Využití 3D tisku v chirurgii jako inovativního přístupu v předoperační přípravě

Súhrn

Úvod: 3D tisk, koncept starý přes 40 let, nachází díky technologickému pokroku stále širší uplatnění v klinické praxi. Ve FN Ostrava je využíván k vytváření anatomických modelů konkrétních pacientů před chirurgickými výkony na základě dat ze zobrazovacích vyšetření. Kazuistiky: 3D tisk nachází uplatnění jako doplněk ke konvenčním zobrazovacím metodám s cílem zhotovit morfologicky přesné modely anatomických struktur konkrétních pacientů. Tyto modely slouží především pro předoperační přípravu v elektivní břišní, cévní a hrudní chirurgii. Využívají se rovněž při plánování osteosyntéz složitých zlomenin a korekčních osteotomií. Vícebarevný tisk, přestože zvyšuje časovou náročnost procesu, umožňuje lepší přehlednost a diferenciaci jednotlivých anatomických struktur v rámci jednoho modelu.

Diskuze: 3D modely poskytují lepší prostorovou orientaci a rozpoznání operovaných struktur než 2D obrazy, což přispívá k lepším výsledkům zákroků. Jejich přínos je potvrzen studiemi napříč obory, od kardiochirurgie po traumatologii.

Závěr: Po odstranění počátečních překážek se 3D tisk stal spolehlivou součástí arzenálu Chirurgické kliniky FN Ostrava pro elektivní chirurgii. I když 3D tisk nepředstavuje univerzální odpověď na všechny výzvy, kterým v medicíně čelíme, jeho role je v řadě indikovaných případů velmi přínosná a perspektivní.

Klíčová slova:

personalizovaná medicína – 3D tisk – předoperační plánování – zobrazovací technologie – chirurgická navigace

ÚVOD

3D tisk je technologie známá přes 40 let. Umožňuje vytvořit tvary natolik složité a nepravidelné, že obráběním nebo jiným způsobem by se nedaly zhotovit. Většina komerčních tiskáren pracuje na principu FFF (fused filament fabrication), známém také jako FDM (fused deposition modeling). Jedná se o tvorbu modelu vrstvu po vrstvě (tzv. aditivní výroba) z roztaveného filamentu termoplastického plastu.

Nezbytným vstupem pro vytvoření anatomického modelu jsou data z modalit poskytujících tomografické řezy s rozlišením v řádu desetin milimetru. Z tohoto důvodu nejsou pro účely 3D tisku zobrazovací metody jako rentgen, pozitronová emisní tomografie či scintigrafie v současné době využitelné. Pro 3D modelování se v současnosti využívají výhradně data z CT a MR, neboť pouze tyto modality poskytují trojrozměrná data s dostatečným rozlišením. Trojrozměrné ultrazvukové zobrazování v našem zdravotnickém zařízení běžně neindikujeme, a proto z něj modely nevytváříme. Získaná data jsou dále zpracovávána pomocí specializovaných softwarů, z nichž nejrozšířenější je freeware 3D Slicer, který pracuje s daty ve formátu DICOM (digital imaging and communications in medicine, formát dat pro PACS), základním formátu pro PACS systémy. Zpracování dat vyžaduje extrakci pouze relevantních informací z CT a MR vyšetření a odstranění nadbytečných dat. Jelikož z vyšetření vybíráme pouze jejich část neboli segment, je tento proces označován jako segmentace. Pomocí segmentace získáváme z CT končetiny po úrazu kýžený tvar, uložení a velikost fragmentů zlomené kosti bez okolitých tkání nebo zdravých kostí. Jejím výsledkem může být také resekovaný orgán a jeho uložení vůči kritickým strukturám, např. ureteru, střevu, cévám atd. Samotná segmentace vytváří již anatomický 3D model, který lze dále prohlížet a sdílet prostřednictvím virtuální reality. Vytvořený model je v programu 3D Slicer uložen jako soubor ve formátu .stl (standard triangle language, formát souboru pro práci v CAD softwarech) a dále se upravuje, nejčastěji v programech Meshmixer, Blender a Fusion 360. Tyto programy umožňují získat konkrétní formu modelu, nejen jeho anatomii. Finálním krokem je použití programu, který virtuální grafickou podobu modelu ze souboru. stl přeloží do instrukcí pro teplotu, rychlost, druh filamentu a pohyby tiskové hlavy potřebných k jeho vytištění 3D tiskárnou ve formátu .gcode (geometric code, formát souboru pro práci s CNC přístroji). Tento proces se nazývá slicování. Nejčastěji k tomu používáme PrusaSlicer a modely tiskneme na tiskárnách Original Prusa Mk4 a Mk3s+. Při vícebarevných modelech používáme jednotku pro barevný tisk Original Prusa MMU3.

