3D printing and medicine

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In modern conditions, the possibilities of using 3D printing in medicine are expanding, and it occupies about 11% of the global additive manufacturing market. At the Kirov Military Medical Academy and the ERA Military Innovation Technopolis, 3D printing is used for training, preoperative planning, the creation of splints, the manufacture of non-invasive functional products, and the creation of COVID-19 prevention aids.

In order to determine the prospects for development, foreign experience in the use of 3D printing in medicine has been studied over the past 5 years.

It is established that a register of clinical data on 3D printing is being created for training, 3D models are being printed to simulate tissue resistance during surgery. With the help of preoperative planning, Siamese twins are separated, doctors are trained in surgical operations on 3D models of elastic resin feet, cardiological models are used to predict the risk of complications during transcatheter implantation of an artificial aortic valve, as well as rehearsals of operations with congenital heart anomalies. Individual implants are manufactured for the lumbar and cervical spine, replacement of the damaged area of the chest and rib, finger phalanges, hip and knee replacements. As auxiliary products, individual surgical instruments for operations with low trauma, orthopedic insoles, elastic stents for the urethra and mesh stents of the trachea are created. New materials made of polyamide (PA11), polyesteresterketone, titanium alloys, absorbable polymer and biocompatible resin are offered for 3D printing. There are new 3D printing software and updates of existing ones. Personalized braces and aligners are printed in dentistry. With the help of 3D printing, individual multi-layered polytablets, smart tablets that release medicinal substances on command from a smartphone, children’s chewing tablets are created. For research purposes, the following devices have been printed: simulating cardiac tissue with sensors to track the effects of drugs and toxins; predicting the individual response of the biopsy tumor material to treatment; diagnosing some infectious diseases using a smartphone and a silicon microfluidic chip.

The use of 3D printing in medicine individualizes and improves the quality of medical care.

Full Text

##article.viewOnOriginalSite##

About the authors

Stepan A. Peleshok

Military Medical Academy

Author for correspondence.
Email: peleshokvma@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9460-8126
SPIN-code: 3657-9756
ResearcherId: L-3028-2016

M.D., D.Sc. (Medicine), Prof., Leading researcher, Science Research Center

Russian Federation, Saint Petersburg

Konstantin P. Golovko

Military Medical Academy

Email: labws@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1584-1748
SPIN-code: 2299-6153
ResearcherId: С-6865-2017

