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.

استشراف المستقبل: إحداث نقلة في عالم الجراحة بفضل التكنولوجيا

[عزف موسيقى – صوت آلة طابعة]

جونثان إم موريس، دكتور في الطب، المدير الطبي لوحدة النمذجة الآلية، مايو كلينك: عادةً ما يسمعني مَن حولي أقول "الصورة بألف كلمة، والنموذج بألف صورة".

[عزف موسيقي]

إنتاج مايو كلينك

بالتعاون مع شركة Moxie Pictures

السعي نحو الممكن

استشراف المستقبل:

[عزف موسيقى – صوت آلة طابعة]

هذه الكلمات تلخص جوهر ثورة طبية محورها الأساسي المريض. لقد غيرت الطباعة ثلاثية الأبعاد ما يمكننا فعله للمرضى وكيفية ذلك. وفتحت آفاقًا جديدة للعلاج لم تكن متاحة من قبل.

دخلت هذه التقنية المجال الطبي منذ نحو 20 عامًا.

2006

كانت قصة التوائم الملتصقة الشرارة الأولى التي أضاءت لنا درب الطباعة ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي. فتاتان صغيرتان يلتصق جسداهما من البطن والصدر، وضعتا الجراحين واختصاصيي الأشعة أمام تحدٍ كبير لفهم تفاصيل تشريحهن الدقيقة من أجل فصلهما، وكان السؤال الملح: هل تتشارك الصغيرتان الكبد؟ أم الأمعاء؟

وفي غمار هذا التحدي، لمعت فكرة مبتكرة في عقول أحد الجراحين: ماذا لو صنعنا نسخة مادية من كبدهما؟ وتساءلوا قائلين لمَ لا نطبعه باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد؟ كانت البداية متواضعة، فالنموذج الأول الذي حصلنا عليه من مصدر خارجي لم يكن يشبه الكبد كثيرًا. لكن هذا لم يوهن من عزيمتنا، بل دفعنا للتعاون مع قسم الهندسة لابتكار نماذج أولية أكثر دقة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. وللمرة الأولى في تاريخ الطب، تمكن فريق من الجراحين من حمل نسخة طبق الأصل من كبد المريض بين أيديهم خارج الجسم. صار هذا النموذج حديث الساعة بين الجراحين من مختلف التخصصات. فبدلاً من الاعتماد على صور ثنائية الأبعاد، أصبح بإمكانهم مناقشة خطط العمل وهم يفحصون نموذجًا مجسمًا، الأمر الذي فتح آفاقًا جديدة في التخطيط للعمليات المعقدة.

رسالتنا الأساسية تقديم أعلى مستويات الرعاية الطبية. وقد وجدنا في الطباعة ثلاثية الأبعاد ضالتنا لحل المشكلات الطبية المعقدة التي يأتي بها المرضى. لقد كان ذلك الكبد المطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد أشبه بحجر الأساس لما وصلنا إليه اليوم.

إيريك جيه مور، دكتور في الطب، جرّاح الرأس والرقبة، رئيس قسم الأذن والأنف والحنجرة، مايو كلينك: كان مختبر الطباعة ثلاثية الأبعاد عبارة عن غرفة واحدة تَسَع خزانة. أما الآن فيشغل هذا الطابق السادس المذهل في المستشفى. إنه لأمر يكاد يفوق الخيال. فعندما تدخل المختبر، تجد نماذج كاملة للصدر مع القلب وجميع الأوعية الدموية تُنتج بدقة متناهية.

باسل أ. شرف، دكتور في الطب، جرّاح أسنان، جرّاح تجميل وترميم، مايو كلينك: نحن محظوظون بامتلاكنا أحد أفضل مرافق الطباعة ثلاثية الأبعاد في العالم التي نستخدمها في تقديم الرعاية. ويعني ذلك أنك تقدم هذه الرعاية إلى المريض في المستشفى. وهذا باعتقادي ما تنفرد به مايو كلينك.

