辐射肿瘤中的3D印刷:我们现在在哪里?

由詹姆斯罗布尔写

在这次采访中,詹姆斯·罗布尔(Dalhousie大学; NS,Canada)讨论了辐射肿瘤学中的3D印刷的当前景观,并解释了这个空间在推动创新方面的合作如何推动创新。

詹姆斯罗马尔詹姆斯罗布尔博士,FCCPM

新斯科舍省卫生管理局的医学物理主任; Dalhousie大学辐射肿瘤学教授(加拿大NS)

詹姆斯·罗布尔博士,FCCPM是Nova Scotia卫生当局的医学物理学主任,达尔豪斯大学辐射肿瘤学教授,无论是哈利法克斯(NS,加拿大)。 Robar博士将他的时间划分为临床实践和研究之间的时间,利益在放射肿瘤学中的图像引导技术,使用金纳米颗粒剂量增强和3D印刷技术的新应用。 Robar博士是30多个科学文章的作者,并拥有与推进最先进的放射治疗技术相关的多项持牌专利。他是Adaptiov Medical Technologies Inc.的联合创始人和董事会成员(Adaptiiv; NS,加拿大),它已经生产了世界上第一家采用3D印刷的FDA批准的软件解决方案,用于辐射肿瘤学部门。 Robar博士在不列颠哥伦比亚省大学(加拿大BC,加拿大),他在BC癌症局(加拿大BC)的临床物理学中的医学物理博士学位。他是一位加拿大医学院医学院,自2003年以来一直在新斯科舍省。


您能否简要描述您的作用以及您的工作涉及在医疗空间中的3D打印?

我是一个专门从事放射治疗领域(RT)的医学物理学,这是一种非侵入性治疗,用于超过50%的癌症患者的疾病。各种RT技术需要产生特定于患者的物理配件,必须制造成匹配患者的特定解剖结构。例如,一个 是在治疗浅表肿瘤时拟合到患者皮肤表面的大致组织等效材料层。推注的目的是允许辐射剂量在肿瘤位置施加到足够的水平。制造该附件的准确性是关键,因为无意中的气隙会导致辐射剂量递送中的误差。在开发3D打印临床解决方案之前,这些配件是通用的,通常是不合适的 - 或者通过精心手动方法制造,例如,蜡或模制的热塑性塑料制造,有限的过程,在精度,容易出错的情况下有限,资源密集且昂贵。在过去的3年中,我们在Dalhousie大学的团队已经获得了适用的IP,适用于Adaptiiv,并与他们的团队密切合作,以更准确,多功能和高效的3D打印解决方案。

Airwolf 3D Axiom 20 M打印机
如上所述是Airwolf 3D Axiom 20 M打印机,通过Adaptiv已完全验证,以与其3D打印软件解决方案一起使用。

首先吸引了你采用3D印刷技术的想法吗? 3D印刷有什么关键挑战帮助您克服了?

放射肿瘤学是一种充满活力的行业,用于医学中最复杂的治疗送货技术。例如,使用外部光束放射疗法使用a施用 临床线性加速器 (LINAC),约2.5亿美元的机器,可加速靠近光速的电子,然后产生成形,高能量X射线束,杀死毫米精度的癌细胞。在另一种方法中,高剂量率(HDR)表面近距离放射治疗,机器称为 Afterloader. 精确地在患者肿瘤内的预定义位置和持续时间内插入放射源,以产生从内部出局的辐射剂量分布。两种技术都由复杂的治疗计划软件(TPS)应用提供动力,允许基于个体患者的3D CT和MRI成像来精确预测三维辐射剂量分布。

直到几年前,这些令人印象深刻的技术经常与显着的低科技,手动方法相结合,患者设置和应用的应用。这不仅与剩余的技术套件不安,而且对患者也可能不和谐。

当3D打印成为2012年大约广泛访问的时候,我的研究团队旨在制作手动制造的配件,例如推注和通用的近距离放射治疗器,过时。

在这种情况下,3D打印的诱惑是三倍:提高准确性,提高效率和对患者更舒适和更舒适的体验。

临床线性加速器
上面了解的是外部光束放射疗法中使用的临床线性加速器。
3D印刷HDR表面近距离放射治疗器
如上所述是3D印刷的HDR表面近距表涂抹器,在AdaptioV软件中创建,具有定制的导管隧道直接印在结构中。

在放射肿瘤内调节3D印刷解决方案目前目前存在哪些挑战,您是否有任何建议来克服这些挑战?

