3D принтеры в цифровой медицине: интервью с Артёмом Мишвеловым

На прошедшем молодежном форуме «Машук-2018» ставропольские ученые представили инновационный медицинский проект «HoloDoctor. Симуляция, планирование операций, обучение студентов медицинских специальностей» по созданию трёхмерным моделей внутренних органов, для печати которых используется 3D принтер Raise3D. Мы встретились с Артемом Мишвеловым, одним из основателей проекта, он рассказал нам о внедрении цифровых технологий в современные медицинские реалии, чего уже удалось достигнуть, и какие перспективы ждут в ближайшем будущем.

- Артём, вы занимаетесь разработкой и внедрением цифровых технологий в медицинской сфере, облегчающих работу врачам и оптимизирующих процесс постановки диагноза и лечения пациентов. Расскажите, что вас подтолкнуло заниматься именно этим направлением?

Я закончил Северо-Кавказский федеральный университет, учился на врача медицинской биохимии, потом переквалифицировался на 3D биодизайнера-визуализатора. Медицинские цифровые технологии – это интересное и перспективное направление, которое объединяет инновационные технологии, такие как 3D печать, трехмерную виртуальную реальность, работу со стволовыми клетками и многое другое. С 9-го класса я начал конкретно изучать компьютерную томографию и 3D печать. Акцент делал на компьютерной томографии, МРТ, УЗИ, в целом на дифференциальной диагностике. Потом в университете перешёл к реализации зародившихся идей. Первой была программа для обучения студентов-медиков. Опирался на всем известный сериал «Доктор Хаус», который подкинул несколько интересных мыслей. К примеру, экспертная система «КиберХаус» или ПО «DoctorCT», которое позволяет переводить медицинские DICOM-изображения в 3D модели. Программа помогает конструировать трёхмерные модели органов, а потом распечатать их на 3D принтере. Если этого мало, можно воспользоваться очками виртуальной или дополненной реальности через гарнитуру Microsoft HoloLens, используя, при этом разработанный программный комплекс HoloDoctor.

- Вы параллельно работаете в нескольких масштабных стартапах, таких как Кибермед, ХолоМед, Соцмедика. Расскажите немного о каждом из них, это стартапы с государственной поддержкой? Они все основаны на внедрении 3D печати в медицинские биотехнологии?

Да, в каждом нашем проекте так или иначе задействованы аддитивные технологии, куда без них в наше время.

Центр кибермедицины и прототипирования Кибермед занимается разработкой и производством бионических и тросевых протезов. ХолоМед посвящен виртуальным симуляторам, планированию хирургического вмешательства, в частности цифровой медицине, а это и 3D печать, и биопринтинг.

Еще есть Соцмедика - резидент Сколково. Это IT-компания, специализирующаяся на создании медицинских экспертных систем, мы являемся региональными представителями в Ставропольском крае.

Так получилось, что за несколько лет мы выиграли несколько грантов, в том числе на форуме «Машук», в конкурсе «Умник», в сколковском Startup Village и т.д. И сейчас с помощью грантов реализуем программные проекты совместно со Ставропольским медицинским университетом, Студенческим конструкторским бюро и пр.

Да, наши проекты поддерживает правительство Ставропольского края, администрация президента. Особенно сильно мы ощутили эту поддержку после визита президента на наш стенд в рамках форума «Машук-2018».

Честно говоря, мы не ожидали такого внимания, наш проект отобрали в числе 7-ми других из нашего региона. Мы рассказали о наших инновационных медицинских цифровых технологиях, продемонстрировали принтер Raise3D, напечатанные на нем модели и произвели фурор, сами того не ожидая.

- На недавно прошедшем форуме «Машук-2018» вы презентовали возможности печати на 3D принтере точных прототипов человеческих органов, которые могут значительно облегчить диагностику для медиков. Расскажите, как это происходит?

На основе компьютерной и магнитно-резонансной томографии (КТ, МРТ) создаётся двухмерное изображение и в разработанной нами программе конвертируется в 3D макет. Мы получаем анатомически точные органы, сердце, почки или даже целую систему органов конкретного пациента, потом загружаем файл в принтер и получаем трехмерную модель. Такие макеты служат своеобразным симулятором для практикующих врачей при планировании хирургического вмешательства. Также данные трёхмерные визуализации уже активно применяются для диагностики врачами нашего краевого диспансера.

К примеру, если использовать только традиционные данные компьютерной томографии, бывает сложно рассчитать точный объём опухоли и отделить её от органа. А чтобы принять решение о проведении операции, необходимо иметь точную 3D модель. В этом и помогает наше ПО и 3D принтер. Полученную многослойную модель также можно поместить в программу-симулятор и совместить с поверхностью тела, крупными сосудами и пр.

- Трёхмерные прототипы применяются также в обучении студентов-медиков?

Да, в том числе и в обучении будущих хирургов. В школах, университетах, институтах недостаточно практических материалов. Допустим, мы распечатали сердце, покрасили краской, чтобы выглядело реалистичнее. Студенты изучают топографию, кровеносные сосуды, что, где находится. А распечатанные на 3D принтере симуляционные фантомные органы, соответствующие конкретному пациенту, могут стать отличным практическим пособием. Подобные 3D макеты применяются у нас в Ставропольском медицинском университете.