بيتر إس روز، دكتور في الطب، جرّاح أورام وتقويم عظام، مايو كلينك: مختبر الطباعة ثلاثية الأبعاد مفتوح في المستشفى. لذا فهو ليس خارجه. بصفتي جرّاحًا، أجد نفسي أتردد عليه بين العمليات. وخلال جولاتي التفقدية.

الأطباء يستعرضون الفحوصات على الشاشة: كما ترون، يوجد ورم ضخم. هل يمكنكم ملاحظة مدى التصاق الأوعية الدموية بمقدمته؟ صحيح. تكمن المشكلة الأكبر بالنسبة إلينا من الناحية الجراحية في فصل جانبي الأوعية الدموية. ما الذي يكشفه النموذج عن علاقة الورم بالشريان الأورطي والوريد الأجوف؟

د. موريس: سيخضع 90% من المرضى في مايو كلينك لنوع من أنواع الفحص الإشعاعي. قد ينتج عن الفحص الواحد 13 ألف صورة، تغطي أربع مراحل مختلفة، مصورة الشرايين والأوردة والورم والحالب، وغير ذلك من المعلومات. سيتعين على أحد المهندسين تجزئة كل شريحة لإنتاج نموذج مطبوع ثلاثي الأبعاد. إننا ننتج حوالي ثلاثة آلاف نموذج سنويًا.

تؤدي كل غرفة من غرف الطابعات وظيفة مميزة. فهذه الطابعة تعتمد على المسحوق في عملها. كانت كل طبقة توضع طبقة تلو الأخرى، وتُضاف طبقة جديدة من المسحوق، ثم تنزل إلى الأسفل وتكرر العملية مرارًا وتكرارًا حتى تحصل على جسم ثلاثي الأبعاد. بينما تعمل هذه الطابعات بتقنية أخرى. يمكنك استخدام هذه الطابعات في بناء نموذج ثلاثي الأبعاد من خلال تخيل أن هذه الطابعة مسدس غراء ساخن يرسم دائرة تلو الأخرى.

وهذه تقنية طباعة أخرى. نستخدم هذه التقنية في الطباعة لإنتاج نماذج تشريحية ملونة بالكامل. وهي مفيدة بشكل خاص لإنشاء نماذج ملونة بالكامل ومفصلة ذات أجزاء صغيرة متعددة كتلك التي تحتوي على أوعية دموية صغيرة متعددة، على سبيل مثال أوعية الشريان الرئوي، أو لتطوير وحدات تدريبية كهذه الشجرة الرئوية المفصلة مع جميع العقد اللمفية المرتبطة بها.

تكمن غايتي في تخفيف معاناة المرضى. حيث تمكننا هذه التقنية من تقديم رعاية أفضل إلى عدد أكبر من الناس.

حوار بين الطبيب والفني: سيكون الأمر مذهلاً إذا استطعنا استئصال جزء خلفي من الجمجمة. أجل، لعرض الورم بصورة أوضح. هذا. نعم. كم أعجبني أنكِ استأصلتِ الفقرة الرقبية الأولى، حيث يتوافق ذلك مع النهج الذي نعتزم مناقشته مع المريض. وهذا أمرٌ مفيد للغاية.

ماريا بيريس سيلدا، دكتورة في الطب، حاصلة على الدكتوراه، جراحة أعصاب، مايو كلينك: يختلف كل ورم عن الآخر. فهذا الورم، على سبيل المثال، يقع في منتصف قاعدة الجمجمة. ما يجعل الوصول إليه مهمة صعبة. يمكن الوصول إليه من خلال الأنف. كما يمكن الوصول من الجانب أيضًا. كان من المهم اتخاذ القرار بشأن الطريقة الأنسب لحالة المريض. تمكنتُ من لمس الورم والتشريح المحيط به وتحسسهما بالحجم الطبيعي. لقد أحدثت هذه القدرة تحولاً كبيرًا في ممارستي الطبية.

