Создание синтетической кости бедра по снимку МРТ
Цель проекта: Создание снтетической копии кости человека с целью изучения возможности замены титановых имплантов на более точные копии близкие по своим свойствам к аутогенному импланту.
План:
- По снимкам МРТ создание компьютерной 3-D модели кости.
- Печать из пластика 3-D модели кости на 3-D принтере.
- Поиск биотехнологии позволяющей создать модель кости близкую по своим свойствам к аутогенному импланту.
Данной темой мы заинтересовались из недавнего доклада пекинского университета. Хирурги смогли напечатать на 3-D принтере модель одного из позвонков. Ранее у пациента была выявлена злокачественная опухоль спинного мозга. Следует отметить, что данная операция производилась без закрепления имплантанта винтами и специальным цементом.
Мы решили сделать искусственный тазобедренный сустав, так как по статистике он ломается чаще всего у пожилых людей.
Для воплощения нашей идеи мы решили для начала создать 3-D модель. Для создания нам требовалась библиотека снимков кости с разных ракурсов, их мы смогли взять в больнице №___. Получив снимки, мы столкнулись с тем, что большинство программ не работают с файлами png и jpg. После долгих поисков нам посоветовали такую программу как «FiJi». Ее особенность состоит в том, что при загрузке в нее файлов есть возможность сразу начать обработку и размещение 3-D модели. После размещения и обработки мы настроили внутреннюю пористость кости, для дальнейшего заполнения. Для начала печати требовалась обработка в такой программе как «Mech Maker». В ней мы отделили нужную нам часть сустава. После чего мы начали размещать 3-D модель на поверхности принтера. Тут мы столкнулись с такой проблемой: для правильной печати нужна прямая поверхность, наша модель находилась под углом и нам пришлось ее двигать «на глаз» и это впоследствии привело к ошибке в печати. Дальнейшим нашим действием стало создание опор для печати, так как обычный 3-D принтер не может печатать под большим углом, а у сустава есть такое место. При выполнении этого действия главное учитывать, что тонкие опоры или малое их количество грозит падением во время печати, однако большое количество и большая толщина крайне трудно очищаются. Полученную работу важно сохранять в .stl файле (самый распространенный формат для 3-D моделей)
После выполнения всей технической части мы приступили к печати. Полученный файл мы выгрузили в 3-D принтер и запустили печать. Принтер выдал нам, что наша модель будет готовиться 8 часов. Материалом в таких принтерах являются катушки со специальным пластиком. Он плавится в специальной печи внутри принтера. Саму модель он наносит слоями на специальный столик внутри принтера. После 8-ми часов работы он выдал готовую модель кости, которая отличается особой точностью всех неровностей поверхности, в отличии от титанового импланта.
В будущем мы планируем заполнить каркас кости стволовыми клетками или специальным композитом, который не отторгался бы организмом.
Консультанты: Кандидат технических наук сотрудник университета Разумовского Кокорев Борис Сергеевич, учитель биологии ГБОУ Школа № 199 Кокорева Надежда Васильевна, Сотрудник Государственного Дарвиновского музея Савин Роман, заведующий ЦМИТ Бионик-лаб Диордица Александр.
