3D tiskárny dávno nejsou jen hračkou v rukou technických a počítačových nadšenců. Tato technologie nachází stále větší uplatnění i v biomedicínských oborech včetně ORL, plastické chirurgie, maxilofaciální chirurgie a chirurgie baze lební.
Ačkoli první pokusy o 3D tisk spadají do 80. let 20. století, v medicíně nachází uplatnění v zejména v posledních 15 letech. V roce 2017 byl v časopisu Otorinolaryngology – Head and Neck Surgery publikován přehledový článek, který dokumentuje exponenciální nárůst počtu článků na téma 3D tisku v klinické praxi: zatímco v roce 2006 bylo publikováno 19 článků v anglickém jazyce, v roce 2014 to bylo již 375, a v roce 2015 dokonce 680 publikací.
Samotnému 3D tisku předchází několik netriviálních kroků. V první řadě je zapotřebí znát přesné rozměry a tvar požadovaného materiálu – dlahy, implantátu apod. Ke zpracování těchto vstupních dat a k vytvoření požadovaného 3D modelu je nutný software CAD (Computer-Aided Design). Samozřejmě musí být k dispozici vhodný biokompatibilní materiál a dostatečně precizní 3D tiskárna. Uplatnění 3D tisku v medicíně by tak nebylo možné bez pokroku v několika spolupracujících oborech:
Pro některé medicínské projekty je možné modelovat objekt de novo. Častěji je však zapotřebí některá sada vstupních grafických dat:
Výstupem z CAD programu je soubor ve standardizovaném formátu, se kterým si poradí 3D tiskárna.
Technický popis různých způsobů 3D tisku přesahuje rozsah tohoto článku. Nejznámější způsob 3D tisku, tedy vrstvení termoplastového polymeru (ABS, PLA, PET, ASA aj.), je jen jednou z mnoha možností. Jiné metody jsou založeny např. na fotopolymeraci materiálu UV světlem nebo na zpracování práškového substrátu pomocí laseru, přičemž materiálem může být plast, pryskyřice, ale i kov či keramika.
Zcela speciální způsob 3D tisku představuje tzv. bioprinting. Jedná se o prostorové vrstvení živých buněk (fibroblasty, kmenové buňky) spolu s růstovými faktory a s živinami v nosné substanci na bázi želatiny, alginátu. Technologie přináší zcela nové možnosti; je otázkou, zda a kdy se podaří „vytisknout“ celé nové funkční ledviny, játra či srdce.
Individuální komplexní model lební baze včetně nervového a cévního zásobení je užitečným nástrojem při plánování trepanace spánkové kosti nebo operačního přístupu k petrokliválním nádorům, tumorům nosohltanu a parafaryngu. Umožňuje chirurgovi „osahat“ si terén, nacvičit techniku, předvídat možné komplikace a tím zkrátit čas operace. Speciální aplikací je plánování poporodního zajištění dýchacích cest a chirurgické korekce maxilofaciálních vrozených vad zjištěných in utero: ještě před porodem je možno vytisknout realistický model hlavy a krku dítěte.
V anatomicky a tvarově složité kraniofaciální oblasti je velkou výhodou možnost použití individuálně tvarovaných dlah, implantátů a zubních náhrad pro rekonstrukci zlomenin. Široká škála aplikací dále zahrnuje např. septální knoflík pro zakrytí perforace nosního septa, ale i různě složité epitézy a protézy po onkologických operacích (maxilektomie, exenterace očnice).
Ukazuje se reálná možnost individuální výroby částí obličejového, ale i laryngeálního a tracheálního skeletu pomocí chondrocytů, osteoblastů či mezenchymových buněk aplikovaných na nosič vytisknutý z polykaprolaktonu či jiného polymeru, jsou popsány pokusy o vytvoření celé nové mandibuly.
Hledají se cesty k náhradě ušních a nosních chrupavek či bubínku. Technologie 3D tisku přináší lepší kosmetický výsledek, zkracuje operační čas a redukuje nutnost reoperací.
3D tisk umožňuje vyrobit nástroje na míru dle anatomických poměrů pacienta a speciálních požadavků chirurga. Jedná se např. o rozvěrače, tubusy a fixátory pro přímou laryngoskopii, robotickou chirurgii atd. Plastový materiál je dostatečně pevný a nespornou výhodu má při CT či MRI navigovaných operacích, kdy odpadají artefakty z kovových nástrojů.
Pro pacienta se spánkovou apnoí lze v rámci léčby trvalým přetlakem vytisknout individuální obličejovou masku, která zlepší komfort a compliance a sníží zbytkový AHI (index apnoe/hypopnoe).
Funkční endonazální endoskopická chirurgie nebo trepanace spánkové kosti jsou náročné na prostorovou orientaci a zručnost chirurga, který operuje ve stísněném, anatomicky složitém terénu v bezprostřední blízkosti důležitých nervů, velkých cév, nitrolebí, očnice. Nácvik na kadaveru má technické a organizační limity, zejména pokud je k operaci zapotřebí endoskopická technika či operační mikroskop.
Tento problém řeší 3D tisk, zejména pak technologie umožňující heterogenní tisk – polypy a sliznice jsou z jiného materiálu než kostěné struktury atd. Vizuální a haptický vjem z takto vyrobené spánkové kosti nebo z paranazálních dutin se velice blíží reálnému zákroku. Navíc lze takto simulovat libovolnou patologii nebo i raritní anatomické variety.
Komplexní struktury – celé orgány včetně cévního systému, osídleného endotelovými buňkami; v ORL středoušní kůstky, struktury vnitřního ucha, nosní skořepy, součásti hrtanu... to je jen malý výčet z různých uvažovaných aplikací 3D tisku. Předpokladem pro jeho využití v medicíně je vznik pracovišť specializovaných na 3D tisk, která budou spolupracovat s více nemocnicemi a obory. Tak je možno technologii zlevnit. Bohužel významným limitem 3D tisku zůstávají legislativní omezení – každý jednotlivý materiál a nová aplikace vyžadují náročnou certifikaci pro použití v biomedicíně.
(thr)
Zdroj: Crafts T. D., Ellsperman S. E., Wannemuehler T. J. et al. Three-dimensional printing and its applications in otorhinolaryngology – head and neck surgery. Otolaryngol Head Neck Surg 2017; 156 (6): 999–1010, doi: 10.1177/0194599816678372.
