Міжнародна медтех компанія OVA solutions (рік заснування 2015 рік) спеціалізується на складній хірургічній робототехніці та іншому точному медичному обладнанні. В команді 59 фахівців, які за останні 8 років втілили в життя більше 150 проєктів. Офіси компанії - у Нью-Йорку, Таллінні, та Дніпрі.
Генералький директор компанії OVA solutions - Ліза Воронкова, випускниця першої групи стартап-школи Sikorsky Challenge:"Наш науково-дослідний офіс розташований в Україні, і з початком війни ми зосередилися на тому, що ми беремося лише за проекти, які справді важливі".
Проблема життя або смерті
На полі бою секунди мають значення. Коли солдат важко поранений і швидко втрачає кров, традиційний внутрішньовенний доступ часто стає неможливим. Вени руйнуються через крововтрату, поранення можуть зруйнувати доступні вени, або ж умови навколишнього середовища роблять пошук вени майже неможливим.
Саме тоді критично важливою стає внутрішньокісткова інфузія - процедура, під час якої медики роблять ін'єкції безпосередньо в кістковий мозок, щоб доставити життєво важливі рідини, ліки та препарати крові.
На відміну від вен, які руйнуються під час шоку, простір кісткового мозку залишається доступним навіть у найважчих випадках травми.
Але ось у чому виклик: ця навичка вимагає точності.
Медики повинні точно знати, куди вставити голку, з якою силою її ввести і як розпізнати, коли вони успішно дісталися до порожнини кісткового мозку. Без належної підготовки на реалістичних моделях медики ризикують:
- Пропустити правильне місце введення
- Прикласти занадто мало зусиль і не отримати доступ до кісткового мозку
- прикласти надмірну силу і завдати додаткової травми
- втратити дорогоцінні секунди в критичних ситуаціях, коли кожна мить має значення.
Чому цей проект важливий
Коли інструкторка 56-ї мотопіхотної бригади звернулася до OVA Solutions, її ситуація була жахливою. У неї був лише один тренажер для навчання десятків бойових медиків цьому важливому навику - і той розвалювався від надмірного використання.
«Під час моїх тренувань у нас була лише одна модель для відпрацювання вливання внутрішньовенних інфузій, - пояснила вона. «Він стає непридатним для використання, але нам потрібно терміново навчити більше медиків».
Комерційні альтернативи коштують близько 1300 доларів за штуку - непідйомна сума для військової частини, якій потрібно було одразу кілька тренажерів. Оскільки життя солдатів залежать від того, наскільки медики оволодіють цією навичкою, ставки не можуть бути вищими.
Процедура вливання особливо важлива в бойових умовах, де часто працюють медики:
- з тяжкопораненими пацієнтами
- в умовах поганого освітлення
- з критичними за часом пораненнями, коли стандартне внутрішньовенне вливання може зайняти занадто багато часу
- З пацієнтами з ампутованими кінцівками або масивними травмами.
Проблема реплікації кісток
Команда OVA Solutions отримала від інструктора справжні моделі кісток - зразки великогомілкової (кістки гомілки) та плечової (кістки плеча) кісток, які є основними місцями для введення внутрішньовенних крапельниць. Створення точних реплік було пов'язано з кількома технічними проблемами:
Анатомічна точність:
- Моделі повинні були точно відтворювати зовнішні орієнтири, які медики використовують для визначення точок введення
- Точність текстури:Поверхня повинна була відчуватися як справжня кістка під кінчиками пальців лікаря
- Симуляція опору:При введенні голки для внутрішньовенного вливання медики відчувають чіткий «хлопок», коли голка пробиває тверду зовнішню кортикальну кістку і потрапляє в м'який кістково-мозковий простір - це відчуття має вирішальне значення для того, щоб знати, що вони правильно встановили голку.
- Довговічність: Навчальні моделі будуть піддаватися багаторазовому введенню голок і повинні витримувати тривале використання
- Економічна ефективність: Рішення мало бути значно дешевшим за комерційні альтернативи
Процес 3D-сканування: Створення цифрових кісток
Першим кроком була фіксація кожної деталі зразків кісток. Використовуючи 3D-сканер Revopoint MetroX, команда ретельно відсканувала кожну кістку під різними кутами.