Příprava předoperačních modelů pomocí 3D tisku je v medicínské praxi využívána již téměř 20 let. Není překvapivé, že mezi prvními obory, kde se tato technologie začala uplatňovat, byla kardiochirurgie [1] u vrozených vývojových vad nebo maxilofaciální chirurgie [2]. Ačkoliv tato technologie, původně známá jako stereolitografie, překonala modely vytvořené obráběním, její rozvoj byl brzděn vysokými náklady a náročností grafické přípravy. K větší dostupnosti přispěl až technický pokrok, který přinesl zjednodušení zpracování obrazu, urychlení tisku a zejména nižší ceny tiskáren v posledních 10 letech.

V české a slovenské odborné literatuře je problematika 3D tisku dosud poměrně málo zastoupena. Nicméně v posledních letech se objevují první významné příspěvky z oblasti neurochirurgie, traumatologie a stomatochirurgie, které naznačují, že tento inovativní přístup bude v našem regionu zaznamenávat progresivní rozvoj. Tento trend koresponduje s celosvětovým vývojem v oblasti využití 3D tisku v medicíně [3–5].

Fakultní nemocnice Ostrava (FNO) aktivně participuje na implementaci těchto pokrokových metod. V současné době zde využíváme 3D tisk jako komplementární technologii ke standardním zobrazovacím metodám. Tato synergie umožňuje vytvoření vysoce přesných, anatomicky a morfologicky věrných modelů specifických pro každého pacienta. 3D tisk používáme zejména v rámci předoperační přípravy v elektivní břišní, cévní a hrudní chirurgii. V menší míře také při osteosyntézách složitých zlomenin nebo osteoto-

miích, kdy se pomocí takto vytvořených modelů rozhodujeme o nejvhodnějším implantátu nebo jeho úpravě. Modely vytváříme ve spolupráci s Katedrou kybernetiky a biomedicínského inženýrství Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava. Nejčastěji používáme materiály PLA (polylaktoová kyselina) nebo PETG (polyethylentereftalát glykol) od firem Aurapol a Plasty Mladeč. Tailor-made sintrované implantáty z titanové legury zatím nevyrábíme. 3D tisku se na Chirurgické klinice FNO věnujeme přibližně rok, přičemž v začátcích nás inspirovali kolegové z I. chirurgické kliniky 1. LF UK a VFN v Praze. Zatímco kosti tiskneme převážně jednobarevně, prakticky všechny modely parenchymatózních orgánů provádíme vícebarevně.

Vícebarevný tisk má úskalí v podobě mnohem delší časové náročnosti, která roste úměrně s počtem barev. Jelikož tiskneme více barev přes jednu a tu samou trysku (single extruder), musí se tryska před každou výměnou barvy vyčistit propláchnutím potřebným množstvím filamentu správné barvy, aby nedocházelo k její kontaminaci předešlou barvou. Tento proces tisk ale prodlužuje. Čas tisku se naopak zkracuje při vyšší tloušťce vrstvy, protože se snižuje počet výměn barev, ale zároveň je reliéf modelu méně detailní. Proto jsme v případech časového tlaku nuceni přistoupit ke kompromisům a omezit barevnost a detailnost modelů na minimum. Upravujeme také použití barev filamentů s velkým rozdílem odstínu, neboť proces proplachování trysky je při nich z důvodu nutnosti vyššího čisticího objemu mnohem delší. Proto vybíráme barvy jasně odlišné, ale takové, aby proces čištění zabral co nejméně času. V praxi tedy nepoužíváme v jednom modelu příliš světlé barvy s příliš tmavými. Typicky se vyhýbáme kombinaci černé a bílé a rovněž bílé a jakékoliv jiné tmavé barvy.

