معامل النمذجة التشريحية ثلاثية الأبعاد نظرة عامة

الابتكارات في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد ورعاية المرضى

يمكن أن يستفيد الأشخاص الذين يخضعون لجراحات جديدة أو غير شائعة أو معقدة في مايو كلينك من خبرة العيادة في صنع النماذج التشريحية ثلاثية الأبعاد. تُساعد هذه التقنية في التخطيط للجراحة وتثقيف المرضى والتعليم الطبي.

تَستخدِم مختبرات النمذجة التشريحية ثلاثية الأبعاد في قسم الأشعة الطباعة ثلاثية الأبعاد؛ لمساعدة الأطباء في اختيار علاج البالغين والأطفال وَفقًا لتشريحهم بالضبط. وتوضّح الدراسات المنشورة في المجلات الطبية المحكّمة أن استخدام النماذج المطبوعة ثلاثية الأبعاد يحسِّن نتائج الجراحة.

مختبرات النمذجة التشريحية متاحة في مقرات مايو كلينك بولايات أريزونا وفلوريدا ومينيسوتا. ومايو كلينك رائدة في الحركة التي تهدف إلى توفير هذه التقنية في المستشفيات لتعم الفائدة على الجميع.

تساعد طباعة مجسمات تشريحية ثلاثية الأبعاد للمريض في تخطيط العمليات الجراحية

مايكل سلاغ، أحد مرضى الجراحة: تشير المنطقة السوداء إلى الورم. المنطقة البيضاء هي الأضلاع المحيطة بالورم.

المعلق: مايكل سلاغ مندهش من نموذج الورم. فهذا نموذج لورم كان ينمو في الجزء العلوي من رئته اليُمنى. وقد أزاله أحد جراحي مايو كلينك في عملية جراحية طفيفة التوغل. وبعد ثلاثة أيام فقط تمكن المريض من العودة للمنزل.

السيد سلاغ: حسنٌ، هذا مذهل! في الواقع، تمكنت من المشي في أول ليلة بعد الجراحة.

المعلق: وهذا مذهل لأن هذا النموذج ثلاثي الأبعاد مكّنه من تجنُّب عملية جراحية أكثر توغلًا وإيلامًا وتتطلب وقتًا أطول بكثير للتعافي.

السيد سلاغ: لكنني متأكد أنني لو خضعت لجراحة شق الصدر، فمن المحتمل إدخالي لوحدة العناية المركزة وخوض تجربة مختلفة تمامًا.

د. جين ماتسوموتو، اختصاصي الأشعة، مايو كلينيك: هذا الورم متموضع بجوار الضفيرة العضدية.

المعلق: وهذا الورم نوع من سرطان الرئة يسمى ورم بانكوست، وهو نادر جدًا لدرجة أنه لم تمر على مايو كلينيك سوى 60 حالة منه في السنوات العشرين الماضية.

د. شاندا بلاكمون، جراح الصدر، مايو كلينيك: في كثير من الأحيان قد يضم الفريق، بالإضافة لي، جراح تجميل وجراح عظام وجراح أوعية دموية، حيث نشارك جميعًا في استئصال ورم بانكوست. وعندما يكون الأمر كذلك، لا شيء أفضل من وجود نموذج ليعاينه الفريق معًا خلال التخطيط لعلاج الحالة.

المعلق: تقول جرّاحة الصدر شاندا بلاكمون إن النموذج ثلاثي الأبعاد ساعد في تجنُّب المفاجآت بإطلاع الفريق بدقة مسبقًا على كيفية التفاف الورم الكبير لدى مايكل حول العديد من الأعصاب الحَرجة والأوعية الدموية.

د. بلاكمون: من الواضح أن الأورام وأماكنها تختلف من شخص لآخر.

المعلق: استغرق الأمر حوالي 70 ساعة باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد عالية التقنية لإنشاء نموذج

د. ماتسوموتو: ... للضفيرة العضدية.

المعلق: لكن خبراء الأشعة كرّسوا الكثير من الوقت قبل ذلك، ودمجوا صور الرنين المغناطيسي ونتائج التصوير المقطعي المحوسب وبرامج الكمبيوتر المتطورة لإنشاء نموذجًا تشريحيًا افتراضي لمايكل أولاً.

د. ماتسوموتو: هذه هي الجذور العصبية الخارجة من العمود الفقري العنقي...

