Дополненная реальность и 3D-печать в медицине: сравнение

3D-печать и дополненная реальность в медицине применяются все более широко. Эти инструменты визуализации нового поколения имеют различия в дизайне и выводе (физический или виртуальный) и могут дополнять друг друга. Благодаря ним можно создавать 3D-визуализации для конкретных пациентов, проводить хирургическое планирование и многое другое.

Новое поколение визуализации данных

С развитием технологий развивается и индустрия здравоохранения. Если рассматривать конкретно хирургию, то новые технологии, такие как 3D-печать и дополненная реальность, выходят за рамки существующих отраслевых стандартов и помогают хирургам в пространственной ориентации во время планирования и выполнения сложных хирургических процедур.

3D-печать и дополненная реальность представляют собой инструменты визуализации, которые позволяют хирургам взаимодействовать с высокодетализированными и анатомически точными изображениями конкретных данных пациента. Эти инструменты упрощают предоперационное планирование, хирургическое обучение, а также позволяют наглядно объяснить пациентам их диагноз и способ лечения.

Но каковы преимущества и ограничения использования 3D-печати и дополненной реальности в медицине, а именно в контексте хирургии? И как эти две технологии могут работать синергетически? 

3D-печать в медицине

3D-печать - это создание трехмерных объектов с помощью 3D-принтера в соответствии с цифровой 3D-моделью. На сегодняшний день 3D-печать в здравоохранении используется для изготовления тканей и органов, создания индивидуальных протезов, имплантатов и анатомических моделей, а также для фармацевтических исследований [1]. В контексте хирургии 3D-печать используется для предоперационного планирования, для создания 3D-хирургических моделей, хирургических шаблонов и имплантатов [2].

В тематическом исследовании, опубликованном в Journal of Surgical Case Reports, подчеркиваются основные преимущества использования 3D-печати для дооперационного планирования. Для планирования эндопротезирования тазобедренного сустава хирурги создали анатомически точное трехмерное изображение таза пациента в натуральную величину. Этот подход позволил провести предоперационную хирургическую тренировку и моделирование положения, а также тщательно изучить потенциально хрупкие и сложные области. В результате был достигнут положительный клинический результат для пациента.

Также эта технология использовалась для планирования операций в других областях, включая сердечно-сосудистую хирургию, нейрохирургию, черепно-челюстно-лицевую хирургию, ортопедическую хирургию и интервенционную радиологию [3].

Тем не менее, медицинское 3D-моделирование требует дорогостоящего собственного оборудования (к которому есть доступ не у всех больниц), обширных знаний в области компьютерного проектирования и дополнительного времени для создания каждой отдельной анатомической модели. Хотя преимущества этой технологии в контексте хирургии очевидны, ограничения 3D-печати также имеют место быть.

Дополненная реальность в медицине

В дополненной реальности виртуальные объекты, созданные в цифровом виде, накладываются на физический мир. Доступ к этой технологии можно получить с помощью планшетов, смартфонов и умных очков. Следующим шагом после дополненной реальности является смешанная реальность, которая позволяет пользователям активно взаимодействовать с цифровыми объектами, как если бы они были реальными. Термины «дополненная реальность» и «смешанная реальность» иногда используются взаимозаменяемо.

В предоперационном планировании дополненная реальность отображает 3D-модель на основе данных из таких источников, как компьютерная томография (КТ), ультразвуковая визуализация, позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ) [4]. С помощью программного обеспечения для хирургического планирования идентифицируются анатомические структуры и проецируются данные пациента, что в конечном итоге позволяет отображать цифровую 3D-визуализацию в реальном мире [5].

3D-печать предлагает хирургам преимущества планирования на физическом объекте, который может обеспечить полезную тактильную обратную связь, в то время как дополненная реальность предлагает преимущества быстрой интерактивной виртуальной среды и, таким образом, устраняет некоторые ограничения 3D-печати.