M.D., D.Sc. (Medicine), Head оf the Science Research Center

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Karyakin NN, Gorbatov RO. 3D print in medicine. Moscow: GEOTAR-Media Publisher; 2019. 240 p. (In Russ.)
  2. Bahraminasab M. Challenges on optimization of 3D-printed bone scaffolds. Biomed Eng Online. 2020;19(69):1–33. doi: 10.1186/s12938-020-00810-2
  3. Kushnarev SV, Shirshin AV. Creating three-dimensional physical models based on images of computer tomography (first experience). Russian Military Medical Academy Report. 2018;37(4):53–56. (In Russ.)
  4. Peleshok AS, Peleshok SA. Acute aortic syndrome: new technologies for diagnostics, treatment planning, and medical improvement. Russian Military Medical Academy Report. 2020;39(S3–5):121–126. (In Russ.)
  5. Khominets VV, Peleshok SA, Volov DA, et al. 3D printing technology in the treatment of patients with injuries and diseases of the forearm and brush. Bulletin of the Russian Military Medical Academy. 2020;1((69)):113–118. (In Russ.)
  6. Zheleznyak IS, Peleshok SA, Shirshin AV, et al. Using 3D printing technology for the prevention of a new coronavirus infection COVID-19. In: Sostoyaniye i perspektivy razvitiya nauki po napravleniyu “Biotekhnicheskiye sistemy i tekhnologii”. Collection of articles of the 2nd All-Russian Scientific and Technical Conference. Vоl. 1. Anapa; 2020. P. 7–14. (In Russ.)
  7. Lobanova MI, Ovchinnikov DV, Zheleznyak IS, et al. 3D-printing in medicine. Russian Military Medical Academy Report. 2019;38(4): 201–206. (In Russ.)
  8. Khominets VV, Kudyashev AL. The experience of the first outbound cycle “The principles of treatment of bone fractures in military medical organizations of the Ministry of Defense of the Russian Federation” on the basis of military innovation technopolis ERA. Military Medical Journal. 2019; 340(8):93–94. (In Russ.)
  9. Yesipov AV, Alekhnovich AV, Fokin YuN. Workshop on additive technologies in the 3rd Central Military Clinical Hospital named after A.A. Vishnevsky. Military Medical Journal. 2019;340(12):84–85. (In Russ.)
  10. Peleshok SA, Zheleznyak IS, Ovchinnikov DV, et al. Experience of applying additive technologies in military medical organizations and military innovation technopolis “ERA”. Bulletin of the Russian Military Medical Academy. 2019;(3(67)):126–132. (In Russ.)
  11. Martelli N, Serrano C, Pineau J, et al. Advantages and disadvantages of 3-dimensional printing in surgery: A systematic review. Surgery. 2016;159(6):1485–1500. doi: 10.1016/j.surg.2015.12.017
  12. Pucci JU, Christophe BR, Sisti JA, Connolly E.C. Three-dimensional printing: technologies, applications, and limitations in neurosurgery. Biotechnology Advances. 2017;35(5):521–529. doi: 10.1016/j.biotechadv.2017.05.007
  13. Tack P, Victor J, Gemmel P, Annemans L. 3D-printing techniques in a medical setting: a systematic literature review. Biomed Eng Online. 2016;15(1):115. doi: 10.1186/s12938-016-0236-4
  14. Li C, Cheung TF, Fan VC, et al. Applications of Three-Dimensional Printing in Surgery. Surg Innov. 2017;24(1):82–88. doi: 10.1177/1553350616681889
  15. Crafts TD, Ellsperman SE, Wannemuehler TJ, et al. Three-Dimensional Printing and Its Applications in Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery. Otolaryngol Head Neck Surg. 2017;156(6):999–1010. doi: 10.1177/0194599816678372
  16. Ganguli A, Pagan-Diaz GJ, Grant L, et al. 3D printing for preoperative planning and surgical training: a review. Biomed Microdevices. 2018;20(3):65. doi: 10.1007/s10544-018-0301-9
  17. Lazar HL. Three-dimensional printing in cardiac surgery: Enhanced imagery results in enhanced outcomes. J Card Surg. 2018;33(1):28.
  18. Kaye R, Goldstein T, Zeltsman D, et al. Three dimensional printing: A review on the utility within medicine and otolaryngology. Int J Pediatr Otorhinolaryngol. 2016;89:145–148. doi: 10.1016/j.ijporl.2016.08.007
  19. Louvrier A, Marty P, Barrabé A, et al. How useful is 3D printing in maxillofacial surgery? J Stomatol Oral Maxillofac Surg. 2017;118(4):206–212. doi: 10.1016/j.jormas.2017.07.002
  20. Wilcox B, Mobbs RJ, Wu AM, Phan K. Systematic review of 3D printing in spinal surgery: the current state of play. J Spine Surg. 2017;3(3):433–443.
  21. Papagelopoulos P, Savvidou O, Koutsouradis P, et al. Three-dimensional Technologies in Orthopedics. Orthopedics. 2018;41:12–20. doi: 10.3928/01477447-20180109-04
  22. Javaid M, Haleem A. Additive manufacturing applications in orthopaedics: A review. J Clin Orthop Trauma. 2018;9(3):202–206. doi: 10.1016/j.jcot.2018.04.008
  23. Vaishya R, Vijay V, Vaish A, Agarwal AK. Threedimensional printing for complex orthopedic cases and trauma: A blessing. Apollo Med. 2018;15:51–54.
  24. Diment LE, Thompson MS, Bergmann JHM. Clinical efficacy and effectiveness of 3D printing: a systematic review. BMJ Open. 2017;7(12): e016891. doi: 10.1136/bmjopen-2017-01689
  25. Jacobs CA, Lin AY. A New Classification of Three-Dimensional Printing Technologies: Systematic Review of Three-Dimensional Printing for Patient-Specific Craniomaxillofacial Surgery. Plast Reconstr Surg. 2017;139(5):1211–1220. doi: 10.1097/PRS.0000000000003232
  26. Lal H, Patralekh MK. 3D printing and its applications in orthopaedic trauma: A technological marvel. J Clin Orthop Trauma. 2018;9(3):260–268. doi: 10.1016/j.jcot.2018.07.022
  27. Jamróz W, Szafraniec J, Kurek M, Jachowicz R. 3D Printing in Pharmaceutical and Medical Applications — Recent Achievements and Challenges. Pharm Res. 2018;35(9):176. doi: 10.1007/s11095-018-2454-x
  28. Goyanes A, Scarpa M, Kamlow M, et al. Patient acceptability of 3D printed medicines. Int J Pharm. 2017;530(1–2):71–78. doi: 10.1016/j.ijpharm.2017.07.064
  29. Konta АА, García-Piña M, Serrano DR. Personalised 3D Printed Medicines: Which Techniques and Polymers Are More Successful? Bioengineering (Basel). 2017;4(4):79. doi: 10.3390/bioengineering4040079
  30. Tack P, Victor J, Gemmel P, Annemans L. 3D-printing techniques in a medical setting: a systematic literature review. Biomed Eng Online. 2016;15(1):115. doi: 10.1186/s12938-016-0236-4
  31. Kim SJ, Cha YH, Lee KH, Kwon J-Y. Effect of personalized wrist orthosis for wrist pain with three-dimensional scanning and printing technique: A preliminary, randomized, controlled, open-label study. Prosthetics and Orthotics International, 2018;42(6):363 643. doi: 10.1177/0309364618785725
  32. Ballard DH, Trace AP, Ali S, et al. Clinical Applications of 3D Printing: Primer for Radiologist. Acad Radiologist. 2018;25(1):52–65. doi: 10.1016/j.acra2017.08.004
  33. Li N, Huang S, Zhang G, et al. Progress in additive manufacturing on new materials: a review. J Mater Sci Technol. 2019;35(2):242–269. doi: 10.1016/j.jmst.2018.09.002
  34. Liu Y. Rath B, Tingart M, Eschweiler J. Role of implants surface modification in osseointegration: A systematic review. J Biomed Mater Res. 2020;108(3):470–484. doi: 10.1002/jbm.a.36829
  35. Murr LE. Strategies for crating living, additively manufactured, open-cellular metal and alloy implants by promoting osseointegration, osteoinduction and vascularization: and overview. J Mater Sci Technol. 2019;35(2):231–241. doi: 10.1016/j.jmst.2018.09.003
  36. Ahangar P, Cooke ME, Weber M, Rosenzweig D. Current Biomedical Applications of 3D Printing and Additive Manufacturing. Appl Sci. 2019;9(8):1713. doi: 10.3390/app9081713
  37. Gong G, Ye J, Chi Y, et al. Research status of laser additive manufacturing for metal: a review. Journal of Materials Research and Technology. 2021;15:855–884.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2022 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».