الراوي : ... مرمّزة بالألوان حسب نوع الأنسجة.

د. ماتسوموتو: هناك يمكنك رؤية الأوردة والأورطي والشريان الرئوي، ثم الضفيرة العضدية والورم في الأعلى.

المعلق: تشغل أخصائية الأشعة جين ماتسوموتو منصب المدير المشارك لمختبر النمذَجة التشريحية ثلاثية الأبعاد في مايو كلينك.

د. ماتسوموتو: يتكون قسم الأشعة من حوالي 170 شخصًا لديهم جميعًا تخصصات فرعية في العظام والرئة والأعصاب. كما تعلمون، نحن قادرون على جمع كل هؤلاء الأشخاص ضمن فريق متكاتف لإنشاء هذا.

المعلق: إنها تقنية يستخدمها الجراحون للحالات المعقدة لجراحة العظام وترميم القلب والأوعية الدموية وطب الأطفال والتخصصات الأخرى. بالإضافة لتسريع التعافي، فإن النهج الأقل توغلاً منح الطمأنينة لمايكل، لأن الطريقة تتطلب شقوقًا جراحية أقل. كما ترون، ينفذ هنا طبيب الغدد الصماء د. سلاغ بعض الإجراءات الطبية الحساسة بنفسه.

السيد سلاغ: هذه المنطقة الرمادية الفاتحة هي الضفيرة العضدية، وهي مجموعة معقدة من الأعصاب التي تمر عبر الذراع. لقد شعرت بكثير من الطمأنينة عندما عرفت أنني سأخرج وأنا قادر على استخدام يدي بدلا من تعطّل وظائفها.

كيفية عمله

تعتمد النماذج التشريحية ثلاثية الأبعاد الدقيقة على نتائج تصوير الأشخاص، مثل الفحص بالتصوير المقطعي المحوسب، أو الفحص بالتصوير بالرنين المغناطيسي. قبل طباعة نموذج ثلاثي الأبعاد، يُجرِي اختصاصيو الأشعة فحوصات تصويرية ببرنامج متطوِّر ومُعقَّد أولًا لتكوين نموذج افتراضي مُرَمَّزَ بالألوان لكل نوع من الأنسجة. ثم تُستخدَم واحدة أو أكثر من تقنيات الطباعة لطبع نموذج ثلاثي الأبعاد بالحجم الطبيعي لتشريح المريض، طبقة بطبقة.

تَستخدِم تقنية الطباعة الضوء فوق البنفسجي لتقوية الطبقات الرفيعة من الراتين السائل أثناء بناء الهيكل طبقة بطبقة. تُطبَع معظم النتائج بالبلاستيك. وتُصنَع في بعض الأحيان من مواد مَرِنة حتى يتمكَّن الجرَّاحون من ممارسة التقنية الجراحية على نموذج أكثر تشابُهًا مع الحقيقي.

تطبيق التكنولوجيا لتخصيص العلاج لشخص بعينه

الطباعة ثلاثية الأبعاد للرأس والعنق لاستبناء العظم

د. جوناثان موريس، قسم الأشعة، مايو كلينك: لم تنجز أي مستشفى ما أنجزته مايو كلينك من حيث تأسيس البنية التحتية في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد. ولقد أجرينا الكثير من الدراسات في مجال سرطان الرأس والعنق والطباعة ثلاثية الأبعاد والتكامل بينهما. بعض تلك الدراسات التكاملية تركز على تعزيز فهمنا للتشريح الخاص بالمريض قبل إدخاله لغرفة العمليات. وباستخدام موجِّهات قطع وتخطيط جراحي افتراضية مخصصة لحالة كل مريض، يمكننا تخفيض مدة المكوث في غرفة العمليات بنحو ساعتين، ما يعني تقليل الوقت الذي يمكثه المريض تحت تأثير المخدر. ونحصل على نتائج أفضل بسبب إنجاز مرحلة التصميم مسبقًا.

وقد طوّرنا ميزة تسمى التصنيع في نقطة الرعاية، وتعني إجراء كل عمليات التصنيع داخل المستشفى بالقرب من الأطباء، حيث يكون كل شيء في مكان واحد. فنحن ننتقل بسلاسة فائقة من مرحلة التصوير المقطعي المحوسب إلى إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد لحالات السرطان المعقدة في أي من مواضع الجسم، بالأخص الرأس والعنق. إننا نجمع بين الجراحة والهندسة البيولوجية الطبية والتصوير الإشعاعي جميعًا تحت سقف واحد ليس لتكوين نماذج مطبوعة ثلاثية الأبعاد فحسب، بل والتخطيط الجراحي الافتراضي كذلك.

