Phần mềm đột phá In bản sao 3D của giải phẫu người

Ngày tạo: 13/10/2020 2:52:04 CH

Nicholas Jacobson, một kiến ​​trúc sư được đào tạo, có niềm đam mê kết hợp cấu trúc với thẩm mỹ. Mãi cho đến khi gia nhập nhóm Inworks tại Khuôn viên Y tế Anschutz của Đại học Colorado, anh ấy mới đưa một bộ kỹ năng khác - sở trường về cộng tác - phát triển vượt bậc.

Được thúc đẩy bởi niềm đam mê về cách mọi thứ hoạt động và vẻ đẹp vốn có bên trong những cấu trúc phức tạp nhất, Jacobson đã phát triển phần mềm đột phá để in các bản sao 3D của giải phẫu người. Sức mạnh của công nghệ Jacobson - bằng sáng chế đầu tiên ra đời từ phòng thí nghiệm CU Anschutz Inworks - là độ phân giải cao, tốc độ và phạm vi của các thành phần giải phẫu có thể được in.

Hãy tưởng tượng một số đặc điểm tinh tế nhất trong cơ thể chúng ta - mao mạch, tế bào thần kinh, van - được in với độ chính xác 3D đáng kinh ngạc. Jacobson nói: “Không có lĩnh vực nào chúng tôi tìm thấy mà chúng tôi không thể tạo ra đột phá.

Đường ống chuyên môn

Chức danh của Jacobson là nhà nghiên cứu thiết kế lâm sàng, nhưng ông cũng có thể được gọi là “tổng cộng tác viên”. Có lẽ trong một sự hợp tác chưa từng có tại CU Anschutz, Jacobson trong ba năm qua đã tham khảo ý kiến ​​của hơn 30 bác sĩ phẫu thuật và bác sĩ từ hơn một chục chuyên ngành, khi ông phát triển phần mềm beta.

Jacobson là người sáng lập và phát minh ra công ty phụ đầu tiên của Inworks, được đặt tên là Công nghệ phẫu thuật MIX. Đó là một lĩnh vực màu mỡ, do Đạo luật Chăm sóc Giá cả phải chăng khiến cho việc in 3D cho các mục đích y tế nhất định đủ điều kiện để được bảo hiểm thông qua Medicare, Medicaid và hầu hết các chương trình chăm sóc sức khỏe.

Nicholas Jacobson

Ông nói: “Chúng tôi đang mong đợi sự tăng trưởng lớn và sự gián đoạn trong thị trường này, đó là lý do tại sao chúng tôi đang quay đầu.

Bên trong phần mềm

Đây là địa hình mới để ánh xạ mọi pixel trong hình ảnh y tế với một giọt nhỏ ra khỏi máy in. Các giọt có kích thước khoảng 15 micron; để so sánh, mặt cắt ngang của một sợi tóc người là 50 micron.

Jacobson, người đã nhận bằng Thạc sĩ về Công nghệ Thiết kế và Thiết kế Tính toán từ Đại học Harvard, cho biết: “Bước đột phá thực sự là chúng tôi có thể in bằng màu sắc, nhưng cũng ở các mật độ vật liệu khác nhau để tái tạo tốt hơn các gradient trong mô mềm. “Nó cho phép chúng tôi tái tạo mô mềm và có được những đặc điểm rất tốt như tế bào thần kinh trong não, các nhánh của phổi, hoặc sự khác biệt nhỏ về mật độ xương. Không có giới hạn về độ phức tạp mà chúng tôi có thể in. "

Các bác sĩ phẫu thuật nói rằng sự sao chép hình ảnh y tế có độ trung thực cao này mang lại một bước tiến nhảy vọt trong việc lập kế hoạch trước phẫu thuật. Giờ đây, có thể lập bản đồ chính xác vị trí của khối u bên trong thận hoặc biết chính xác vị trí lắng đọng canxi trong động mạch phổi hoặc xác định chính xác các vùng chức năng ngôn ngữ trong não để tránh chúng trong quá trình phẫu thuật.

Các mô hình chẩn đoán chỉ là bước khởi đầu. Phần mềm ghi lại hàng tỷ điểm dữ liệu từ hình ảnh, cho phép in 3D trực tiếp từ MRI, quét CT và các hình ảnh y tế khác. Jacobson cho biết: “Chúng ta có thể bắt đầu phủ lên các dạng dữ liệu khác và thêm căng thẳng, căng thẳng và động lực cho nó.

