В научно-образовательном центре «Современные производственные технологии» Томского политехнического университета развивается новый проект по 3D-печати человеческого сердца. Политехники выполняют этот проект для Томского НИИ кардиологии: кардиохирургам распечатанное сердце служит «тренажером» для планирования операций.

Политехники печатают на 3D-принтере модели настоящих сердец на основе изображений, полученных на томографии медиками НИИ кардиологии. В результате, имея в руках осязаемую модель сердца, кардиохирурги могут подробнее изучить дефекты органа и выбрать подходящие способы оперативного лечения.

«Эта совместная работа очень актуальна для наших кардиохирургов, в особенности для тех, кто занимается коррекцией и лечением такой сложной патологии, как врожденный порок сердца. Те методы визуализации, которые мы используем для диагностики сейчас, с одной стороны дают много информации, с другой — не позволяют заглянуть внутрь сердца, чтобы получить полное понимание процесса. Используя 3D-модели, мы можем для этого сердца фактически сделать симуляцию операции. Более того, с помощью модели мы можем уточнить диагноз, спланировать оперативное лечение, получить новые факты, которые мы не узнаем из обследования», — говорит заместитель директора НИИ кардиологии, руководитель отделения неотложной кардиологии Вячеслав Рябов.

Сейчас 3D-сердце в ТПУ печатают из пластика. Как рассказывает инженер научно-образовательного центра «Современные производственные технологии», аспирант Института физики высоких технологий Юрий Донцов, первоначально модель формируется на компьютере по результатам томографии, после чего проходит длительную обработку. Работа с момента получения снимков до создания готовой к печати модели занимает у политехников около суток.

«Мы получаем послойную томографию, которую превращаем в объемную 3D-модель. Но эта модель получается довольно грубой — содержит много дефектов, для печати в исходном виде она не подходит. Вручную мы отделяем изображение сердца от других внутренних органов, сосудов и костей. Далее с помощью фильтров сглаживаем полученное изображение, вручную прорисовываем тонкие сердечные стенки. Обработка изображения проводится не только снаружи, но и внутри.  Все внутренние пустоты в 3D-модели также воспроизведены, поэтому в напечатанном виде можно увидеть не только внешнее, но и внутреннее устройство сердца», — рассказывает Юрий Донцов.

С помощью 3D-печати ученые ТПУ могут получать различную степень детализации сердца. Как отмечает Юрий Донцов, если операция планируется на каком-то конкретном участке, его можно напечатать более детально. В среднем печать пластиковой модели на 3D-принтере занимает от 12 до 20 часов. Менее детализированные модели печатаются быстрее, они, по словам инженера, могут быть полезны для обучения студентов медицинских вузов, поскольку можно напечатать не одно, а сразу несколько сердец для «тренировок» будущих врачей. В ближайших планах политехников — печать 3D-сердца не только из пластика, но и из резины. Это позволит медикам не только рассмотреть устройство сердца, но и провести на модели пробную операцию.

«Мы уже успешно печатаем пластиковые модели сердца, а также простейшие изделия из резины. Осталось эти технологии объединить. Для печати качественных сердец из резины необходимо усложнить само оборудование, а также программное обеспечение, подобрать соответствующие режимы, чтобы резина не спекалась, а слои плотно “приклеивались” друг к другу. Сейчас мы над этим работаем», — говорит директор научно-образовательного центра «Современные производственные технологии» Василий Федоров.

В перспективе ученые планируют создать собственный специализированный принтер, предназначенный для печати как сердца, так и других внутренних органов. За основу будет взято стандартное оборудование, но его техническая и программная части будут усовершенствованы сотрудниками центра «Современные производственные технологии». Томские медики, в свою очередь, надеются на возможность применения аддитивных технологий при планировании каждой проходящей в НИИ кардиологии операции на сердце.