出于充分原因,我们在RT进行规划和交付中雇用的软件解决方案需要监管许可,并且用于在RT中设计和生产3D患者配件的软件也不例外。这包括例如欧洲的CE标志许可,美国的FDA 510(k)批准。虽然监管过程可能是对渴望创新的小公司的时间和资源,但监管步骤既是强制性的,也是我们的领域的强制性和有价值。替代,例如,使用非医疗,通用CAD或网格处理软件来设计患者设备的医学物理学家涉及许多无关的变量,需要从业者通常不拥有的技能和培训,并且尚未严格评估RT应用的语境。

在开发其第一个产品时,采用的方法是务实的:从材料的角度来看,简单地放置在皮肤上的3D印刷设备的监管要求苛刻的要求较小,例如,例如,在体内的空腔中放置在空腔中。因此,光子和调制的电子推注溶液不仅有所要求,而且是自然的第一选择。即便如此,法规要求需要全面的质量管理计划和数千小时的时间来识别和测试能够满足RT诊所的安全性和可靠性要求的软件和打印解决方案。既然已经为光子推注发出了清关,电子推注和表面近距离放射治疗器,Adaptiiv正在建立这种经验和投资组合,对RT领域的腔内近距离放射治疗器和其他设备进行间隙,与该部门的国际思想领导人合作。

3D打印仍然存在哪些限制,您希望看到何种内容以克服它们?

FDM和SLA 3D打印的速度仍然是一个限制,尽管在大多数情况下,3D打印仍然比手动制造复杂设备的3D打印更有效。可以预期花1-12小时打印典型的RT设备,具体取决于音量。幸运的是,这次是抵消了这样的事实:如果需要,可以在单个批处理中打印多个设备,并且打印过程不需要用户交互,因此操作成本保持最小。此外,对于大多数应用,与许多其他3D打印任务相比,打印的空间分辨率不是严格的要求,因此通常优选大直径FDM挤出机和较大的层高度。这提供了效率优势:例如,使用1.2 mm直径喷嘴而不是0.5 mm直径喷嘴,可以将打印时间减少三倍。

在生产“自适应”患者配件的背景下,高效的3D打印尤其至关重要。众所周知,由于减肥,肿瘤回归或水肿,患者解剖学可能会在多日分级治疗方案的过程中改变。幸运的是,我们的LinaC平台可以获得患者的每日3D锥形光束CT图像,并且这些图像数据可用于生产与动态解剖结构保持速度的3D印刷设备。对于此应用程序,3D打印方法必须能够在小时内快速生产新设备。在术中放射治疗中的使用情况甚至更苛刻的情况甚至更苛刻,那里的3D印刷导纸或间隔物可能是宝贵的。这需要在几分钟内生产精确的设备。

最后,对于一系列RT应用,提供包含高密度金属的打印装置的选择是有用的,以便在组织当量患者装置附近结合辐射屏蔽。虽然存在金属注入的FDM丝,但这些不提供足够的密度来屏蔽MegVoLAGE光子或电子。虽然真正的金属印刷是可能的,但对于平均诊所,目前的技术需要更简单,更具成本效益。 Adaptiiv在这个方向创新,将来的解决方案即将到来。

您会说什么是推动医疗空间内的3D印刷技术的吸收?您如何说协作正在推动创新?

在我们的经验中,添加剂制造是两种情况下的选择技术:

  • 需要定制的制造,通常是作为一次性设备或
  •  其他制造技术简单地无能,劳动密集型或成本持久。

在医学中的应用范围内,通常是一个,并且两种情况都适用。我们专业化中的一个例子,其中两个标准适用于3D打印的近距离放射治疗器:该装置完全患者特异性,必须在设备的体积内包含复杂的隧道。当然,这种装置的生产无法通过其他方法可以实现,特别是在从业者手中的内部工具。

Adaptiv,在全球领先的研究设施合作,以改善我们目前的产品,并在放射治疗中开发新的创新处理方法。这些合作伙伴拥有第一手参与新产品和功能的开发,设计和测试。与我们的协作合作伙伴一起使用,我们目前拥有多达五个在我们的产品管道中开发的新模块。

Adaptiiv的HDR表面近距表模块
AdaptioV的HDR表面近距表模块允许用户快速和自信地创建特定于患者的涂抹器,与其他现有方法相比提供优异的剂量分布。

如果3D印刷技术继续受益于不同放射治疗策略的方法,癌症疗法将是什么样的,如3D印刷技术?