Đây là hình ảnh của dòng chảy 4D, huyết động, cho thấy hướng và vận tốc của dòng máu trong trái tim con người. Các dòng đang theo dõi hướng và màu sắc là vận tốc. The bluer tốc độ càng cao và càng xanh càng chậm.

Ví dụ, ông đã làm việc với các bác sĩ tim mạch nhi khoa để tạo ra van tim và stent cấy ghép dành riêng cho bệnh nhân.

“Chúng tôi có thể lập mô hình dữ liệu động, chẳng hạn như huyết động học (động lực của dòng máu), chụp đường (biểu thị trực quan các đường dây thần kinh trong não và hệ thần kinh) và có thể bao gồm phân tích cấu trúc của những thứ như thiết kế tham số.”

Sau này sẽ cho phép chế tạo các bộ phận giả và cấy ghép dành riêng cho bệnh nhân.

Trao quyền cho sự đổi mới

Jacobson cho biết công ty của ông và tài sản trí tuệ của nó, được cấp phép thông qua Đại học Colorado, sẽ không thể thực hiện được nếu không có sự tập trung của ban lãnh đạo trường vào đổi mới.

“Tôi sẽ không ở đâu nếu không có thể bước vào văn phòng của Jenny Zablah (Tiến sĩ Zablah là trợ lý giáo sư nhi khoa-tim mạch tại Trường Y CU và là bác sĩ tim mạch can thiệp bẩm sinh tại Bệnh viện Nhi Colorado), hoặc đón điện thoại và có điều này qua lại (đối thoại với các bác sĩ), ”ông nói. “Chúng tôi đang được khuyến khích từ trên xuống để trao quyền cho chính mình bằng sự đổi mới. Nó vô cùng thú vị."

Kristin Wood, Tiến sĩ, giám đốc của Inworks, nằm trong Thư viện Khoa học Y tế Strauss (một phòng thí nghiệm khác ở CU Denver), cho biết chiến lược cốt lõi của phòng thí nghiệm CU Anschutz là liên kết các nhà thiết kế được đào tạo về kỹ thuật với bác sĩ phẫu thuật, bác sĩ và các chuyên gia y tế khác. Mục tiêu là tạo ra các công nghệ tiên tiến, chẳng hạn như phần mềm của Jacobson, sẽ cải thiện và cứu sống người bệnh cũng như giảm chi phí chăm sóc sức khỏe thông qua các quy trình phẫu thuật, lập kế hoạch và đào tạo tốt hơn.

Wood, đồng thời là phó hiệu trưởng cấp cao của Trường Cao đẳng Kỹ thuật, Thiết kế và Máy tính CU Denver, cho biết Inworks đóng vai trò như một loại “hộp cát” nơi các chuyên gia thuộc các lĩnh vực khác nhau đến cùng nhau và theo đuổi, không có rào cản, các giải pháp đột phá. “Họ đang làm những điều tuyệt vời một cách rất nhanh nhẹn và cơ hội là vô tận.”

Cùng nhau khám phá

Trong khi các sản phẩm cuối cùng của anh ấy luôn dẫn đầu về cả thiết kế và ứng dụng, Jacobson nhận được sự hài lòng gần như ngang nhau khi có thể đi dạo trong khuôn viên trường và gặp gỡ với một số bộ óc giỏi nhất thế giới về y học và khoa học. Anh ấy nhìn lại ba năm của mình tại CU Anschutz và nghĩ về nhiều cuộc trò chuyện sâu sắc, cởi mở đã dẫn đến Công nghệ phẫu thuật MIX.

“Khi tất cả chúng ta đến với nhau - một kiến ​​trúc sư, một bác sĩ X quang và một bác sĩ phẫu thuật - đó là điều thực sự mang tính đột phá về những gì chúng tôi đang làm trong Khuôn viên Y tế Anschutz,” Jacobson nói. "Nó là duy nhất và nó dẫn đến khám phá."

Các bác sĩ đang nói gì về phần mềm

Dưới đây là những gì một số cộng tác viên CU Anschutz của Jacobson nói về phần mềm in 3D của anh ấy:

Jenny Zablah

Jenny Zablah, MD, là trợ lý giáo sư nhi khoa-tim mạch tại Trường Y khoa CU và làm việc trong Phòng thí nghiệm thông tim tại Bệnh viện Nhi đồng Colorado. Cô cho biết công nghệ in này cung cấp các bản sao của các lớp mô có độ mạnh khác nhau - cực kỳ quan trọng trong các vấn đề của tim. Các mô hình 3D cho cô ấy “cảm nhận rõ hơn về hình dạng của giải phẫu và liệu một số van nhất định có phù hợp hay không,” cô nói. "Tôi là một nhà lập kế hoạch lớn, vì vậy tất cả những điều này giúp tôi dự đoán cách tiếp cận cho những bệnh nhân này."

