Beth Ripley løp nedover gangen mot kardiologen med et friskt hjerte i hendene.
Han viste den for ham, og tok den og begynte å snu den, inspisere og undersøke den. Kardiologen innså umiddelbart at måneders planlegging måtte kastes til side. Tilbake til tegnebrettet.
Det aktuelle hjertet var en 3D-modell i full størrelse av pasientens faktiske ticker, varm fra pressene ved Brigham og Women's Hospital i Boston, Massachusetts. Ripley, en radiolog, sammen med den behandlende radiologen Mike Steigner, hadde laget modellen for kardiologiteamet etter at digitale modeller hadde vist seg ineffektive for å visualisere den kirurgiske tilnærmingen. Når kardiologen fikk hendene på en mockup basert på dataene fra CT-skanningen, var problemet klart som dagen.
Bare ved å se på modellen, innså han at tilnærmingen til prosedyren trolig måtte endre seg fra en minimalt invasiv kateterisering til en fullverdig åpen hjerteoperasjon. Faktisk hadde teamet hans unnvunnet en potensiell komplikasjon som var uforutsigbar uten den fysiske modellen.
Ripley og Tatiana Kelil, en annen Brigham and Women's radiolog, er en del av en ny innsats kalt 3D Print For Health, startet bare for fem måneder siden. Det er et arbeid av kjærlighet, utført på fritiden i et forsøk på å stimulere til diskusjoner innen det biomedisinske 3D-trykkfellesskapet. De jobber også med flere kirurger og radiologer ved Brigham og Women's Hospital, for å studere hvordan detaljerte 3D-modeller av pasienters virkelige anatomier kan bidra til å redusere komplikasjoner fra kirurgi og behandling, og også forbedre pasientenes evne til å være sine egne beste talsmenn.
"Vi ønsket å bygge et sted for pasienter og forskere å dele ideer om hvordan vi best kan bruke 3D-utskrift i medisin, " sier Ripley. "I hendene på de rette menneskene kan det være et ekstremt kraftig verktøy."
3D-skanning av et hjerte (3D Print For Health) 
3D-skanning av hjerneslag (3D Print For Health) 
3D-skanning av en nyre (3D Print For Health) Teamet er motivert av pasientene sine, og ønsket om å gjøre en reell forskjell for dem. Noen ganger betyr det å hjelpe pasienten bedre å forstå sin sykdom eller patologi; noen ganger hjelper det en kirurg å utvikle et tett koreografert lek-for-lek for en kommende prosedyre.
"Vi spurte kirurger hva som holdt dem oppe om natten, " sier Kelil. “Trengte de hjelp til å visualisere pasientens anatomi eller formidle en prosedyre til en pasient? Vi ønsker ikke å skrive ut en modell bare fordi den kan skrives ut - den må ha verktøy. ”
Brigham and Women's er ikke den første medisinske institusjonen som brukte 3D-utskrift på denne måten. Bedrifter innen medisinsk forsyning bruker 3D-trykte anatomiske modeller for å designe bedre prototyper av enheter, inkludert hjerteklaffer og proteser; National Institutes of Health opprettholder en utveksling hvor modeller er fritt tilgjengelig for nedlasting. Det som gjør innsatsen til Brigham og Women's Hospital annerledes, er at de designer og kjører studier av hvordan trykte modeller fra før prosedyre utgjør en forskjell i å redusere operasjonstid og komplikasjoner.
Teamet fokuserer på to prosedyrer i forbindelse med andre leger ved Brigham og Women's Hospital - en minimalt invasiv erstatning av aortaklaffen og en robotassistert reseksjon av nyresvulster der hvert sekund teller etter at fartøyene er klemt fast. Å ha en 3D-modell av en pasients aorta før operasjonen lar leger velge en ventil som passer nøyaktig; for en nyre gir modellen kirurger bedre visualisering av tumorens plassering, og minimerer vevsskader fra redusert blodstrøm til organet under operasjonen.
"Med minimalt invasiv ventilbytte, får ikke intervensjonister åpne brystet og måle ventilen fysisk for å sikre at den passer, " sier Ripley. "For øyeblikket er den eneste måten å måle det på med et 2D-bilde, men selv med de beste bildene er det ikke alltid like lett."
I samarbeid med James Weaver og Ahmed Hosny, eksperter på høyoppløselig 3D-utskrift ved Harvard Universitys Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, undersøker teamet hvor nøyaktig de digitale dataene oversettes til fysiske modeller, samt hvordan de kan utnytte best mulig av eksisterende skanninger for å redusere pasientenes eksponering for unødvendig tilleggsstråling.
Tannleger har gjort det i mange år. Når du mister kronen på en tann, fabrikerer de en erstatning; noe mindre enn en perfekt passform kan skade de omkringliggende tennene og underliggende bein. Med 3D-utskrift ser teamet at personlig medisin tar fart i mainstream.