Předkládaná práce představuje unikátní soubor kazuistik, který má za cíl seznámit čtenáře s průkopnickými možnostmi 3D tisku ve FNO a ukázat, jak tato revoluční technologie může zásadně změnit přístup k předoperační přípravě a výrazně zlepšit výsledky chirurgických zákroků.

 

 

Obr. 1. / Fig. 1.

Zánětlivý tumor sigmoidea ve vztahu k ilickým cévám a močovodům v pánvi – 3D Slicer.

Inflammatory tumour of a sigmoid colon and its relation to ureters and iliac vessels in the pelvis – 3D Slicer.

 

 

Obr. 2. / Fig. 2.

Vytištěný model zánětlivého tumoru sigmoidea ve vztahu k ilickým cévám a močovodům v pánvi.

3D printed inflammatory tumour of a sigmoid colon and its relation to ureters and iliac vessels in the pelvis.

 

Obr. 3. / Fig. 3.

Tumor jater s portálním řečištěm a jaterními žílami, 3D Slicer.

Liver tumour with portal veins and hepatic veins, 3D Slicer.

 

 

Obr. 4. / Fig. 4.

Vytištěný 3D model tumoru jater.

3D printed model of a liver tumour.

 

 

SOUBOR KAZUISTIK

Příprava modelu tumoru sigmoidea

U pacientů s lokálně pokročilými nálezy při resekcích esovité kličky je dobře známo riziko iatrogenního poškození ureterů a do menší míry i velkých pánevních cév. Pokud maligní nebo zánětlivý tumor způsobuje alteraci přirozené anatomie dle CT vyšetření, přistupujeme k vytvoření předoperačního fyzického 3D modelu s důrazem na tyto struktury. Cílem je získat zjednodušenou, avšak anatomicky přesnou maketu malé pánve zahrnující močovody, velké pánevní cévy, močový měchýř a tlusté střevo.

Práce v programu 3D Slicer v těchto případech trvá obvykle 3–4 hod (obr. 1). Zatímco kosti pánve a tepny software zvládne zobrazit s minimální potřebou manuální intervence, pouze svými automatickými nástroji, k vyznačení vén vyžaduje vzhledem k notoricky nízké kontrastní náplni více asistence. Korektní znázornění tlustého střeva a močového měchýře často trvá déle, avšak s použitím poloautomatických nástrojů tato fáze nebývá problematická. Nejnáročnější je správná identifikace a označení ureterů, což vyžaduje ruční značení sken po skenu. Všechny manuální úpravy v programu 3D Slicer jsou výrazně usnadněny použitím grafického tabletu. Kvalitní grafická karta, obvykle využívaná pro herní účely, je nezbytná pro všechny segmentace s výjimkou těch nejjednodušších. Úpravy v programu PrusaSlicer jsou minimální a spočívají převážně v úpravě velikosti modelu pro tisk, přidělení vhodných barev jednotlivým strukturám a vytvoření podstavce a spojek mezi strukturami za účelem zabránění jejich rozpadu.

Samotný tisk modelu trvá obvykle 30–40 hod a po odstranění podpěrného materiálu (který je nezbytný pro tisk převisů a tenkých struktur) je model připraven k použití a vizuální asistenci chirurgovi (obr. 2).

 

Příprava modelu léze jater

Při resekcích centrálních a někdy i periferních lézí jater představuje hlavní obavu riziko vzniku těžko kontrolovatelného krvácení, zejména z velkých větví portálních žil a jaterních tepen. Tyto struktury a jejich vztah k operovanému ložisku můžeme vizualizovat na 3D modelu, čímž není chirurg odkázán pouze na dvourozměrné CT snímky zobrazované na monitoru na operačním sále.