ها هو النموذج ثلاثي الأبعاد. يمكنكم ملاحظة امتداد الأورام نحو مقدمة وجه المريض.

د. مور: تخطيطنا أفضل بكثير. حيث استبعدت النمذجة ثلاثية الأبعاد فكرة تقديم التخمينات تمامًا، ما جعل العملية أكثر دقة بكثير. كانت هذه العمليات تستغرق وقتًا طويلاً. حيث كنا نضطر إلى استئصال الورم، وتنظيف الحواف، وتصوُّر العيب الناتج، وقياس الثقب، واستئصال عظمة الشظية بأكملها وقطعها، ورؤية ما إذا كانت ستستقر في مكانها. بفضل هذه النمذجة الدقيقة، سيتولى أحدنا استئصال الورم، بينما سيتولى الآخر استئصال عظمة الشظية وقطعها في مكانها بينما لا تزال الساق والأوعية الدموية متصلة، بحيث تكون العظمة جاهزة للزراعة بمجرد استئصال الورم. ومن ثَم، يمكن للمريض قضاء ساعات أقل على طاولة العمليات وتلقي كمية أقل بكثير من السوائل الوريدية. وهذا يعني تعافيًا أسرع بكثير.

د بيريس سيلدا: كل نموذج عبارة عن حالة ما. لكنها ليست مجرد حالة. بل حياة مريض لديه عائلة. تُرى ماذا كان يساورهم من مخاوف وقلق؟

د. مور: د. مور: يساعدنا النموذج على تحديد موضع الورم بدقة. فهو أشبه بخريطة تفصيلية ثلاثية الأبعاد. تتيح هذه الدقة لي وللدكتور برايس قطع الأجزاء المطلوبة بدقة كبيرة.

حوار بين الطبيب والمريض: إذًا هذه هي الطريقة التي سنعيدها بها. نعم. حسنًا. هذه عظمة الساق التي سنقطعها ونثنيها لتشكيل عظمة الفك، ثم سنضع ثلاث غرسات هناك للحصول على أسنان جديدة. سنجعلك قادرًا على المضغ مرة أخرى. حسنًا، لكن تبدو تلك صفقة سيئة، ستقتلع سبعَ أسنان ثم تعيد إليَّ ثلاثًا فقط.

د. روز: يواجه المرضى شكوكًا هائلة بشأن حالاتهم، ما يؤدي إلى شعورهم بالقلق. العديد من المرضى المحالين إلينا لديهم أورام نادرة جدًا وقد لا يفهمون حالتهم بشكل كامل. إن القدرة على استخدام نموذج يعرض تشريحهم الدقيق يمكن أن يكون ذا قيمة لا تقدر بثمن لبناء الثقة والراحة في أثناء مضيهم قُدمًا في معالجة ورم نادر.

حوار بين الطبيب وأحد أفراد عائلة المريض: هل يمكنني رؤية النتيجة النهائية؟ بالطبع. نعم. هذه عظمة ساقه هناك. حسنًا. سنقطعها.

د. شرف: إن عرض صورة التصوير المقطعي المحوسب أو الرسم التخطيطي لهم لهو نهج متبع، غير أن استخدام النماذج المطبوعة ثلاثية الأبعاد يرتقي بالتواصل إلى مستوى جديد كليًا. حيث نستطيع أن نقول لهم: هذا ما سنفعله. وهذه العظام التي يتعيَّن علينا نقلها. وهذا التناسق الذي نسعى إلى تحقيقه. يعزز ذلك فهم المريض ووضوح رؤيته في ما يتعلق بإجراءات علاجه.