Например, когда требуются большие анатомические модели, 3D-печать часто может потребовать гораздо больше времени и материала для создания модели [6]. Кроме того, хирурги ограничены самой фактической моделью, а также физическим пространством, в котором находится объект. Напротив, создание цифровых 3D-моделей происходит быстрее, и при использовании смешанной реальности позволяет хирургам сотрудничать из разных мест. Используя этот подход, хирурги также могут изменять размер, увеличивать и просматривать определенные части анатомии пациента, что позволяет получать важную дополнительную информацию.

Дополненная реальность также может выходить за рамки этапа планирования и помочь хирургам «заглянуть внутрь» пациента во время операции, предоставляя цифровое наложение со всей необходимой анатомической и патологической информацией.

В статье из публикации Hepatobiliary & Pancreatic Diseases International представлен обзор того, как дополненная реальность в медицине может использоваться как до операции, так и во время гепатобилиарной хирургической операции. На предоперационном этапе дополненная реальность используется для тщательного изучения анатомии печени конкретного пациента и помогает прогнозировать результаты операции. Во время операции хирурги использовали дополненную реальность для визуализации внутренних структур печени либо в виде наложенных изображений на операционное поле, либо в операционном поле зрения.

Применение дополненной реальности возможно и в других клинических областях, например, нейрохирургия, как показано в исследовании «Применение дополненной реальности в чрескожных процедурах — Ризотомия Гассерова Ганглия».

От теории к практике: сочетание 3D-печати и дополненной реальности в клинических условиях

3D-печать и дополненная реальность во многом пересекаются с точки зрения использования в хирургии. В сочетании эти две технологии дополняют друг друга и могут позволить хирургам иметь полное и глубокое понимание анатомии отдельного пациента и соответствующего хирургического плана.

Одним из выдающихся примеров использования этих двух технологий визуализации является операция в детской больнице Калифорнийского университета в Дэвисе. В октябре 2020 года, после нескольких месяцев тщательного планирования, хирурги впервые в истории успешно разделили девятимесячных сиамских близнецов.

3D-печать позволила создать несколько моделей сросшихся черепов близнецов. Хирурги могли исследовать внутреннюю часть их головы с помощью очков смешанной реальности. Технологии позволили произвести расширенный обзор сложной сети кровеносных сосудов, которые нужно было распутать и разделить.

Другие примеры использования 3D-печати и дополненной реальности:

• исследование в области ортопедической онкологии,
• отчет о клиническом случае по аденоидно-кистозной карциноме твердой пластины,
• статья «Дополненная реальность, хирургическая навигация и 3D-печать для трансканального эндоскопического доступа к вершине каменистой кости».

Если у вас возникли вопросы об очках смешанной реальности Magic Leap 2, обращайтесь к нашим специалистам! Мы с удовольствием поможем.

1. К. Ли Вентола. Медицинские приложения для 3D-печати: текущее и прогнозируемое использование. Опубликовано в октябре 2014 г.
2. Шило Д., Эмоди О., Блан О., Ной Д., Рахмиэль А. Печать будущего — новинки 3D-печати для хирургических применений. Опубликовано 30 июля 2018 г.
3. Сегаран Н., Сайни Г., Майер Дж., Найду С., Патель И., Альзубайди С., Оклу Р. Применение 3D-печати в предоперационном планировании. Опубликовано 26 февраля 2021 г.
4. Морета-Мартинес Р., Гарсия-Мато Д., Гарсия-Мато Д., Гарсия-Севилья М., Перес-Маньянес Р., Кальво-Аро Дж., Паскау Дж. Дополненная реальность на основе 3D-печати для конкретного пациента. Опубликовано 14 сентября 2018 г.
5. Дополненная реальность 101: что это такое и как это работает. Опубликовано 19 января 2022 г.
6. Морета-Мартинес Р., Посе-Диес-де-ла-Ластра А., Кальво-Аро Дж., Медиавилла-Санто Л., Перес-Маньянес Р., Паскау Дж. Сочетание дополненной реальности и 3D-печати для улучшения хирургических рабочих процессов в ортопедической онкологии: приложение для смартфона и клиническая оценка. Опубликовано 15 февраля 2021 г.