserap ke dalam tubuh anak dalam beberapa tahun, sehingga tidak perlu dilakukan operasi untuk mengangkat belat di kemudian hari.

Courtsey of the University of Michigan Health System

Solusinya dimulai dengan model 3D yang dibuat dari pencitraan CT yang diambil dari jalan napas bayi. Dari model ini, model cetak 3D dari pohon trakeobronkial anak yang digunakan untuk pemasangan dibuat, bersama dengan belat itu sendiri. Belat dicetak menggunakan biopolimer yang disebut polikaprolakton, yang tidak hanya dapat terurai secara hayati, tetapi juga murah. Belat yang dihasilkan kemudian dijahit di sekitar trakea anak, menopang trakea hingga tumbuh lebih kuat.

Hasilnya luar biasa. Operasi pertama menggunakan bidai dilakukan pada Februari 2012 pada seorang anak kecil yang satu-satunya alternatif adalah mati lemas. Segera setelah belat dipasang, pernapasan normal kembali. Bayi itu dikeluarkan dari ventilator setelah 21 hari dan dapat kembali ke rumah, tidak menunjukkan tanda-tanda kesulitan bernapas. Mengingat TBM mempengaruhi 1 dari 2.200 bayi yang lahir di AS, jumlah nyawa yang diselamatkan akan sangat besar.

Melanjutkan ke masa depan, kita dapat berharap untuk melihat jenis solusi berbasis pemodelan dan pencetakan 3D ini untuk membuat stent dan bidai bioresorbable untuk mengatasi berbagai kondisi, menawarkan 1.000 harapan baru bagi pasien.