Các mô hình tim có độ nét cao, dành riêng cho từng bệnh nhân cũng được các gia đình đánh giá cao, những người có được trải nghiệm xúc giác khi cầm một bản sao trái tim của người thân yêu của họ trong khi Zablah cho biết quy trình phẫu thuật sẽ diễn ra như thế nào. “Nó không giống như vẽ trên bảng,” cô nói. "Nó thực hơn đối với họ."

Zablah đang làm việc với Jacobson để vượt ra ngoài mô hình chẩn đoán, cuối cùng, phát triển van tim tùy chỉnh có thể cấy ghép cho bệnh nhân.

Simon Kim

Simon Kim, MD, là phó giáo sư phẫu thuật-tiết niệu tại Trường Y CU, chuyên về ung thư tiết niệu tại Phòng khám Chăm sóc Ung thư Tiết niệu UCHealth Tony Grampsas. Ông cho biết các mô hình 3D cung cấp một lộ trình trước khi phẫu thuật khối u, cải thiện hiệu quả trong phòng mổ và kết quả của bệnh nhân.

Kim nói: “Tình trạng cận biên trong ung thư là cực kỳ quan trọng, và tôi cho rằng có mô hình 3D của tuyến tiền liệt, hoặc của một quả thận có khối lượng, sẽ đạt được kết quả ung thư tốt hơn. Ông đang hợp tác với Jacobson trong các nghiên cứu điều tra xem mô hình 3D của thận và khối lượng thận có cho phép phẫu thuật với ít biến chứng hơn không.

Nicholas Stence

Nicholas Stence, MD, là phó giáo sư khoa X-quang-nhi khoa tại Trường Y CU, thực hành tại Bệnh viện Nhi đồng Colorado. Stence cho biết các mô hình 3D cung cấp các bản sao của não và khối lượng theo cách dễ dàng và xúc giác hơn nhiều cho các bác sĩ phẫu thuật. Điều đặc biệt quan trọng đối với các bác sĩ phẫu thuật thần kinh, khi dự định cắt bỏ khối u, phải xem xét giải phẫu và chức năng não ở các vùng khác nhau của chất xám.

Bản sao 3D của não người.

Mô hình 3D truyền đạt thông tin này hiệu quả hơn nhiều so với một vài mặt phẳng hình ảnh trên màn hình máy tính. “Có thêm tiện ích đó là một điều khá đột phá,” Stence nói.

Aaron Mason
Aaron Mason, MD, phó giáo sư phẫu thuật thẩm mỹ và nhi khoa tại Trường Y CU, là trưởng Khoa Phẫu thuật Tạo hình Nhi tại Bệnh viện Nhi đồng Colorado. Ông chuyên về dị tật sứt môi, hở vòm miệng và dị tật bẩm sinh sọ mặt. Khoa của anh ấy quan tâm đến việc sử dụng các mô hình 3D để phát triển một phương pháp chỉnh sửa trước khi phẫu thuật vết thương hở môi và vòm miệng trước khi sửa chữa chúng. Phương pháp này sẽ cho phép bác sĩ chỉnh hình răng hàm mặt của nhóm, Tiến sĩ Kristen Lowe, sửa đổi các khuôn khi cần thiết, tạo ra một loạt thiết bị mà bệnh nhân có thể tiến triển liên tục - loại bỏ nhu cầu bệnh nhân sống gần phòng khám để kiểm tra hàng tuần.

Về phía giáo dục, Tiến sĩ Brooke French của khoa đang hợp tác với Jacobson về một mô-đun giảng dạy thực tế ảo, trong đó sinh viên làm việc thông qua phiên bản thực tế ảo của một quy trình cụ thể. Sau đó, học sinh sẽ thực hiện quy trình trong thời gian thực trên một mô hình được sản xuất từ ​​in 3D.

Nguồn: news.cuanschutz

---

Tags: artec eva artec scanner artec 3d scanner artec spider artec eva 3d scanner artec 3d scanner price artec eva price artec eva scanner artec spider scanner artec eva 3d artec eva 3d scanner price artec 3d spider artec spider 3d scanner price máy quét artec máy quét 3d cầm tay máy quét 3D máy scan mini artec máy scan artec máy scan cầm tay máy scan 3d