حوار بين الطبيب وأحد أفراد عائلة المريض: من المذهل أن نتمكن من رؤية هذا النموذج. أجل، أليس ذلك مدهشًا؟

د. إيه نويل لارسون، دكتورة في الطب، جراحة تقويم عظام، مايو كلينك: مرحبًا. كيف حالكِ أوليف؟ في كل مرة أدلف فيها إلى غرفة العيادة، ألقى عائلةً تنتظرني بأمل وافر أن أتمكن من مساعدة طفلهم. يبدو أن انحناء عمودِك الفقري قد ازداد قليلاً خلال الأشهر القليلة الماضية، لذا يسرني حقًا أننا حددنا موعدًا لمعالجة ذلك. إنه يتطور إلى نوعٍ من الجَنَف قد يسبب مشكلاتٍ في مراحل لاحقة من الحياة.

أُخبر مرضاي دومًا أن مايو كلينك تمتلك مجموعة متكاملة من الموارد، ما يتيح لنا الاستفادة من المعرفة والتقنيات والتكنولوجيا لإجراء عمليات جراحية قد تكون مستحيلةً في أماكن أخرى. لقد كانت مايو كلينك رائدةً على مستوى الولايات المتحدة في هذا المجال.

في أثناء وضعك تحت تأثير التخدير، سنُجري شقًا على ظهرك يمتد من الأعلى إلى الأسفل على هذا النحو. ثم نُزيح العضلات جانبًا ونثبت القضبان والبراغي على الظهر، ثم نوصل البراغي بالقضبان ونشد العمود الفقري ليأخذ وضعًا أكثر استقامة.

إننا نتعامل مع حالاتٍ فريدة، فلكل مريضٍ تشوهٌ قد يختلف عن كل طفلٍ آخر في العالم. لذا، فإن توفر نموذج مخصص أمرٌ بالغ الأهمية. في نهاية الإجراء، نعمد إلى تخشين سطح العظم، وهذه الخطوة تحاكي حدوث كسرٍ في العظم، ما يخدع الجسم. فيستجيب بإطلاق سلسلة متكاملة من عمليات التئام العظام. وهكذا، تلتحم جميع المناطق التي تغطيها القضبان بصفيحةٍ صلبةٍ من العظام.

د. روز: تساعد النمذجة ثلاثية الأبعاد بشكل كبير على إجراء العمليات الجراحية للأطفال. حيث تظهر كل فحوصات التصوير المقطعي المحوسب بنفس الحجم. لكن في الحياة الواقعية، يختلف تشريح الأطفال اختلافًا كبيرًا. وهنا يبرز دور النموذج ثلاثي الأبعاد المطبوع للطفل، إذ يقدم إليك تصورًا حقيقيًا للتشريح الذي ستتعامل معه.

د. موريس: مع توسُّعنا في تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد السريرية، أتانا الجراحون يطلبون أدوات محاكاة. ولكن تبين لنا أن هناك حدودًا لمستوى الدقة الذي يمكننا بلوغه. حينها أدركتُ حاجتنا إلى شخصٍ يمتلك مهارات صنع أدوات المؤثرات الخاصة في هذه الصناعة، ومتمرس في صب اليوريثان، وقولبة السيليكون، وطلائه، وصناعة القوالب من جسم حي. لم يكن هناك توصيف وظيفي لمهندس مؤثرات خاصة في مؤسسةٍ تضم 70 ألف موظف.

لكننا حظينا بانضمام كريستيان هانسون، الذي عمل سابقًا في صناعة المؤثرات الخاصة. ومنذ ذلك الحين، شرعنا في صنع هذه المحاكيات المصممة حسب الطلب.

كريستيان هانسون، مهندس محاكاة، مايو كلينك: لطالما كنتُ شغوفًا بالمؤثرات الخاصة والمكياج السينمائي منذ أيام المدرسة الثانوية. كما تعلم، انخرطتُ في عالم النحت. واقتنيتُ بعض الكتب لتعلم كيفية صنع الأقنعة والمكياج السينمائي وما شابه. كنت أمتلك جماجم بلاستيكية في صباي أتأملها بشغف. لقد كان قلبي معلقًا دومًا بعالم المكياج السينمائي. فهو ما أثار شغفي حقًا. في عملي، أسعى جاهدًا إلى إضفاء أقصى قدر من التفاصيل والواقعية. كما أحرص على تحسين محاكاة نوعية الأنسجة، ومظهر الدهون والعضلات باستمرار.