"Vi er virkelig interessert i å lage pasientspesifikke behandlinger, " sier Hosny. "Vi ønsker å lage den mest passende løsningen for deg, og ideelt sett betyr det å ta målinger, sende dem til en medisinsk utstyrsprodusent og få tilbake noe som passer perfekt for hver pasient."
Og gruppen mener at medisinske 3D-modeller har applikasjoner i vanlige plager, ikke bare for sjeldne eller kompliserte prosedyrer.
Beth Ripley (til venstre) og Tatiana Kelil (til høyre) forklarer prosessen med 3D-utskrift av anatomiske modeller for deltakere på National Maker Faire sist helg i Washington, DC (3D Print For Health) 
(3D-utskrift for helse) 
(3D-utskrift for helse) 
(3D-utskrift for helse) 
(3D-utskrift for helse) 
(3D-utskrift for helse) 
(3D-utskrift for helse) 
Kelil (helt til venstre) og Ripley (andre fra venstre) fikk selskap av lagkameratene James Weaver (andre fra høyre) og Ahmed Hosny (helt til høyre), fra Harvard Universitys Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering. (3D-utskrift for helse) De har laget en rekke modeller som viser effekter av “Top 10 Killers” for å demonstrere hvordan 3D-utskrift ville være nyttig for å nærme seg hjerte- og karsykdommer, kreft, KOLS, traumer, hjerneslag, Alzheimers, diabetes, lungebetennelse og influensa, nyresykdom og selvmord . På den nylige National Maker Faire i Washington, DC, freset deltakere rundt displayet og plukket opp hjerner og føtter og hjerter, mens Ripley, Kelil, Hosny og Weaver tok sving med å forklare prosessen med å produsere modeller og deres potensielle fordeler for helsevesenet.
Teamet håper deres innsats vil føre til pasientspesifikk behandling. Som et tilfelle henviser de til Steven Keating, en forsker ved MIT, som i 2014 fikk diagnosen en stor hjernesvulst. Keating var aktiv i arbeidet med Weaver og Hosny for å visualisere svulsten i 3D, mens kirurgen hans, Ennio Chiocca, ba dem om å trykke en spesialteksturert kopi.
3D-modellene var utrolig hjelpsomme med å hjelpe Keating til bedre å forstå omfanget av svulsten og ga kraftige visuelle hjelpemidler for å formidle diagnosen sin til familie, venner og medforskere. Hans erfaring har også bidratt til å bevisstgjøre publikum om utdanningskraften til biomedisinsk 3D-utskrift.
Ideelt sett ser gruppen for seg at en pasient kan ta skannedata til lege og ha en modell laget av det organet eller vevet - for enhver prosedyre. For øyeblikket dekker de fleste forsikringsplaner ikke kostnadene for å produsere modeller, men Kelil sier at hvis vi fortsetter å bevise verktøyene i diagnostisering, behandling og kostnadsreduksjon, kan det endre seg i nær fremtid. Hjertet Ripley produserte kostet rundt $ 200 i materialer og arbeidskraft.
I det minste, hvis en pasient er interessert i å skaffe en 3D-trykt modell, bør de be om de digitale bildene med en gang, råder Ripley. Disse bildene kan komme godt med på veien.
"Pasienter skal ha tilgang til sine egne data, " sier Kelil. "Det er deres egen anatomi."
Joseph Madsen, førsteamanuensis i nevrokirurgi ved Harvard Medical School og direktør for epilepsi-kirurgi-programmet ved Boston Children's Hospital, utnyttet også nylig en fysisk modell av pasientens hjerne han ville operere på. Han var i stand til å gjøre en tørr gjennomføring av operasjonen, som var en komplisert oppfølgingsprosedyre, på modellen.
"Vi er ikke helt der ennå for rutinemessig bruk i kirurgi, men vi må fortsette å jobbe med det hver dag, " sier Madsen. Han tror det vil ta litt tid før praksisen modnes.
Madsen har en spesiell forståelse av 3D-modelleringsverdenen: Som videregående lærer var hans aller første laboratorieveileder en informatstudent i datavitenskap i Utah som eksperimenterte med dataanimasjon. På det tidspunktet, på begynnelsen av 70-tallet, var dette en dyp ny bruk av datakraft, i en tid da datamaskiner fremdeles var langsomme behemoter. Nesten to tiår senere var Madsens rådgiver, Ed Catmull, grunnlegger Pixar Animation Studios.
"Ed hadde visjonen om 3D-objekter som kan brukes i underholdning, og det tok fremdeles 20 år mellom det og produksjonen av Toy Story, " sier Madsen. Det som er viktig er visjonen for hvordan applikasjonen [3D-printing] skal gjøres. Det er hva du gjør med det, hvordan du manipulerer det. Jeg er veldig tilhenger av utvidelsen av teknologien, men det vil kreve mye virkelig gjennomtenkt evaluering og nytte av kirurger. ”
