چاپ سه بعدی از ابزارهای جراحی تا پیشرفت های پیوند اعضا

چاپ سه بعدی از ابزارهای جراحی تا پیشرفت های پیوند اعضا -پرینت سه بعدی هنوز یک روش نسبتاً جدید برای تولید است و در حال حاضر از نظر روش‌های چاپ، مواد و امکانات طراحی، تنوع زیادی پیدا کرده است و کاربردهای خاص در طیف وسیعی از زمینه‌ها، از جمله مراقبت‌های بهداشتی و علوم زیستی پیدا کرده است.

پرینت سه بعدی تأثیری دگرگون کننده بر نحوه انجام جراحی و دندانپزشکی و نحوه طراحی پروتزها و ایمپلنت ها دارد و امکان ایجاد اقلام سفارشی و شخصی سازی شده برای بیمار یا کار خاص را فراهم می کند.

این مقاله کاربردهای گسترده پرینت سه بعدی در مراقبت های بهداشتی، از ایجاد ابزارهای جراحی تا تسهیل پیوند اعضا را بررسی می کند.

پرینت سه بعدی معمولاً به یک فرآیند تولید افزودنی اشاره دارد، یعنی فرآیندی که در آن مواد در لایه ها یا مراحل متوالی اضافه می شوند، به جای اینکه از مواد فله (تجزیه کننده) حذف شوند یا مستقیماً به شکل قالب درآیند، مانند موادی مانند پلاستیک های ترموست.

یکی از اولین اشکال پرینت سه بعدی استریولیتوگرافی بود که امروزه بیشتر به آن چاپ رزین می گویند، که در آن لیزر UV در الگوی مورد نظر به صورت لایه به لایه به سمت رزین فوتوپلیمر هدف قرار می گیرد و آن را سخت می کند و مایع را به یک جامد تبدیل می کند. ساختار سه بعدی

تحقیقات در مورد این فناوری در طول دهه 1970 ادامه داشت و در سال 1984 ثبت اختراع شد و به طور گسترده برای تولید قطعات سفارشی استفاده می شود. نوع رزین مورد استفاده را می توان با هدف تطبیق داد. برای زیست سازگاری در موارد ایمپلنت یا پروتز بیولوژیکی، برای چقرمگی و استحکام در صورت لزوم و غیره.

اصطلاح پرینت سه بعدی در واقع تا سال 1995 توسط پروفسور الی ساکس، MIT، که روی اصلاح چاپگرهای جوهر افشان برای اکسترود کردن محلول اتصال بر روی یک بستر پودری کار می کرد، ابداع نشد، که به عنوان چاپ سه بعدی همجوشی بستر پودری شناخته می شود (که انواع مختلفی دارد: انتخابی. تف جوشی لیزری، تف جوشی مستقیم لیزری فلزات، ذوب پرتو الکترونی و غیره).

این روش چاپ به بسیاری از انواعی تبدیل شد که شاید امروزه بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد، که از یک قاب استفاده می‌کنند که قادر به حرکت سر اکستروژن در سه بعدی بالای یک پلت فرم است، مانند مدل‌سازی رسوب ذوب شده (FDM) چاپ سه بعدی.

در حال حاضر، بیش از 18 روش چاپ سه بعدی وجود دارد که هر کدام با اصلاحات متعدد، به محصولات سفارشی اجازه می دهد تا در طیف وسیعی از مواد، با درجات مختلف سهولت و دسترسی، کیفیت و مناسب بودن برای کاربردهای پزشکی تولید شوند.

نوآوری در ابزار و تجهیزات جراحی

چاپ سه بعدی به طور فزاینده ای در ایجاد وسایل کمکی جراحی، از جمله طراحی و تولید مدل های آموزشی دقیق، ابزارهای تخصصی و داربست هایی که به کاشت یا ترمیم بافت کمک می کند، استفاده می شود.

یکی از مزایای اصلی فناوری های چاپ سه بعدی این است که می توان تغییرات تکراری را در ابزارهای جدید طراحی شده بر اساس بازخورد فوری جراحان و سایر متخصصان پزشکی ایجاد کرد. تغییرات طراحی را می توان در سیلیکون اجرا کرد و یک دستگاه جدید یک شبه چاپ کرد.

تسهیلات تولید مدل‌های آموزشی خاص بیمار به طور بالقوه می‌تواند از نظر نحوه انجام جراحی انقلابی باشد، زیرا جزئیات بسیار خاص اندام‌های داخلی بیمار، همانطور که از فناوری‌های مختلف اسکن مشخص می‌شود، می‌تواند با جزئیات بازتولید شود.

این امر شگفتی های کمتری را برای جراحان در طول جراحی به جا می گذارد و به طور گسترده به آمادگی برای جراحی های پیچیده تر کمک می کند.

پروتز و ایمپلنت شخصی سازی شده

برخی از مشکلات عمده در مورد پروتزهای معمولی تولید انبوه مربوط به رها شدن است. کاربر از پوشیدن پروتز دست می کشد زیرا از نظر زیبایی ناراحت کننده، ناخوشایند یا ناخوشایند هستند.