هذا النموذج مثال بارز على توظيفنا للطباعة ثلاثية الأبعاد بألوان كاملة والرسم الرقمي لمحاكاة السطح الواقعي للتجويف الصدري من الداخل. إنه مزيج بين الواقعية البصرية ومحاولة محاكاة حركة الأنسجة وملمسها. معظم هذا النهج ليس معتمدًا كطريقة موحدة لبناء النماذج، لذا فنحن نطلق العنان للإبداع في أثناء العمل.

د. موريس: هذا جلدٌ مصبوبٌ من السيليكون يستقر داخل قاعدة مطبوعة ثلاثية الأبعاد. الجزء الخارجي منه ما سيراه الجرّاح الممارس. سيُجمَع على هذا النحو، ثم يُوضع داخل ذلك التجويف. ما سيشاهده الجرّاح أن ذلك كله سيكون مغطى بالمناشف. ثم سيصل الجرّاح إلى التجويف الصدري وسيتعين عليه إيقاف النزف أو معالجة إصابات رئوية أخرى صممنا هذا النموذج من أجلها.

دانيال إل برايس، دكتور في الطب، جرّاح الرأس والرقبة، مايو كلينك: لدينا هنا أداة تدريب لخياطة وعاءين دمويين معًا. من الضروري أن نتقن هذه العملية بشكل مثالي عند إجرائها في غرفة العمليات. وأفضل طريقة لتحقيق ذلك هي اكتساب الكثير من الخبرة من خلال ممارسة هذه الإجراءات دون التعرض لأي خطورة.

د. مور: نحن ننفذ برنامج محاكاة سنويًا مع الأطباء المقيمين الجدد. سيتمرن الجرّاح ويتقن الجراحات ربما 100 مرة قبل أن يُجري تلك الجراحة فعليًا على جسم إنسان.

د. برايس: أمنح نفسي درجة متوسطة نظرًا إلى وجود انحناء طفيف هنا. أما أنت، فأمنحك درجة ممتازة بتفوق لتطابق أطوال الغرز تقريبًا.

نستعد لاستقبال مريض لديه ورم استبدل معظم فكه العلوي. سنستأصل الورم، ما يتطلب إزالة نصف الفك العلوي. وسنعيد بناء الجزء المفقود باستخدام عظم من الساق. سنشكله ليحاكي عظم الفك العلوي. لضمان تغذية العظم المنقول، سنربط الشريان القادم من الساق بشريان في الرقبة. تحاكي هذه الأداة التدريبية هذا الجزء، وهو أمر حاسم لنجاح الإجراء.

د بيريس سيلدا: أتوقع أن تصبح الطباعة ثلاثية الأبعاد أكثر شيوعًا. فذلك سيسهم في تقدم العلوم. خاصةً في مجال جراحة الأعصاب. سيثمر في تحقيق نتائج أفضل، وذلك مبتغانا جميعًا. نريد تحقيق أفضل النتائج لمرضانا.

حوار بين د. سيلدا والمريض: هذا النموذج الذي فحصناه قبل الجراحة، وهذا الورم الذي استأصلناه. يسهِّل هذا النموذج فهم الوضع بدقة. من الصعب تخيل الوضع بمجرد مشاهدة صورة الرنين المغناطيسي، لذا من المفيد حقًا رؤية ذلك. النموذج مثير للإعجاب لأنه سمح لنا بتصور كل شيء - موقع الورم وحجمه. أعتقد أنه ساعد على توضيح الصورة. إن رؤية النموذج جعل الوضع أكثر واقعية.