«Сканування було неймовірно детальним, але складним», - пояснив провідний технік.«Кістка має складну поверхню з крихітними порами і варіаціями текстури, які необхідно було зафіксувати. Ми повинні були ретельно розташувати сканер, щоб зафіксувати всі анатомічні орієнтири, якими користуватиметься лікар».
 |
Оригінальний зразок кістки, наданий військовими медичними інструкторами, слугує еталонною моделлю для створення доступних пристроїв для тренування навичок внутрішньокісткової інфузії
|
 |
| Крупним планом поперечний зріз кістки, що показує порожнисту кістковомозкову порожнину, яка повинна бути точно відтворена для навчання введенню внутрішньокісткової інфузії |
Сам процес сканування займав приблизно 30 хвилин на кожну кістку, при цьому кістки ретельно розміщувалися на платформі, що оберталася. Команда спостерігала за процесом сканування в режимі реального часу на підключеному комп'ютері, щоб переконатися, що вони захопили всі критичні поверхні.
Очищення цифрових моделей
Необроблені дані сканування не одразу можна використовувати для 3D-друку.
Команді потрібно було вдосконалити ці цифрові моделі за допомогою двох важливих етапів обробки:
Перший етап: Видалення цифрового «шуму»
Використовуючи програмне забезпечення Revo Scan5 MetroX, фахівці витрачали близько 30 хвилин на кожну модель, усуваючи розсіяні точки даних, які не відображали реальну поверхню кістки.Ці артефакти з'являються під час сканування у вигляді плаваючих точок навколо реальної моделі - як цифрова статика, яку потрібно відфільтрувати.
«Коли ви вперше скануєте об'єкт, ви отримуєте модель кістки, а також випадкові точки, що плавають навколо неї, - пояснив технік. «Ми повинні були очистити їх, будучи надзвичайно обережними, щоб не видалити жодної анатомічної деталі, на яку покладаються медики».
Зображення до і після показують разючу різницю - перетворення синього скану з розкиданими точками на чисту, чітко окреслену модель кістки.
 |
| Необроблені дані 3D-сканування, що показують цифрові артефакти та «шум», які потрібно було очистити, перш ніж модель можна було використовувати для друку |
 |
| Після цифрового очищення та оптимізації повністю оброблена 3D-модель, готова до 3D-друку |
Другий етап: Виправлення дірок і недосконалостей
Далі, використовуючи Autodesk Meshmixer, команда витрачала приблизно по одній годині на кожну модель, щоб вирішити більш тонкі проблеми:
- Заповнення крихітних отворів у сітці, де дані сканування були неповними
- Згладжування шорстких ділянок зі збереженням анатомічної текстури
- Забезпечення «водонепроникності» моделей (повністю закритих цифрових об'єктів) для належного 3D-друку.
«Цей етап вимагав ретельного балансу, - зазначає керівник проекту. «Занадто згладити - і ви втратите критично важливу текстуру, яку повинні відчувати медики. Недостатньо згладжуємо - виникають проблеми з друком. Ми постійно звірялися з оригінальними кістками, щоб забезпечити точність».
Перенесення цифрових кісток у фізичну реальність
Після завершення роботи над досконалими цифровими моделями команда дослідила дві різні технології 3D-друку:
SLA-друк (стереолітографія)
Ця технологія використовує рідку смолу, що затвердіває під дією світла, для створення надзвичайно деталізованих моделей:
- Ультратонкі шари 0,05 мм для максимальної деталізації
- 14-годинний час друку на одну кістку
- 40 г матеріалу на модель
- Виняткова деталізація поверхні
- Вища вартість матеріалу
Друк методом FDM (Fused Deposition Modeling)
Ця більш поширена технологія екструдує розплавлену пластмасу шарами:
- 0,2 мм шари (товщі, ніж SLA, але все ще деталізовані)
- 6-годинний час друку на одну кістку
- 73 г матеріалу на модель
- Більш доступні матеріали
- Трохи менше дрібних деталей, але напрочуд гарна симуляція текстури
Протестувавши обидва підходи, команда виявила, що хоча SLA забезпечує чудову візуальну деталізацію, FDM-моделі мають несподівану перевагу - їхні лінії шарів фактично створюють поверхневу текстуру, яка краще імітує відчуття волокнистості справжньої кістки при пальпації кінчиками пальців.
«FDM-відбитки були не просто функціональними - вони відчувалися як справжні кістки, коли медики пальцями визначали орієнтири, - пояснив керівник проєкту. Іноді технічні «обмеження» несподівано стають перевагами».