现在,未来和3D打印软件/硬件解决方案完全对齐,在医学中对个性化患者护理的广泛过渡。几年前,在室温的3D打印应用中的出版物专注于基本问题,如材料的放射性特性和可实现的印刷方法的准确性。现在有一个新兴的文献体,显示皮肤癌,乳腺癌和内部间隙和近距离放射治疗适应症的阳性临床结果。许多报告表明了准确性,效率和几项研究的增加,降低了医疗保健系统的成本和负担。

例如,令人兴奋的发展是在地平线上,扩大了3D印刷在近距离放射治疗中的作用。这将包括患者符合患者符合的间隙涂抹器,其根据预定的治疗计划准确地指导针。处理计划特定的3D印刷模板也可以用于定位针或涂抹器。这些解决方案需要额外的r&然而,D,并将采用适当的生物相容性特性和日常治疗级分之间的高温蒸汽灭菌能力进行专用材料。候选媒体存在已经存在,因此我预计该技术的有效临床采用将铰链在很大程度上符合有效的软件解决方案,这些解决方案与治疗规划顺利整合。

最后,我认为我们将看到3D打印围绕3D打印的有趣发展 体内 剂量测定,其是在治疗递送期间或仅在处理后递送到患者的放射剂量的测量。例如,Adaptiiv例如开发了用于在印刷袋中的巧妙的软件工具,该袋装占据小剂量计,例如光学刺激的发光剂量计(OSLD)。然而,未来的创新可能涉及辐射敏感材料的3D打印,使得患者装置成为 体内 测量工具。这可能是未来3DMEDNET文章的有趣主题(保持调整!)。

丸
使用Adaptiov的3D打印软件解决方案,用户可以直接在推注中自动创建和打印剂量计口袋以进行实时剂量测量。

自从你 以前的编辑为3dmednet (于2016年6月发布),3D印刷如何作为放射治疗技术进行的技术?我们现在在哪里?

在过去的3年中,我们的领域,3D打印从RT中的探索性努力移动,使用专用的软件工具将临床工作流程中的临床工作流程。虽然早期努力采用通用CAD,网格处理或SLICER软件应用程序的对象设计,但这些工具没有提供简化的过程。许多诊所现在正在利用RT特定的软件应用程序,从而减少设计步骤从数小时内所需的时间即可到几分钟。除了使过程有效的过程之外,可能需要部署专用软件应用程序,因为除非在研究协议中另有批准,否则必须使用规范清除软件。

3D打印直接的长期手动方法,此过渡可能需要时间。但是,已经很多诊所现在正在关闭他们的“模具房” - 历史上居住的巴黎,蜡和可模塑热塑性塑料膏药的宝贵房地产;这些资源被智能软件解决方案驱动的一个或两个紧凑的3D打印机更换。虽然模具室辐射治疗师使用用于迭代雕刻在蜡中,但它们现在负责3D打印技术,并且能够促进这种过渡。以前的试验和错误过程已成为系统,软件驱动,从而为患者提供更统一的结果。 3D打印机本身已经变得更加可靠,至少对于我们的应用,近年来已经变得更快。

最后,我认为我们将看到相应设计的3D打印介质的开发,以满足RT场的特定需求。例如,许多外梁RT处理中的不幸但必要的步骤是使用刚性掩模的患者的固定。状态 - QUO工作流程涉及在热水浴中加热热塑性网,直至其柔软,然后在患者的头部和颈部形成热和湿网。从业者知道,尽管患者容忍这种过程,但它可能是极度令人不愉快和幽闭恐惧症的诱导。 Adaptiiv正在与固定系统制造商合作,通过自动打印过程更换该过程,即使没有患者存在,即使没有患者也可以以自动的方式完成。此外,Adaptiv是繁忙的工程特定的低密度,但刚性介质应该用于最小化由标准掩模材料造成的无意中覆盖引起的毒性。因此,该过程变得更有效,更耐心友好,并且可能有助于减轻治疗的急性毒性。

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