هذا الورم الذي رأيناه في النموذج. وبعد استئصال الورم، نلاحظ كيف توسع الحبل النخاعي وقاع الدماغ بشكل ملحوظ.

أشعر أنني بحالة جيدة، في الواقع، نعم، بشكل غير متوقع، بحالة جيدة جدًا. أنا في طريقي نحو التعافي، تخطيتُ أسوأ مرحلة بالتأكيد. وأعتقد أن استئصال الورم كان خطوة أساسية. والآن تبدأ مرحلة التعافي.

د. موريس: منذ تجربتنا مع التوأمين الملتصقين، يصعب تصديق حجم التقدم الذي أحرزناه والوقت الذي مرَّ. نشهد نموًا متسارعًا. في مرحلة ما، برزت الحاجة إلى توسيع نطاق عملنا، سواء من حيث المساحة أو القوى العاملة. لذا، أنشأنا مركزًا إضافيًا للطباعة ثلاثية الأبعاد في مدينة جاكسونفيل. لقد قمنا بتوسيع نطاق عملياتنا لتحسين تقديم الرعاية الطبية. اليوم نرى مناطق أخرى من البلاد تطبق التقنيات والممارسات نفسها التي نطبقها في روتشستر.

روبرت إيه. بولي، حاصل على الدكتوراه، اختصاصي فيزياء طبية، والمدير الفني لوحدة النمذجة التشريحية، مايو كلينك: هذه وحدة النمذجة التشريحية في مايو كلينك في ولاية فلوريدا. إننا نتعاون مع الأطباء والجراحين واختصاصيي الأشعة في المقر. هذه تقنية متطورة. وغير متوفرة في كثير من الأماكن على مستوى الولايات المتحدة.

كينجسلي أوه أبودي-إيمه، دكتور في الطب، جرّاح أعصاب، مايو كلينك: يمكنكِ رؤية مدى شدة حالة الجنف. لقد خضع هذا المريض سابقًا لجراحة دمج الفقرات. ولذا يمكنكِ رؤية هذا العظم الصلب الذي نما هنا. تدفعك القدرة على مشاهدة الأشياء التي لا يمكننا ملاحظتها بمجرد الاطلاع على التصوير التقليدي إلى التعامل مع حالات أكثر تعقيدًا. هذه التقنية أصبحت جزءًا من ممارساتنا اليومية.

جيفري جانوس، دكتور في الطب، جرّاح سرطان الرأس والرقبة، رئيس قسم الأذن والأنف والحنجرة، مايو كلينك: كلما تحسنت الخدمة المقدمة إلى المريض، تحسنت الرعاية المقدمة إليه، نتيجةً لهذه التقنية، بشكل لا يمكن قياسه. وعندما يتطرق الأمر إلى الطب الأكاديمي، لا بد أن نفكر في تخريج أجيال جديدة من الجراحين. ولذلك، لا تتعلق هذه التقنية بالطباعة ثلاثية الأبعاد فقط، بل تتعلق أيضًا بالتقييم ثلاثي الأبعاد والأدوات ثلاثية الأبعاد. توجد إمكانات هائلة للتعليم في الفضاء الافتراضي.

د. موريس: لذا يمنحك الواقع الافتراضي القدرة على التعامل في مساحات تعليمية. يمكننا إنشاء بيئات تحاكي المتاحف أو غرف العمليات. ما يتيح لجميع الأطباء التدرب على مجموعة متنوعة من الأساليب الجراحية. تتطلب جراحة أعصاب قاعدة الجمجمة منحنى تعلم حادًا. عادةً، إذا أردتَ التعلم من خبراء مثل د. ماريا بيريس سيلدا أو غيرها من جراحي قاعدة الجمجمة، فعليك أن تكون بالقرب منهم فعليًا.

نحن نعمل في مايو كلينك على تطوير بيئات غامرة لتسريع عملية التعلم.

