3Dプリント、モーション

2023 年 6 月 5 日

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アリッサ・シェヒンガー著、テキサスA&M大学

獣医師の診察室に入ると、毛むくじゃらの友達の写真、解剖図、医師がペットについてメモを取るコンピューターが表示されることを期待します。 ケイト・バーンズ博士のオフィスに入ると、これらすべてが 3D プリンターの未来的なタッチで見られます。

テキサス A&M 大学獣医学部・生物医学科学部 (VMBS) の臨床准教授で、小動物の整形外科を専門とするバーンズ氏は、VMBS の小動物指導病院 (SATH) で 3D を定義することで最先端の研究と臨床実践に専念しています。ヘルスケアにおける印刷の役割と、Gait Lab の一環として移動性評価技術を獣医学に導入しています。

Barnes のオフィスにある 3D プリンタを使用して生体適合性材料を印刷することで、VMBS は獣医学のさらなる発展の頂点に立つことになります。 人間の医療ではカスタムフィットの交換部品や医療機器を作成するために 3D モデルがより一般的ですが、獣医学では 3D プリントされたサージカル ガイドの使用はまだ開発段階にあるとバーンズ氏は述べました。

Barnes 氏が特に興味を持っているのは、手術の計画段階と実際の手術中の両方で、3D モデルを手術プロトコルに導入することに取り組んでいることです。

「3D プリンターを使っていくつかのことができます」と彼女は言いました。 「1 つは、3D ソフトウェアで骨を見て、仮想的な手術計画を立てることができることです。3D で見ると、手足や骨の一部を評価するのが少し簡単になります。また、実際にプリントアウトすることもできます。モデルを使用することで、手術計画の過程で変形や骨折を評価できるようになり、モデルを使用して手術を練習できるようになります。」

バーンズ氏と彼女のチームが、印刷された 3D モデルを使用して犬、場合によっては猫を治療する最も一般的な問題の 1 つは、四肢の角変形、つまり四肢が真っ直ぐではない状態です。 四肢の角張った変形は外傷や不適切な成長の結果である可能性があり、通常は動物の骨に切り込みを入れることで外科的に治療され、変形した四肢を正確に再調整することができます。

切断が正確かつ効率的であることを保証するために、SATH 整形外科医は、手術計画段階で特別なソフトウェアを使用して開発されたオーダーメイドのテンプレートである 3D サージカル ガイドを印刷できます。 ガイドが印刷されると、手術中にガイドが骨に取り付けられ、変形を修正するためにどこをどの角度で切断すべきかを外科医に正確に示します。

ガイドは、個々の患者の正確なサイズと形状に合わせてカスタマイズされるため、有益です。

「すべてがすでに計画されている場合、サージカルガイドを使用すると手術時間が短縮され、感染などのリスクが軽減されます」とバーンズ氏は述べた。 「（ガイドなしで）フリーハンドで手順を行う場合、精度が低くなる傾向も少しあります。

「つまり、ガイドは手術のタイミングを助け、手術の正確さを助け、犬の麻酔時間を短縮するのに役立ちます」と彼女は言いました。

3D プリンティングをより主流にするための現在の課題の 1 つは、独自のモデルやガイドの開発に関心を持つ獣医師が直面する高額な費用です。これには、ソフトウェア、プリンター、生体に安全に使用できる生体適合性材料のコストが含まれます。

幸いなことに、報酬が機器のコストを上回るため、これらのリソースは獣医患者に使用するためにテキサス A&M で利用可能であり、飼い主がアクセスできる価格で治療が提供されているとバーンズ氏は述べました。

3D プリントに加えて、バーンズ氏は SATH の他の研究者とともに、新しい歩行ラボで犬の運動能力の向上を支援しています。 Barnes 氏の Gait Lab での仕事は、研究を推進し、動作追跡技術を医療現場に導入するという点でユニークです。

VMBS は数少ない獣医学部の 1 つであり、SATH はこのテクノロジーを利用できる唯一の獣医診療所の 1 つであり、2 つの異なる種類の評価を実行します。

1 つ目は運動学的評価と呼ばれるもので、VMBS の研究者は小さな反射ボールを使用して関節や四肢の動きを調べることができます。 Barnes 氏は、現在研究目的でのみ使用されているこのテクノロジーを、映画で CGI 効果を作成するために使用されているテクノロジーと比較します。

「これも同じ種類のテクノロジーです」と彼女は言った。 「犬が歩くときに小さな反射ボールを付けることができます。また、犬の動きを捕捉するカメラを備えているので、それを分析できます。」

2 番目のタイプの評価は運動評価と呼ばれ、プレートを使用して犬の各脚にどれだけの体重がかかっているかを測定します。 VMBS の臨床医は、SATH の整形外科患者と多くの研究プロジェクトの両方でこのツールを使用してきました。

Gait Lab で得られた結果により、研究者は犬の関節の動きを監視したり、微妙な跛行を検出したりすることもできます。 犬が痛みのために片足を優先している場合、バーンズ氏と彼女のチームは新しいテクノロジーを使用して、これをデータポイントで確認できるようになりました。

Gait Lab で収集されたデータにより、Barnes とその同僚の研究者は犬の動きを定量的に監視できるようになりました。 このテクノロジーを使用する前は、術後の移動データのほとんどは主観的なもので、研究者とペットの飼い主の視点に依存して犬の経過を監視していました。

「犬の回復中、飼い主や獣医師にはプラセボ効果が起こります」とバーンズ氏は語った。 「動物に治療を施すと、人々は動物が良くなっていると信じたがります。

「Gait Lab が優れているのは、犬が足にどれだけの体重をかけているかを客観的な数値で示してくれるからです。単に「見た目はかなり良いと思います」ということだけに頼る必要はありません。犬を長期的に追跡するのに役立ちます。私たちが彼らのために行ったことの影響を実際に伝えることができます」と彼女は言いました。

Gait Lab で患者に使用されている動態評価技術は通常民間の獣医診療所では利用できないため、テキサス A&M は患者がその利点を体験できる州内で唯一の場所の 1 つです。 そのため、SATH と Gait Lab で行われている研究は獣医学に大きな影響を与える可能性があります。

テキサス A&M は、バーンズ氏の 3D プリンティング研究や Gait Lab などの研究を強化することで、獣医学研究を未来に進め続けています。

これらの技術は獣医外科技術の観点からはまだ比較的新しいものであり、バーンズはその進歩にキャリアを捧げている数少ない開業医の一人です。

「人間の医学ではもう少し一般的になっています。獣医学でも利用できるようになりつつありますが、多くの場合、より時間がかかります」と彼女は言う。 「これを行っている大学は他にもありますが、それは間違いなくまだ発展途上のものです。」

バーンズはまた、彼女の知識と経験を学生に伝えることで、これらのテクノロジーが将来確実に成長するよう支援しています。

「四肢の角変形における 3D プリンティングについて講義を行っています」と彼女は言いました。 「生徒たちは通常、一緒にモデルを見て、ガイドがあればそれを見て、変形について、そしてそれを修正するために何をするかについて話し合います。」

バーンズ氏の研究と、テキサス A&M で検討されている研究および患者ケアにおける他の革新のおかげで、SATH は今後数年間に多くの画期的な進歩をもたらすでしょう。

バーンズさんはこの運動の先駆者としての支援を続けながら、興奮しながら未来に目を向けています。

「獣医学ではますます利用されているので、さらに利用する機会が得られることを期待しています」と彼女は語った。 「足が曲がった犬や病気を知っているなら、送ってください。喜んで会いに行きます。」

テキサスA&M大学提供