ونأخذ الصور الطبية مع التشريح الخاص بالمريض والورم والخصائص الوعائية الدموية، ثم نطبعها بطريقة ثلاثية الأبعاد بالحجم الحقيقي، ونعطيها للجرّاح كنوع من خرائط الطريق.

د. دانيال إل برايس، اختصاصي الأذن والأنف والحنجرة، مايو كلينك: اعتدنا جميعًا منظر الصور ثنائية الأبعاد للمرضى، وكذلك التصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي. وتصاميم النماذج ثلاثية الأبعاد تأخذ الصور ثنائية الأبعاد وتحوّلها إلى شيء يمكن أن تمسكه بيديك ولتستوعب بدقة الخصائص التشريحية للمريض. ولدينا وسائل توجيهية تناسب بشكل خاص فك المريض وعظامه، التي نأخذها من جزء آخر من جسمه بغرض استبنائها لنحصل على انطباق مثالي بين العظام، وجعل الجزء المعالَج يبدو كما كان، قدر الإمكان، قبل تشخيص السرطان.

لكن لا بد أن تصنعها على النحو الأمثل من أول مرة. لدينا فرصة الممارسة والتخطيط والتنفيذ بصورة مثالية على الكمبيوتر قبل أن ندخل غرفة العمليات. وقد وجدنا أن المرضى يصابون بمضاعفات أقل على المدى الطويل عند استخدام النماذج ثلاثية الأبعاد، حيث أن ذلك يقلل يُقلل احتمالات انكسار صفيحة النمو أو انكسار العظم أو عدم التحامه.

د. موريس: من المزايا الأخرى تقبُّل المريض. فعندما تتيح للمريض إمكانية الإمساك بنموذج جمجمته أو فكه السفلي أو الورم بيديه، يمكنك حينئذ البدء باستخدام النموذج كوسيلة للشرح. توفر مايو كلينك فريقًا متكاملاً متعدد التخصصات. فبدلاً من مجرد اجتماع الجرّاح مع اختصاصيي التصوير الإشعاعي للأعصاب لمناقشة الحالات، لدينا فريق رعاية متكامل يضم الجرّاح واختصاصي التصوير الإشعاعي للأعصاب ومهندسي الأحياء الطبية، بالإضافة لتقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد.

د. برايس: نحن متفوّقون في رعاية الحالات المَرَضية المعقدة. وأعتقد حقًا أنه المكان الذي تُسَخَّرُ فيه كفاءات جميع زملائنا وخبراتهم لرعاية المرضى ذوي الحالات المعقدة.

يتعاون اختصاصيو الأشعة والجراحون في مايو كلينك لاكتشاف كل التفاصيل الممكنة حول الحالات المعقدة قبل إجراء العملية. ويعني استخدام النماذج الافتراضية والنماذج المطبوعة ثلاثية الأبعاد قلة الألم الذي يشعر به المرضى وقِصر مدة إقاماتهم في المستشفى وسرعة تعافيهم.

وتجدر الإشارة إلى أن الطباعة ثلاثية الأبعاد قد تكون أداة مهمة للجراحين الذين قد يستخدمون نموذجًا تشريحيًّا ثلاثي الأبعاد خاصًا بحالة كل مريض على حدة لشرح الجراحة أو التخطيط لها أو حتى التدرُّب عليها. أثناء مرحلة التحضير الرقمي قبل الطباعة، قد يَستخدِم الأطباء صورًا للتخطيط الجراحي الافتراضي. وبعد الطباعة، قد تساعد القدرة على فحص النموذج التشريحي قبل بدء الجراحة على فهم الشذوذات التشريحية أو المعلومات الإضافية التي قد تُغيِّر النهج الجراحي المتبع.

قصة إسحاق غارسيا: العناية بمرضى سرطان العظام في Mayo Clinic

سارة جارسيا، زوجة إسحاق: إسحاق شخص مفعم بالطاقة ويحب ممارسة الأنشطة مع أطفاله، ويحب الخروج كثيرًا. وهو شخص مغامر وملئ بالحماسة. وأعتقد أن هذا أحد الأسباب التي جعلتني أقع في حبه.