د. مور: الطب والجراحة من الفنون التي تحتاج إلى تأهيل وممارسة متكررة. تخيل كيف يمكن تسريع هذه العملية التعليمية من خلال الممارسة الافتراضية المكثفة. وأعتقد أن هذا سيُحدث ثورة في أساليب تعليم الجراحة.

د. موريس: يقدم التصوير المقطعي المحوسب التقليدي صورًا للجسم شريحة تلو الأخرى. ما فعلناه هو دمج هذه الشرائح لإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد. هذا النموذج يمثلكِ. يُظهر الذراع والهيكل العظمي. وخلف الكتف، يمكنك رؤية المنطقة الخضراء التي تمثل موضع الورم.

د. شرف: يمثل الواقع الافتراضي والواقع المعزَز مستقبل الجراحة، وسيؤدي الذكاء الاصطناعي دورًا محوريًا في هذا المجال.

د. موريس: لدينا حالة لفتاة تبلغ 13 عامًا، مصابة بانحناء متفاقم في العمود الفقري يتسارع على مدار أربعة أشهر. في السابق، كان إنشاء نموذج لهذه الحالة يتطلب من الفني تلوين كل عظمة على حدة يدويًا. ولكن الآن، وبفضل هذه الخوارزمية القائمة على الذكاء الاصطناعي، فلا يقتصر الأمر على تحديد العظام فحسب، بل يتعدى ذلك إلى وسم كل عظمة تلقائيًا. أصبح الآن بإمكاننا تحويل الفحص إلى نموذج كهذا في غضون أربع دقائق تقريبًا. الخطوة التالية بعد تحديد العظام وتسريع عملية إنشاء النماذج ثلاثية الأبعاد ستكون تطبيق هذه الخوارزميات التنبؤية.

د. شرف: لنفترض أن شخصًا ما أصيب بكسر كامل في محجري العين. يمكن للذكاء الاصطناعي أن يخبرنا بما ينبغي أن تكون عليه الحالة. إنه أفضل وسيلة محاكاة تشريحية للكسر الذي نتعامل معه. حيث يمكننا طباعة نموذج ثلاثي الأبعاد له. قد يُحدث هذا التطور ثورة في عمليات إعادة بناء الوجه المعقدة.

د. روز: هل ستكون الخطوة التالية الطباعة الحيوية؟ هل سنتمكن من دمج المضادات الحيوية مع الغرسات بدلاً من الاكتفاء بالغرسات التقليدية؟ هل سنتمكن من دمج العلاج الكيميائي مع الغرسات؟ أعتقد أن هذه المجالات المتغيرة ستشكل حدود أبحاثنا المستقبلية.

د. موريس: لقد أصبحت هذه التقنية أداة أساسية لكل جرّاح، حيث مكَّنتهم من إنجاز إجراءات لم تكن ممكنة سابقًا. خلال العقد الماضي، كان جزء من مهمتي نشر الوعي بإمكانات الطباعة ثلاثية الأبعاد في الطب؛ إذ نعلم أن أغلب المرضى لن يتمكنوا من القدوم إلى هنا. وما لم نكن نمد يد العون للناس في شتى أنحاء العالم، فإننا لن نُحدث في حياة المرضى ذلك الأثر الذي نعتقد أن هذه التقنية قادرةٌ على إحداثه. في مايو كلينك، تأتي احتياجات المريض في المقام الأول. وهذه التقنية تدعم تحقيق ذلك بالفعل. إننا نسعى جاهدين لتحقيق ما هو أصلح للمريض. تصب كل جهودنا، سواء الجراحون، والأطباء، والتقنيون، والمبتكرون، في مصلحة المريض.

السعي نحو الممكن

اكتشف كيف نُحدث نقلة في مجال الرعاية الصحية في مايو كلينك.org/possible.

[عزف موسيقي]

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

14/11/2024