پروتزهای بیونیک، که قادر به هماهنگ کردن حرکت روباتیک با انقباضات عضلانی هستند، باید به طور خاص در موقعیت و ایمن قرار گیرند تا عملکرد و قابلیت استفاده راحت خود را حفظ کنند.

اندازه گیری سفارشی با استفاده از فناوری های چاپ سه بعدی امکان ساخت پروتزهای بسیار راحت تری را از اجزای زیست سازگار، احتمالاً در طرح های پیچیده تر و جرم کمتر نسبت به پروتزهای سنتی می دهد.

در سال 2014 کنفرانسی در بیمارستان جان هاپکینز برگزار شد با عنوان: پروتزها با چاپگرهای سه بعدی ملاقات می کنند که در آن متخصصان پزشکی و چاپ سه بعدی برای بحث در مورد وضعیت و آینده پرینت سه بعدی پروتزها گرد هم آمدند.

در حال حاضر طیف گسترده ای از تلاش های مشترک با هدف استفاده از پرینت سه بعدی در پروتز در حال انجام است.

 به عنوان مثال، دستگاه‌های مصنوعی به‌طور رایگان برای بارگیری و چاپ در خانه در تعدادی از وب‌سایت‌های اختصاصی در دسترس هستند، در حالی که شرکت‌های زیادی برای تولید دستگاه‌های مصنوعی برای بازارهای خاص ظهور کرده‌اند.

برای مثال، Openbionics یک شرکت مستقر در بریتانیا است که پروتزهای سفارشی را با طرح‌های ابرقهرمانی برای کودکان، مواردی با اتصالات تخصصی برای نوازندگان و غیره چاپ می‌کند.

پیشرفت در اندام های پرینت سه بعدی

مواد زیستی مختلفی را می توان در یک روش ساخت افزودنی مانند پرینت سه بعدی برای تولید داربست های قابل کاشت، بافت ها و حتی اندام های کاملا جدید قرار داد.

جوهرهای زیستی حاوی سلول‌های زنده به صورت لایه به لایه برای چاپ اندام رسوب می‌کنند، که معمولاً از داربست و/یا پلیمرهای طبیعی درون بیوینک استفاده می‌کنند که سلول‌ها را سخت می‌کند و در جای خود نگه می‌دارد.

 پلیمرهای هیدروژل مانند فیبرین، ژلاتین، آلژینات ها، کیتوزان و اسیدهای هیالورونیک معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند. اندام های پرینت سه بعدی مانند این حاوی سلول های کشت شده از بیمار هستند و بنابراین زیست سازگارتر از اندام دهنده هستند.

انواع مختلفی از پرینت سه بعدی اندام وجود دارد و این فناوری هنوز در مراحل اولیه است.

 یکی از اولین و گسترده‌ترین روش‌های بکار رفته به عنوان بذر سلولی شناخته می‌شود که در آن یک داربست نگهدارنده از مواد زیست سازگار پرینت سه بعدی می‌شود و سپس با سلول‌هایی کاشته می‌شود که برای پر کردن ساختار، به طور بالقوه در محل به منظور کمک به بهبود زخم، تکثیر می‌شوند.

در جایی که اندام‌های سفارشی پرینت سه بعدی می‌شوند، می‌توان آن‌ها را طوری ساخت که به بهترین وجه مناسب بیمار باشد، نه تنها از نظر زیست سازگاری، بلکه از نظر شکل و اندازه. به عنوان مثال، تنظیم اندازه دریچه های قلب با اندازه بیمار.

منابع

• دوزیوک، اچ (2016). کاربردهای پرینت سه بعدی در بهداشت و درمان مجله لهستانی جراحی قلب و قفسه سینه ، 3 ، 283-293. https://doi.org/10.5114/kitp.2016.62625
• جورج، ام.، آروم، کی آر، هاوز، اچ جی، گیل، BS، و عشق، جی. (2017). ابزارهای جراحی پرینت سه بعدی: فرآیند طراحی و ساخت. مجله جهانی جراحی ، 41 (1)، 314-319. https://doi.org/10.1007/s00268-016-3814-5
• Manero، A.، Smith، P.، Sparkman، J.، Dombrowski، M.، Courbin، D.، Kester، A.، Womack، I.، و Chi، A.. (2019). اجرای فناوری پرینت سه بعدی در زمینه پروتز: گذشته، حال و آینده. International Journal of Environmental Research and Public Health , 16 (9), 1641. https://doi.org/10.3390/ijerph16091641
• Openbionics. https://openbionics.com/en/
• جاوید، م.، و حلیم، ع.. (2020). بافت و اندام پرینت سه بعدی با استفاده از ساخت افزودنی: یک مرور کلی اپیدمیولوژی بالینی و بهداشت جهانی ، 8 (2)، 586-594. https://doi.org/10.1016/j.cegh.2019.12.008

چاپ سه بعدی از ابزارهای جراحی تا پیشرفت های پیوند اعضا

مهندس حمید تدینی: نویسنده و وبلاگ نویس مشهور، متخصص در زبان برنامه نویسی و هوش مصنوعی و ساکن آلمان است. مقالات روشنگر او به پیچیدگی های این زمینه ها می پردازد و به خوانندگان درک عمیقی از مفاهیم پیچیده فناوری ارائه می دهد. کار او به دلیل وضوح و دقت مشهور است.