إسحق جارسيا، أحد مرضى مايو كلينك المتعافين من السرطان: اسمي إسحق جارسيا. عمري 38 سنة وأعيش في ريو رانشو بولاية نيو مكسيكو. متزوج من سارة جارسيا منذ 15 سنة. في أواخر عام 2014، بدأت أشعر بألم خفيف في المنطقة الأُربية. أحالني طبيب الرعاية الأولية إلى اختصاصي الجهاز البولي، مما أدى لتشخيص خاطئ وجراحة غير ضرورية. وانتهى الأمر بتأخر اكتشاف المشكلة الحقيقية. أُحِلتُ بعد ذلك إلى اختصاصي تقويم العظام هنا في ألباكركي. اشتبه اختصاصي العظام بوجود التهاب بسيط في الأوتار نتيجة التعرض لحادث، نظرًا لأنني أركب الدراجات الترابية بشكل متكرر. وأقترح أن أجري تصويرًا بالرنين المغناطيسي للتوصل إلى سبب الشكوى، وهو إجراء عادي.

سارة جارسيا: ذهبنا بعدها لرؤية الطبيب، الذي حضر ليقول، "لدي أخبار سيئة. يبدو أنك مصاب بورم خبيث في العظم، ومن الضروري استشارة اختصاصي أورام العظام. ستزودك السكرتيرة بالمعلومات." ثم غادر الغرفة.

إسحق جارسيا: أصبت أنا وزوجتي بالذهول. وبكينا كثيرًا. فلم تكن أخبارًا سارة كما تعلم. بل كانت أخبارًا مرعبة حقًا.

سارة جارسيا: شعرت بالذُعر لأن تشخيص الإصابة بسرطان العظام كان يعني أننا سنفقده. قدنا السيارة طوال اليوم في محاولة منا لمقابلة طبيب مختص في علاج أورام عظام. وصلت أوقات الانتظار إلى ستة أسابيع أو أكثر لمجرد استشارة طبيب. لذلك اتصلت برئيسي في العمل لأنني لم أكن في وضع يسمح لي بالذهاب إلى العمل في اليوم التالي. ونصحني رئيسي بأن لا أستسلم، وأن هناك أماكن أخرى للعلاج. وأنه يمكنني المغادرة متى ما احتجت لذلك. فبحثت في جوجل عن "أفضل طبيب مختص في علاج سرطان العظام" وظهر لي مستشفى مايو.

إسحق جارسيا: تواصلت أنا وزوجتي مع مايو كلينك في فينيكس، وطلبوا منا إرسال تقرير التصوير بالرنين المغناطيسي عبر الفاكس وبعض المعلومات الأخرى وأخبرونا أنهم سوف يتواصلون معنا مجددًا. كان ذلك يوم الإثنين. اتصلوا بنا في اليوم التالي مباشرة وطلبوا منا مراجعتهم يوم الجمعة.

د. كريستوفر بوتشامب، استشاري جراحة تقويم العظام، مايو كلينك، أريزونا: بعد استكمال كل الاختبارات والفحوص وإجراء خزعة، كان التشخيص ساركوما غضروفية. وهو روم خبيث يصيب العظام في منطقة دقيقة وصعبة وهي تجويف مفصل الورك. الساركوما الغضروفية مشكلة جراحية بحتة. حيث لا يوجد لها أي علاج دوائي أو أي خيارات علاجية أخرى. وكان العلاج الجراحي لحالته هو استئصال مفصل الورك بالكامل، والمفصل الكروي الحقي. ولكن لحسن الحظ، لم يكن علينا استئصال أي عضلات مهمة حول الورك، ولكن ذلك يُمثل مشكلة صعبة بالنسبة لعمليات الترميم.

إسحق جارسيا: وكان هناك ثلاث خيارات، أحدها الإزالة دون وضع أي شيء مكان الجزء المزال. أي إزالة الحق الوركي ورأس العظم الفخذي دون وضع أي شيء مكانهما. يسمى ذلك الورك السائب. كان الخيار الثاني استخدام عظمة حوض مأخوذة من جثة متبرع. ومن ثم محاولة ملاءمتها على أمل أن تؤدي الوظيفة المطلوبة. ولم يؤيد الدكتور بوتشامب هذه الفكرة أيضًا. ورأى أن أفضل خيار هو وضع غرسة تيتانيوم مطبوعة بطابعة ثلاثية الأبعاد.