Pro vytvoření modelu je nejprve nutné provést segmentaci jaterního parenchymu. Program 3D Slicer tuto úlohu zpravidla zvládá v krátkém čase pomocí automatických nástrojů bez zásahu lékaře. Následně je zapotřebí vyznačit samotnou lézi určenou k resekci, což vyžaduje několikaminutovou práci s poloautomatickými nástroji (obr. 3).

Nejobtížnější částí procesu bývá znázornění portálního a žilního řečiště. Pro úspěch této fáze je zcela zásadní dostatečná kontrastní náplň žil v portální nebo venózní fázi. Bez takového kontrastu je segmentace těchto struktur obtížná a výsledky mohou být spíše iluzorní než anatomicky přesné. I přesto je to proces, který program v současné době nezvládá bez značné pomoci. Důvodem je nízký rozdíl denzity mezi parenchymem jater, náplní porty a zejména jaterních žil. Tato fáze procesu trvá nejdelší dobu a není neobvyklé, že zabere až 3 hod.

Následně je nutné oddělit jednotlivé segmenty, aby bylo možné zobrazit portální větve a jaterní žíly samostatně, neboť se často vzájemně prolínají a program je vnímá jako jediný objekt, což by vedlo k tisku stejnou barvou. Abychom do nitra orgánu mohli nahlédnout, potřebujeme z parenchymu jater ponechat pouze kontury. K tomu využíváme nejčastěji program Meshmixer, pomocí kterého vytváříme fenestrovaný vzhled nazývaný voronoi vzor. Tisk z průhledných materiálů se nám zatím neosvědčil a FDM technologie k němu ani není vhodná. Celý proces přípravy zabere od 3 do 5 hod práce s počítačem a tisk trvá dle náročnosti a velikosti modelu od 35 do 55 hod (obr. 4).

 

Příprava modelu aneuryzmatu velké tepny

Prostorová orientace z 3D modelu nachází své uplatnění i při plánování náhrad abdominální aorty, aortobifemorálních nebo aortobiliakálních bypassů a při resekcích aneuryzmat velkých tepen. Takový model nám poskytuje přehled o vzájemných poměrech s okolními strukturami a v životní velikosti znázorňuje zdravý úsek tepny nebo odstupy jejích větví, což napomáhá při posuzování proveditelnosti cévně chirurgického výkonu.

U aneuryzmat bez trombotického vaku je grafická příprava modelu velice jednoduchá, protože hustota krve v arteriální fázi angio CT umožňuje spolehlivé a okamžité zobrazení v programu 3D Slicer (obr. 5). Avšak situace se liší u pacientů s trombotizovaným aneuryzmatickým vakem, jehož hustota je podobná okolním strukturám. Zde je možné jednoduše segmentovat pouze patentní lumen cévy. Zobrazení vakové části aneuryzmatu vyžaduje obtížnější práci s poloautomatickými nástroji v programu 3D Slicer, obzvláště pokud jsou v okolí přítomny artefakty z předchozích embolizací nebo endoprotézy v oblasti kyčelního kloubu. Časová náročnost přípravy modelu je tedy velmi individuální, stejně jako doba trvání tisku.

Tisk velkého modelu cévy s aneuryzmatem a odstupy větví jednou barvou trvá relativně krátkou dobu, obvykle do 10 hod. Oproti tomu tisk modelu s barevně odlišeným vakem a okolními strukturami může zabrat až 2 dny (obr. 6). Vytvořený 3D model významně přispěl k rozhodovacímu procesu ohledně provedení peroperační stentáže pravého ureteru.

 

 

Obr. 5. / Fig. 5.

Aneuryzma pravé zevní pánevní tepny – vztah k ureterům a močovému měchýři, 3D Slicer.

Right external iliac artery aneurysm – spatial position to the ureters and urinary bladder, 3D Slicer.

 

 

Obr. 6. / Fig. 6.

Vytištěný 3D model aneuryzmatu pravé zevní pánevní tepny, ureterů a měchýře (bez pravé pánevní kosti).

3D printed model of a right external iliac artery aneurysm, ureters and urinary bladder (right pelvic bone removed).

