Artykuły Case studies Sukcesy klientów

Skanowanie 3D, inżynieria odwrotna, druk 3D – wykorzystanie technologii 3D w edukacji medycznej

Iwona Gasińska 24 lutego 2025

Home > Artykuły > Skanowanie 3D, inżynieria odwrotna, druk 3D – wykorzystanie technologii 3D w edukacji medycznej

Wstęp

Technologia 3D coraz częściej znajduje zastosowanie w medycynie, wspierając diagnostykę oraz edukację przyszłych lekarzy. Dzięki realistycznym pomocom naukowym, lekarze mogą stawiać dokładniejsze diagnozy, a precyzyjne szablony chirurgiczne ułatwiają przeprowadzanie skomplikowanych zabiegów.

Warsztaty kardiologiczne, które odbyły się w grudniu 2024 roku w Zabrzu, były doskonałym przykładem tego, jak technologia 3D może pomóc w tworzeniu precyzyjnych narzędzi dydaktycznych. Jesteśmy dumni, że mogliśmy uczestniczyć w tym projekcie, dostarczając niezbędne rozwiązania w zakresie skanowania 3D i modelowania zastawki serca. Poniższe studium przypadku opisuje przebieg współpracy, wyzwania oraz zastosowane rozwiązania.

O wydarzeniu

W dniach 4-5 grudnia 2024 roku w Zabrzu odbyły się warsztaty pt. “Podstawy implantacji układów stymulujących serce i wszczepialnych kardiowerterów – defibrylatorów” oraz towarzyszące im „Szycie na tkankach odzwierzęcych”.

Organizatorami wydarzenia były instytucje: Centrum Symulacji Medycznej i Innowacji Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, Instytut Fizjologii i Żywienia Zwierząt im. Jana Kielanowskiego PAN (IFZZ PAN), a także partnerzy, tacy jak VPI Polska, CADXPERT, stowarzyszenie IFMSA oraz Katedra i Klinika Kardiochirurgii, Transplantologii, Chirurgii Naczyniowej i Endowaskularnej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego.

Na wydarzenie zapisało się ponad 200 uczestników, w tym studentów, lekarzy oraz rezydentów z ośrodków zajmujących się kardiologią, kardiochirurgią i analizą hemostazy.

Cel i wyzwania projektu

Jednym z najważniejszych aspektów warsztatów była potrzeba dostarczenia autentycznych modeli zastawek, które odzwierciedlałyby właściwości materiałów wykorzystywanych w rzeczywistej praktyce kardiochirurgicznej. Kluczowe wymagania to m.in.:

Precyzyjne odwzorowanie rozmiarów modeli i ich struktury, co miało kluczowe znaczenie dla ich zastosowania na sercach świń, zapewniając zgodność z rzeczywistymi wymaganiami chirurgicznymi.
Giętkość, lepkość i plastyczność podczas stosowania narzędzi chirurgicznych.
Zachowanie wytrzymałości na napięcia nici chirurgicznych, zapewniająca bezproblemowe wszywanie.

Wyzwaniem było zapewnienie wysokiej dokładności odwzorowania zastawki serca, w tym precyzyjnego uchwycenia detali, takich jak krzywizny czy wypukłości. Ze względu na jej mały rozmiar, każdy, nawet najmniejszy detal, miał kluczowe znaczenie, ponieważ jego dokładność wpływała na funkcjonalność modeli oraz ich zdolność do wiernego odwzorowania warunków rzeczywistej procedury chirurgicznej. W dalszym etapie kluczowym elementem było dobranie odpowiedniej technologii druku 3D, która umożliwiłaby łączenie różnych materiałów w celu uzyskania właściwych właściwości mechanicznych zastawki, które mogły zostać przetestowane przez IFMSA.

Rozwiązanie

W ramach projektu zajęliśmy się digitalizacją i optymalizacją geometrii zastawki serca, co było kluczowym etapem przygotowania modeli do druku 3D. Proces obejmował:

Skanowanie 3D – model zastawki został zeskanowany przy użyciu skanera 3D Shining 3D Autoscan Inspect. Dzięki temu uzyskano cyfrową wersję obiektu z dokładnością do 0,05 mm.

Skany 3D zastawki

Modelowanie CAD – na podstawie skanu wykonaliśmy inżynierię odwrotną w oprogramowaniu Rhinoceros oraz wtyczki Mesh2Surface. Proces rekonstrukcji modelu CAD opierał się na analizie skanu zastawki przy zachowaniu dokładności na poziomie 0,05 mm. Kluczowym etapem było umiejscowienie skanu w odpowiednim układzie współrzędnych oraz optymalizacja kształtu poprzez modelowanie przy pomocy powierzchni NURBS. Dzięki tym technikom uzyskano wierne odzwierciedlenie struktury zastawki.

Model CAD zastawki

Analiza dokładności modelu CAD

Po przygotowaniu modelu cyfrowego, zastawki zostały wydrukowane w technologii PolyJet na drukarce Stratasys J5. Druk 3D został wykonany przez firmę CadXpert, która specjalizuje się w dostarczaniu zaawansowanych technologii addytywnych i wspiera projekty medyczne poprzez dostosowane rozwiązania druku. Ta metoda pozwoliła na:

Połączenie różnych materiałów, co umożliwiło uzyskanie zróżnicowanych właściwości mechanicznych (zakres Shore’a 55–95),
Wysoką precyzję druku do 18 mikronów,
Odtworzenie elastyczności przypominającej naturalne tkanki biologiczne.

Testy i dostosowanie. Pięć prototypów zostało ocenionych przez IFMSA. Dzięki technologii PolyJet udało się uzyskać modele o powierzchni i elastyczności przypominającej naturalne tkanki biologiczne, a do warsztatów wybrany został model o skali Shore’a 85A.

Rezultaty i wpływ na edukację medyczną

Warsztaty zakończyły się sukcesem, co potwierdzili zarówno organizatorzy, jak i uczestnicy. Wykonane zastawki umożliwiły studentom i lekarzom pracę na materiałach odzwierciedlających warunki rzeczywiste. Jak zauważyli uczestnicy:

„Pierwszy raz miałem okazję trzymać w rękach taki model zastawki. Już teraz mogłem czuć się jak na sali operacyjnej. To doświadczenie, które zbliża nas do realiów pracy chirurga.”
„Praca na tych modelach pozwoliła poczuć się pewniej przed przyszłymi wyzwaniami.”

Uczestnicy mieli także okazję zapoznać się z technologią 3D oraz jej potencjałem w medycynie. Była to także doskonała okazja do wymiany doświadczeń między specjalistami a studentami.

Wykorzystane technologie skanowania 3D i inżynierii odwrotnej po raz kolejny udowodniły, że mają istotny wpływ na rozwój medycyny i kształcenie przyszłych lekarzy. Organizatorzy podkreślili zgodnie, że współpraca między tak wieloma jednostkami przyczyniła się do wysokiego poziomu zabrzańskiego spotkania.

Wykorzystaj pełen potencjał swojej działalności z technologią skanowania 3D

Nasz zespół ekspertów z przyjemnością pomoże Ci znaleźć rozwiązania idealnie dopasowane do wymagań Twojej firmy. Skontaktuj się z nami abyśmy mogli zademonstrować Ci, jak technologia 3D może wesprzeć rozwój Twojego biznesu.