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生物医学テクノロジー統合センター(CBMTI)

生体に匹敵するリアルなマルチマテリアル
3Dモデルで外科医をサポート

「人体組織を模倣したリアルな3D プリントモデルにより、より実環境に近い環境で外科手術のシミュレーションを実施できるようになりました」

— 生物医学テクノロジー統合センター
ユワラジ・クマール・バラクリシュナン氏

穿頭孔の穿孔

穿頭孔の穿孔

穿頭孔の穿孔

切開と穿頭孔の様子

生検アームの位置決め

生検アームの位置決め

生検アームと生検針を装着した生体モデル

生検アームと生検針を装着した生体モデル

医療革新を支える

マレーシアにあるマラヤ大学の学内企業(スピンオフ)、生物医学テクノロジー統合センター(CBMTI)は、政府や私立病院向けに特注の医用療インプラントを作成しています。さらに、同センターは、医療業界と緊密に連携して病院管理の向上と外科医の研修にも努めています。この両方のビジネスにとって、3D プリンティングは不可欠です。このセンターは、3Dプリントしたマスターモデルを使って常温圧縮技術でチタン製インプラントを成形します。また、革新的な訓練プログラムでは、特定患者の腫瘍にいたるまで、実際の人体の外観や手触りを模倣したマルチマテリアルによる精密な3Dプリントモデルを開発、活用しています。

センター開業当時、神経外科機材のプロを訓練する方法は、コンピュータシミュレーションと遺体しかありませんでした。CBMTIは、3D生体モデルが訓練強化に大いに役立つと考え、高品質なモデルを迅速に作成する手段として3Dプリンティングに興味を持ちました。同センターは当時、最初に導入した3Dプリンタで立体的に正確なモデルを作成することがきましたが、それはマルチマテリアルではなく単一のマテリアルによるものでした。人体の病変を忠実に模倣するため、CBMTIは、その後の過程において手作業で擬似軟組織を追加するのに1週間を要し、この後処理には、資金面、スタッフの労働面、時間とコストすべてにおいて大きな負荷がかかるものでした。

3Dプリンティング・テクノロジーの進化に伴い、CBMTIは、マルチマテリアル3D プリンティングで、実物に匹敵するモデルをより効率的に、しかもコストも効果的に作成できるとわかりました。Stratasys® の卓越した3Dプリンタには、17種類のマテリアルから任意のマテリアル1種類を選びモデルを作成できるObjet Eden 350™ 3D プリンタと、異なる種類のマテリアルを組み合わせることで100 種類以上のマテリアルを作り出し、複数のマテリアルを単一モデルとして再現できるObjet500 Connex™ 3Dプリンタがありました。

CBMTIは、この両方の3Dプリンタに投資しました。「Stratasys の3D プリンタを選んだのは、マルチマテリアルによる3Dプリントが可能だからです。プリント時の正確さとスピード、さらに使いやすさが、この3D プリンタを選んだ他の理由です。」と、ユワラジ・クマール・バラクリシュナン氏(CBMTI 事業主任)は述べています。

高品質・高生産のモデル

Stratasys 3D プリンタを活用することにより、同センターの生産能力は40% 向上しました。Eden 3Dプリンタは、治具やガイドなどの手術中に使用する機器に焦点をしぼり、手術計画のために使用されています。Connex 3Dプリンタでは、大学の研究プロジェクト向けにプロトタイプを作成したり、生体モデルを作成したりします。単一モデルに複数のマテリアルを同時造形することができるため、CBMTIは現在、表面だけでなく、人体の各器官のように内部まで手触りや密度の異なるモデルを作成することができます。

CT やMRI スキャンによる患者のデータをイメージデータに変換するプロセスから始まり、次に各部位にマテリアル特性を割り当てます。3D プリンタを活用し、このデータで空間的にも解剖学的にも正確な実物に匹敵するモデルを作成します。一般的に、2種類のベースマテリアルを様々な割合で組み合わせることにより、硬質材料、軟質材料とその中間材料など、一連の特性が付与することができます。

「Connex を活用して、皮膚、骨、硬膜、脳や腫瘍のような人体組織の層にした状態をモデルの内部に模倣して3D プリントし、手術のシミュレーションにそのモデルを使用します。できる限り忠実に、内視鏡神経外科処置をシミュレーションできるように流体力学のような他の特性も組入れています。流体力学での活用の場合は、大量出血をシミュレーションするために、さまざまな圧力で液体を入れたチューブを加えることもあります。」と、ユワラジ・クマール・バラクリシュナン氏は言います。

生体のようなリアルなモデルの造形が可能であることに加えて、センターでは実物大モデルが必要でない場合は、最終製品をイメージデータから直接作るプロセス「DDM(ダイレクト・デジタル・マニュファクチュアリング)」にも3D プリンタを活用しています。また、縮小版モデルを簡単に作成して簡易検証を行うことができるので、マテリアルを節約することもできます。

大きな革新

3Dプリンタの投資により、CBMTIの営業上の利益は大幅に増加しました。臨床医、迅速試作エンジニア、コンピュータープログラマーと電気エンジニアあわせて20 名のグループが、大学の研究向けのプロトタイプの作成、特注チタン製インプラントの開発、手術トレーニング向けの特注生体モデルの作成というビジネスの3 本柱で連携しています。これらは、3D プリンティングがベースとなっています。「この3D プリンタを使用し始めてから、我々のモデルに対する研究者の関心は大幅に上がりました」と、ユワラジ・クマール・バラクリシュナン氏は述べています。

「Stratasys 3D プリンタは『医療の革新』にとっての理想的な基盤となります。頭蓋インプラント用チタンプレートの成形しかできない状態から、実際の患者のイメージデータを用いて病変の特性を備えた生体モデルを作成することができるようになりました」と、述べています。

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