 

 

Příprava modelu hiátové hernie s upside-down žaludkem

Při hiátové kýle je 3D model nejjednodušší pomůckou pro vizualizaci vzájemné polohy žaludku, aorty, srdce a samotného defektu v bránici (obr. 7). Segmentace srdce a aorty automatickými nástroji v programu 3D Slicer obvykle nečiní potíže díky vysokému obsahu kontrastu v krvi. Obtíže vznikají při zobrazování jícnu a žaludku, kde je nutné použít poloautomatické nástroje a vyžaduje to vyšší míru zásahu lékaře. Skutečnou výzvou je však segmentace bránice, která vyžaduje ruční značení a jejíž finální úprava může extrémně zatížit grafickou kartu počítače. Pro zajištění přehlednosti modelu ze všech stran je vhodné upravit bránici v programu Meshmixer, a dosáhnout tak již zmíněného voronoi efektu.

Následná finální příprava v programu PrusaSlicer obvykle nepředstavuje významné potíže a tisk modelu probíhá bez problémů a poměrně rychle, protože nezahrnuje drobné části. Celkově je potřeba min. 4 hod čisté práce na počítači a přibližně 30 hod na samotný tisk modelu (obr. 8). Vytvořený 3D model umožnil přesnou vizualizaci reálného rozsahu hiátové hernie a následně facilitoval volbu optimální techniky pro její plastiku.

Příprava modelů kostí v úrazové chirurgii a ortopedii Vytvoření modelů kostí se provádí pouze v případech, kdy časová prodleva nutná pro jejich výrobu nezpůsobí pacientovi újmu. Modely představují možnost provést repozici a fixaci úlomků „na zkoušku“. Nejjednodušší je segmentace kostí před rozvojem osteoporózy, přičemž tyto modely jsou nejsnáze zpracovatelné díky vysokému obsahu vápníku v lamelární kosti. Program 3D Slicer zvládá segmentaci kostí velmi rychle pomocí automatických a poloautomatických nástrojů. Tímto faktem jsme omezeni v situacích, kdy se pokoušíme segmentovat kostní úlomky, které jsou v kontaktu s impaktovanou spongiózou. Zatímco jejich kortiky vidíme snadno, hranice jednotlivých fragmentů ve dřeni můžeme pouze tušit. Problém představuje i znázornění osteoporotické kosti u pacientů se selhanou osteosyntézou. Z praxe vyplývá, že osteoporóza bývá nejvíce vyjádřena v oblasti kloubů, které mají zároveň největší členitost povrchu a nejvyšší nároky na přesnost zobrazení a korektní postavení. V těchto případech bojujeme i s četnými artefakty z již implantovaného osteosyntetického materiálu. Neobejdeme se bez zdlouhavého střídání poloautomatických a ručních nástrojů v programu 3D Slicer (obr. 9).

Kromě 3D modelu malunion nebo pakloubu a osteosyntetického materiálu in situ jsme schopni zobrazit a odlišit také kostní cement a defekty v kosti. Zobrazení chrupavek je možné pouze při vyšetření MR, avšak artrózu jsme schopni ovlivnit jen minimálně a při kongruenci kloubní plochy si vystačíme s CT. Modely chrupavek z MR proto prakticky neprovádíme.

Při CT vyšetření zdravé končetiny je možné vytvořit i zrcadlový obraz, znázorňující, jak by daný kloub měl vypadat. Takové modely umožňují cílenou volbu nejvhodnějšího implantátu nebo jeho předoperační úpravu. Doba přípravy je tedy velmi individuální a závisí na kalcifikaci kosti a přítomnosti artefaktů z implantátů při segmentaci a logicky i na počtu barev a velikosti modelu při samotném tisku (obr. 10).

 

 

 

 

Obr. 9. / Fig. 9.

Selhaná dlahová osteosyntéza pilonu tibie a distální fibuly, kostní cement označený červeně, 3D Slicer.

Failed plate osteosynthesis of tibial pilon and distal fibula, bone cement marked red, 3D Slicer.

 

 

Obr. 10. / Fig. 10.

3D model s dlahami a cementem v porovnání s modelem samotných kostí bez dlah a cementu.