Випробування в реальних умовах та зворотній зв'язок
Справжнє випробування відбулося, коли бойові медики почали тренуватися з моделями. Їхні відгуки були у переважній більшості позитивними:
«На дотик вони напрочуд схожі на справжні», - сказав один досвідчений бойовий медик. «Опір при введенні голки для внутрішньовенної ін'єкції відповідає тому, що я відчував під час реальних польових процедур».
Інструктор, який замовив цей проєкт, зазначив: «Тепер ми можемо проводити тренування, де кожен медик має власну модель для тренування. Раніше їм доводилося по черзі працювати з нашою єдиною моделлю, яка швидко псувалася, що означало менше часу для практичних занять. Тепер вони можуть повторювати процедуру десятки разів, поки вона не стане м'язовою пам'яттю».
 |
| Порівняння різних моделей кісток, що демонструють численні анатомічні варіації для комплексного медичного навчання |
Основні переваги, які спостерігалися під час тренінгу:
- Медики могли практикувати визначення горбистості великогомілкової кістки та інших анатомічних орієнтирів на дотик
- Моделі забезпечували відповідний опір при введенні голки
- Надруковані кістки дозволяли тренуватися в умовах імітації низької освітленості
- Багаторазові практичні спроби не знизили ефективність моделей
 |
| Тестування пустотілого ядра кісткової моделі, щоб переконатися, що вона належним чином імітує порожнину кісткового мозку, на яку спрямовані внутрішньокісткові процедури |
Поза полем бою: Ширший вплив
Те, що починалося як терміновий проект з підтримки військово-медичної підготовки, знайшло ширше застосування:
- Трансформація витрат: Команда підрахувала, що кожна 3D-друкована модель коштує приблизно 1/30 ціни комерційних альтернатив, що робить можливим широке розповсюдження.
- Потенціал кастомізації: Цифрова природа моделей означає, що їх можна модифікувати для представлення різних сценаріїв пацієнтів - від педіатричних випадків до літніх пацієнтів з остеопорозом
- Географічний доступ: Віддалені медичні навчальні заклади можуть роздруковувати свої власні моделі, використовуючи цифрові файли, усуваючи затримки і витрати на доставку.
- Постійне вдосконалення: Кожна ітерація моделей може бути вдосконалена на основі зворотного зв'язку з користувачами, створюючи навчальний інструмент, що розвивається
Керівник проекту розмірковує: «Спочатку ми думали, що просто вирішуємо нагальну проблему для військових медиків. Але ми швидко зрозуміли, що цей підхід може революціонізувати аспекти доступності медичної підготовки в усьому світі, особливо в умовах обмежених ресурсів».
Від поля бою до операційної: Майбутні застосування
Після завершення проекту команда OVA Solutions визначила кілька перспективних застосувань:
- Розширена анатомічна бібліотека: Створення додаткових моделей кісток для інших медичних процедур
- Композитні моделі тканин: Розробка більш складних моделей, які включають кілька типів тканин (кістки, м'язи, кровоносні судини) для поглибленого хірургічного навчання
- Моделі для конкретного пацієнта: Використання того ж робочого процесу для створення індивідуальних моделей хірургічного планування на основі КТ-сканів пацієнта
- Обмін знаннями: Документування процесу для того, щоб інші організації могли повторити цей підхід для різних потреб медичної підготовки.
Просте рішення життєво важливої проблеми
Весь процес 3D-реплікації кістки - від початкового сканування до готового продукту - займав приблизно 12-16 годин на модель. Цей відносно простий робочий процес дозволив створити навчальні інструменти, які допоможуть підготувати бойових медиків до виконання процедури, що безпосередньо рятує життя на полі бою.
«Коли поранений солдат перебуває у шоковому стані з розірваними венами, здатність швидко і правильно зробити внутрішньовенну ін'єкцію часто є різницею між життям і смертю, - підкреслив військовий медичний інструктор. «Ці моделі гарантують, що наші медики розвинуть м'язову пам'ять та впевненість, щоб діяти у найгірших умовах».
Проєкт OVA Solutions демонструє, як відносно прості технології, вдумливо застосовані для вирішення критично важливих проблем, можуть мати масштабні наслідки.
Створивши доступні, анатомічно точні моделі кісток, вони допомогли забезпечити більшу кількість бойових медиків навичками, необхідними для порятунку життів, коли кожна секунда на рахунку.
Джерело - linkedin.com/pulse/
Коментарі
Дописати коментар