- А что использовалось в качестве практических пособий в высших медицинских учреждениях до внедрения 3D печати? В чем преимущество прототипов, напечатанных на 3D принтере?

Раньше использовали настоящие органы, помещённые в банки с формалином. В чем минус - реальные органы нужно очень аккуратно использовать. Студенты могут просто посмотреть на них со стороны, каких-то манипуляций провести будет нельзя. Это совершенно не наглядно. В этом огромный плюс 3D печати. Вы можете напечатать огромное количество макетов и у каждого будущего медика будет возможность все внимательно изучить, пощупать.

- Вы также занимаетесь разработкой и изготовлением протезов с помощью 3D принтеров…

Начинали мы с тросевых ручных протезов. Это самый простой и бюджетный вариант – пластиковая кисть с легко заменяемыми деталями (большая часть элементов печатается на принтере). Функционал достаточно скромный – такой «рукой» можно взять чашку, открыть дверь, но мелкая моторика доступна только для бионических процессов. Они работают с мышечными импульсами, используя датчики электромиографии. Там уже доступно около 20 разных движений. Сейчас наши бионические протезы находятся на стадии тестирования у нескольких пациентов. Их отзывы позволят подкорректировать работу протезов, исправить все недостатки перед массовым запуском.

- Как вы оцениваете перспективы развития данного коммерческого направления? Насколько 3D печать удешевляет производство кастомизированных протезов, если сравнивать с традиционными методами (литье и пр.)?

Мы печатаем практически все детали протезов на 3D принтере Raise3D, конечно, кроме сервопривода, платы. Используем пластик ABS, PLA и гибридный сверхпрочный пластик. В итоге получаем персонализированное изделие, изготавливаемое в течение 2-4 дней с невысокой себестоимостью.

Другие бионические протезы изготавливаются неделями-месяцами. К примеру, есть сверхмощные зарубежные протезы, состоящие по большей части из железа со сложным механизмом, настройками и управлением. Изготовление, ремонт, замена занимает кучу времени. Хотя пациентам достаточно пластиковых протезов, напечатанных на 3D принтерах. Для маленьких детей в основном идут тросевые протезы. Подросткам с 14-16 лет делают бионические, только из соображений того, что с возрастом дети начинают бережнее относиться к вещам.

Можно изготовить стилизованные протезы индивидуально под каждого пациента, как рыцарские доспехи, или как у железного человека, вариаций много. Еще один плюс – элементы напечатанного протеза легко заменить. Иногда пациенты обращаются с просьбой заменить палец или кожух, и это делается за 1 или 2 дня. Получается такой протез-трансформер.

- Помимо создания с помощью 3D принтера прототипов и протезов, есть еще очень интересное и перспективное направление - 3D биопринтинг. Вы участвовали с проектом по этой тематике в конкурсе Сколково. Все же это наше настоящее или будущее?

Мы представляли на конкурсе 3D принтер, который может превращаться в биопринтер со специальным экструдером, где помещается шприц, и можно печатать гидрогелями, пастами, шоколадом и пр. Что касается стволовых клеток, все печатается в стерильных условиях: в стерильном боксе, в специальном помещении.

- Современное 3D оборудование способно воспроизводить органы для трансплантации?

Да, к примеру, кожные лоскуты, мышечные ткани. Но в целом это направление находится на этапе исследований и испытаний. В России напечатали щитовидную железу и пересадили лабораторной крысе. Щитовидка прижилась, все прошло успешно.

По прогнозам специалистов 3D печать органов будет возможна ориентировочно к 2030 году. Это поможет решить многие проблемы. Сейчас, если человеку необходима имплантация органов, он сталкивается с космической стоимостью, огромными очередями на доноров.

- Есть мнение, что в необозримом будущем можно будет «выращивать» с помощью 3D принтеров настоящее мясо. Как вы относитесь к этому?

Это очень-очень дорого. Реально, но дорого. Мы пытались это реализовать, но в связи с высокой ценой надобность отпала. Для этого нужно время и технологии. Возможно, лет через 10 это станет реальностью.

- И несколько вопросов про 3D принтер, который вы используете. Почему для своих задач вы выбрали 3D принтер Raise3D?

Я просмотрел много разных вариантов, изучил информацию по ним. Raise3D оказался золотой серединой по цене, функциям и качественным показателям. Мы активно используем 2 экструдера для двухцветной печати или печати с поддержками. Пользуемся принтером уже год. Ничего не ломалось, работает исправно, принтером очень довольны. Несколько раз забивалось сопло, но эту проблему оперативно решали.

- Подходит ли точность принтеров Raise3D для использования в медицине?

Да, данной точности для наших задач очень даже достаточно. На выставке демонстрировали почку, напечатанную из прорезиненного пластика. Хирурги оценили качество, были просто в восторге. Сказали, что выглядит очень реалистично.

Присоединяйтесь к нам в соц. сетях, чтобы быть в курсе последних событий:

Facebook

VKontakte

YouTube

Команда компании Цветной Мир

cvetmir3d.ru