3D model with plates and bone cement in comparison to a 3D model of bones themselves with the cement and the plates removed.

 

 

Příprava modelu při karcinomu plic

Karcinom plic patří mezi nejčastější malignity. 3D modely u těchto pacientů využíváme ke snížení perioperačních komplikací, především arteriálního krvácení. Kromě toho představuje předoperační model vhodnou pomůcku pro správnou indikaci chirurgické nebo onkologické léčby. Je možné, že podstatná část hraničně operabilních tumorů, a dokonce i část inoperabilních tumorů při nemalobuněčném karcinomu plic může být ve skutečnosti operabilní, avšak bývá nesprávně vyhodnocena z CT vyšetření. V současné době probíhá systematická evaluace této hypotézy prostřednictvím probíhající studie.

Aktuálně vytváříme modely znázorňující aortu a srdce pro lepší orientaci, dále tracheu a hlavní bronchy, samotný tumor a k němu stranově příslušnou část plicních tepen. Grafickou přípravu zahajujeme automatickou segmentací aorty a srdce, kterou 3D Slicer spolehlivě provede sám. Zobrazení průdušnice až po úroveň segmentálních bronchů je však při automatickém procesu nespolehlivé a vyžaduje manuální úpravy. Znázornění tumoru samo o sobě nepředstavuje potíže, větší množství lidské práce vyžaduje věrohodná segmentace plicních cév. Jistotu, že správně označíme větve arteria pulmonalis, získáme až po diferencování i plicních žil, přestože je k tisku nevyužijeme. Tento proces může trvat od 1 do 3 hod. Pro úspěch je klíčové provést CT plic s kontrastní látkou ve venózní fázi, nikoli pouze nativní CT plic, protože jinak plicní žíly a tepny již od druhého řádu spolehlivě neodlišíme (obr. 11).

Samostatnou zmínku si zaslouží vyznačení anatomických hranic postižených segmentů pro ozřejmení plánované resekční linie v modelu. 3D Slicer umožňuje vyznačit hranici segmentu formou linie nebo zakřivené roviny, a to nejen virtuálně v existujícím modelu, ale i ve vytištěné podobě. Tím se model postupně posouvá z role pouhé anatomické makety do role peroperační pomůcky, která ztělesňuje zamýšlený efekt operace.

V každém případě se jedná o modely složité nejen na grafickou tvorbu, ale i na samotný tisk. Jelikož je plicní vaskulatura jemná, její tisk je náročný a není neobvyklé, že model selže uprostřed tisku nebo těsně před jeho dokončením, a musí se začít od začátku. Většinou se tak děje pro nedostatečně husté podpěry. Doba přípravy modelu trvá kolem 4–5 hod práce na počítači a tisk v závislosti na velikosti a náročnosti od 40 do 60 hod na tiskárnách Prusa Original MK4 + MMU3, přičemž u starší verze MK3s+ přesáhne barevný tisk i 130 hod (obr. 12).

 

 

 

 

Obr. 12. / Fig. 12.

Vytištěný 3D model centrálního karcinomu plic s plicní tepnou, tracheou a resekčními liniemi k segmentektomii.

3D printed model of central lung carcinoma, pulmonary artery, trachea and marked resection lines for segmentectomy.

 

 

DISKUZE

Navzdory tomu, že 3D tisk nepřináší nové informace ve srovnání se vstupním zobrazovacím vyšetřením, jeho výhodou je přístupnější podoba a intuitivnější pochopení těchto informací. Jedná se o formát, který je pro lidské vnímání přirozenější. Přínos spočívá v lepší prostorové orientaci a rozpoznání operovaných struktur. Uchopitelnost a porozumění informace z 3D modelu je pro většinu lékařů snadnější než pouhý popis a dvourozměrné skeny ze zobrazovacího vyšetření.