د. بوتشامب: أصبحت المعالجة اللاحقة لاستئصال مفصل الورك الهدف المنشود في مجال أورام العظام. يمكننا فعل ذلك بطريقة أفضل من ذي قبل. حيث يمكن إجراء الاستئصال، وطباعة النموذج، وتصميم الغرسة باستخدام التكنولوجيا المتاحة.

سارة جارسيا: حسنًا، خرج الدكتور بوتشامب ليخبرنا بنجاح العملية قائلا: "لقد نجحت نجاحًا مبهرًا". وأضاف، "لقد استأصلته بالكامل. هوامش الاستئصال خالية من الورم. لقد استأصلته بالكامل. لقد اختفى السرطان."

إسحق جارسيا: عدت لأنعم بحياتي وأمارسها بشكل طبيعي، بفضل مايو كلينك. تبدلت نظرتي تمامًا للأشياء الصغيرة التي يتعامل معها المرء عادة على أنها أمر مسلّم به، وأصبحت تعني لي الكثير الآن. أصبحت أُقدِّر حياتي بشكل مختلف.

سارة جارسيا: وأود أن أقول للدكتور بوتشامب، شكرًا جزيلاً. فقد كان له بالغ الأثر في حياة زوجي. وبالتالي في حياتي وحياة أبنائي. حصلنا على هذه النتائج الإيجابية بفضل استخدام هذه التكنولوجيا المذهلة التي لا تتوفر في كل الأماكن. لقد أدى عمله بإتقان. وأود أن أتوجه إليه بالشكر.

نهج معتمد على الفريق

فريق يَستخدِم مُجسَّمًا مطبوعًا ثلاثي الأبعاد للتحضير لإجراء جراحي الابتكار باستخدام مُجسَّمات تشريحية ثلاثية الأبعاد

يَستخدِم الجرَّاحون قدرات التصنيع المباشر عند الحاجة في مختبرات المُجسَّمات التشريحية ثلاثية الأبعاد في Mayo Clinic للتدريب على العمليات الجراحية بجانب غرفة العمليات.

في Mayo Clinic، وصلت كل التخصصات الطبية والجراحية تقريبًا إلى خدمات مختبرات النمذجة التشريحية والنماذج الثلاثية الأبعاد التي تنتجها واستفادت منها. تشمل هذه التخصصات طب الأنف والأذن والحنجرة للأطفال، وجراحة تقويم العظام، وجراحة الأورام، وجراحة القلب والأوعية. العمليات الجراحية التي أُثبِت أن النماذج التشريحية الثلاثية الأبعاد كانت مفيدة بها تشمل جراحة الرأس والعنق وإعادة بناء الوجه أو مجرى الهواء المعقَّدة وجراحة القلب وجراحة الرئة وإعادة بناء المفاصل وإزالة الورم.

تلعب هذه النماذج الثلاثية الأبعاد أيضًا دورًا مهمًّا في التعليم، ويستخدمها طلاب الطب والمقيمون والزملاء والجرَّاحون ذوو الخبرة في Mayo Clinic الذين يتعلَّمون الإجراءات الجديدة أو غير الشائعة.

الابتكار بالنمذجة الثلاثية الأبعاد

معامل النمذجة التشريحية:

  • تنتج أكثر من 6,000 نموذج
  • أنتجت أول نموذج لـ Mayo Clinic في عام 2006 لمساعدة فريق الجراحة في التخطيط لإجراء جراحةٍ معقَّدةٍ لفصل التوأم الملتصق
  • صممت نماذج أصبحت معيارًا للرعاية في استخدامات متعددة؛ منها عظام الفك، ولقد وجَّهت أكثر من 100 عملية إزالة لعظام الفك (استئصال الفك السفلي) و300 قلب

يحرز أطباء وعلماء ومهندسو Mayo Clinic باستمرار تقدُّمًا في دراسة وممارسة النمذجة الثلاثية الأبعاد في الجراحة.

البحث والابتكار

يُجري خبراء Mayo Clinic في النمذجة الثلاثية الأبعاد أبحاثًا لتطوير حلول جديدة لتحسين العلاج. اطَّلِع على قائمة المنشورات حول النمذجة التشريحية الثلاثية الأبعاد التي أصدرها باحثو Mayo Clinic على منصة PubMed؛ وهي خدمة تابعة للمكتبة الوطنية للطب.

انظر فريق الأطباء

16/02/2024