Vyšší retenci anatomických poměrů u fyzického 3D modelu ve srovnání s původní zobrazovací metodou potvrzují Silberstein et al. [6] a Westerman et al. [7] v urologii. Stejné výsledky pro předoperační plánování a edukaci pacientů potvrzují v neurochirurgii i Panesar et al. [8]. Tyto modely lze úspěšně použít i jako konkrétní fantomy pro upřesnění instrumentaria specifického pro daného pacienta při endovaskulárních intervencích, jak uvádějí Coles-Black et al. [9]. Využití a přínos 3D tisku uvádějí Fidanza et al. v traumatologii [10], Rossi et al. v hepatobiliární chirurgii [11], Pontiki et al. v hrudní chirurgii [12] a Wang et al. v transplantologii [13].

Budoucnost 3D tisku v medicíně tedy nespočívá pouze v jeho roli jako komplementu k zobrazovacím metodám, ale také ve výrobě implantátů na míru nebo fantomů pro výběr vhodného operačního postupu. Nesporný význam má i jeho informační hodnota při edukaci lékařů nebo vysvětlujících pohovorech s pacienty.

Značnou nevýhodou je však stále poměrně dlouhá doba přípravy, což ztěžuje využití 3D tisku v urgentní a akutní medicíně. Čas potřebný k segmentaci často trvá několik hodin a samotná výroba modelu, v závislosti na náročnosti a velikosti, nezřídka i desítky hodin. Dalším omezujícím faktorem je náročnost grafické tvorby modelu a dostatečné zvládnutí 3D tisku. Naše zkušenosti ukazují, že vyžaduje stovky hodin učení, nepočítáme-li čas potřebný ke studiu  tento proces anatomie a radiologie. Kompetentních lékařů a techniků schopných tvorby těchto modelů je tedy nedostatek. Kromě časové náročnosti je tak největším limitem lidský faktor.

Nedílnou součástí implementace nových technologií je i ekonomická analýza. Naše zkušenosti demonstrují, že příprava předoperačních 3D modelů nepředstavuje významnou finanční zátěž. Ve FNO využíváme pro 3D tisk komerční tiskárny renomovaného českého výrobce Prusa Research. Nejnovější model Original Prusa MK4 s modulem MMU3 pro vícebarevný tisk byl v červenci 2024 dostupný za přibližně 37 000 Kč. V současnosti je provoz těchto zařízení financován z vlastních prostředků lékařů Chirurgické kliniky FNO. Používáme materiály PETG a PLA od tuzemských výrobců. Cena se pohybuje okolo 450 Kč za 1 kg filamentu značky Aurapol a přibližně 700 Kč za 1 kg filamentu od společnosti Plasty Mladeč. Vzhledem k tomu, že modely jsou tištěny s 15% výplní objemu, roční spotřeba filamentu při intenzivním využití dosahuje přibližně 30 kg.

Nejvýznamnější nákladovou položkou je čas potřebný pro grafickou přípravu modelů. Srovnatelné služby v oblasti technického modelování se na trhu pohybují v rozmezí 700–1 000 Kč za hodinu. Provozní náklady 3D tiskárny, vč. spotřeby materiálu, jsou komerčně oceňovány přibližně na 80 Kč za hodinu tisku.

Konkrétní náklady ilustrujeme na hypotetickém modelu s maximální délkou tisku a přípravy. U složitého a rozsáhlého modelu, jako jsou metastázy jater, centrální tumor plic nebo celá pánev, s náročností zahrnující 6 hod grafických úprav a tisk na tiskárně MK4 trvající více než 75 hod dosahují náklady na materiál přibližně 500 Kč. Tato cena pro naše potřeby v současnosti nezahrnuje čas grafické přípravy, kterou provádí sám chirurg během pracovní doby, ani provozní dobu tiskárny. V případě zahrnutí této práce do celkové výrobní ceny modelu (při respektování tržních cen) se finanční náročnost modelu zvýší na přibližně 12 000 Kč. Tato částka je ve srovnání s cenami externích služeb specializovaných firem mnohonásobně nižší. Pro jednání se zdravotními pojišťovnami o krytí nákladů na výrobu těchto modelů bude nezbytné provést rozsáhlé studie, které přínosy této nové zobrazovací metody jednoznačně prokážou. V současnosti jsou prakticky jedinou systémovou možností financování přípravy 3D modelů institucionální granty.