مدل های پرینت سه بعدی فمور 7 دلاری می توانند جراحی را متحول کنند – 3DPrint.com

یک فمور پرینت سه بعدی که فقط ۷ دلار قیمت دارد می تواند به زودی نحوه آماده شدن جراحان برای جراحی های پیچیده استخوان و مق، با تومورهای استخو، را تغییر دهد. این چشم انداز اکنون به لطف پیشرفتی که توسط جراحان انجام شده است به واقعیت نزدیکتر شده است مرکز پزشکی ج، غربی دانشگاه تگزاس (UT Southwestern) با همکاری محققان در دانشگاه تگزاس در دا، (UTD)، که یک فمور پرینت سه بعدی ساخته اند که می تواند نحوه آماده شدن پزشکان برای جراحی های استخوان را تغییر دهد.

ماکت پرینت سه بعدی این تیم از استخوان ران انسان برای تقلید از ساختار و تراکم استخوان واقعی ساخته شده است. این مدل که از مواد مقرون به صرفه و زیست ت،یب پذیر ساخته شده است، روشی واقع بینانه را به جراحان برای تمرین رویه ها می دهد و فرصت های جدیدی را برای آماده سازی جراحی شخصی سازی شده باز می کند.

یکی از بزرگترین چالش‌های جراحان هنگام برنامه‌ریزی جراحی استخوان، درک هندسه و خواص منحصر به فرد استخوان‌های هر بیمار است. به طور سنتی، پزشکان از استخوان‌های جسد یا مدل‌های مصنوعی در مطالعات بیومک،کی برای درک چگونگی واکنش استخوان‌ها به ایمپلنت‌ها، تکنیک‌های جراحی و آسیب‌ها استفاده می‌کنند. این مدل‌ها به جراحان کمک می‌کنند تا روش‌ها را تمرین کنند و ایمپلنت‌ها را آزمایش کنند، اما گران هستند، به سختی می‌آیند، و فاقد سفارشی‌سازی برای مطابقت با آناتومی منحصر به فرد بیمار هستند و استفاده از آن‌ها را در برنامه‌ریزی جراحی شخصی محدود می‌کند.

برای حل این مشکل، جراح انکولوژی ارتوپدی UT Southwestern رابرت واینشنک و جراح دست و اندام فوق، ریچارد سامد (که یک آزمایشگاه چاپ سه بعدی را اداره می کند) با وی لی، متخصص چاپ سه بعدی و استادیار مهندسی مک،ک در تماس گرفتند. دانشکده مهندسی و علوم کامپیوتر اریک جانسون UT دا،. هدف آنها همکاری در ایجاد یک جایگزین سریعتر و ارزانتر برای مطالعات بیومک،کی ارتوپدی بود، پروژه ای که دو سال پیش آغاز شد.

واینشنک که همچنین استادیار دانشگاه است، گفت: استخوان ران به دلیل نقش حیاتی آن در تحمل وزن و تحرک، نقطه کانونی تحقیقات بیومک،کی است. جراحی ارتوپدی و مهندسی زیست پزشکی در UT Southwestern. استفاده از پرینت سه بعدی برای تولید استخوان‌های انسان‌مانند می‌تواند برای محقق، که تکنیک‌ها و شرایط جدید جراحی مانند پوکی استخوان، ش،تگی‌های ضربه‌ای، بدشکلی‌ها و ضایعات استخو، خوش‌خیم یا بدخیم را مطالعه می‌کنند، تقویت کند.

این تیم از پلی لاکتیک اسید (PLA) – یک پلی استر ارزان قیمت و زیست ت،یب پذیر که معمولاً در چاپ سه بعدی استفاده می شود – برای ساخت مدل های مختلف استخوان ران با ویژگی های مختلف مانند ضخامت دیواره و تراکم پرکننده استفاده ،د. سپس مدل‌های چاپ‌شده سه بعدی را برای ارزیابی استحکام خمشی با استفاده از خمش سه نقطه‌ای آزمایش ،د و عملکرد آن‌ها را با استخوان ران انسان مقایسه ،د.

توسعه یک نمونه اولیه که بتواند به طور واقعی عملکرد استخوان ران انسان را تکرار کند، یک کار پیچیده بود. کار در UT Dalla’s آزمایشگاه جامع تولید پیشرفتهلی و کیشور میسور ناگاراجا، دانشجوی دکترای مهندسی مک،ک، بهترین روش را برای ایجاد یک ماکت شناسایی ،د که از نزدیک پاسخ بیومک،کی یک استخوان ران واقعی را تقلید می کند. با استفاده از تنظیمات 5% تراکم پر، دو تا چهار لایه دیواری و وضوح 200 میکرومتر استحکام خمشی بهینه را ارائه می‌کند. افزایش سطح پرکننده تا 20 درصد با شش لایه دیواری به مدل اجازه داد تا استحکام و انعطاف‌پذیری فمورهای واقعی را بیشتر تقریب کند و آن را به یک جایگزین موثر و کم‌هزینه برای مطالعات بیومک،کی تبدیل کند.

جراحان برای برنامه ریزی برای جراحی باید هندسه استخوان را بدانند. با پرینت سه بعدی، ما قادریم نمونه استخوان فمور را با همان هندسه استخوان ران داخل بدن چاپ کنیم.

طرح نهایی، که نمایانگر بخش می، استخوان ران است، تقریباً هشت اینچ طول و یک اینچ قطر دارد، یک کپی مقیاس‌شده از قوی‌ترین ناحیه تحمل‌کننده استخوان ران. استخوان ران طول،‌ترین و قوی‌ترین استخوان بدن انسان است که میانگین استخوان ران بالغ به حدود 18 اینچ می‌رسد.

این ماکت که از PLA ساخته شده است، در آزمایش‌های آزمایشگاهی در مقایسه با استخوان انسان عمل می‌کند و آن را به یک نامزد امیدوارکننده برای تحقیقات جراحی و برنامه‌های آموزشی بیشتر تبدیل می‌کند. این تکرار دقیق به پزشکان اجازه می‌دهد تا جراحی‌ها را با دقتی بی‌نظیر انجام دهند و به طور بالقوه زمان عمل را کاهش داده و نتایج بیمار را بهبود بخشند. این یافته ها در مطالعه ای که در مجله منتشر شده است به تفصیل آمده است مجله تحقیقات ارتوپدی.

فقط ۷ دلار در هر مدل، این فمورهای پرینت سه بعدی جایگزین بسیار ارزان‌تری برای استخوان‌های مصنوعی سنتی هستند که می‌توانند هزینه هر کدام از 220 تا 300 دلار است. برای مقایسه، استخوان‌های جسد، در صورت موجود بودن، به دلیل شرایط نگهداری و جابجایی، قیمتی حتی بالاتر دارند. به ،وان مثال، یک نمونه شانه یا زانو بدون مفصل می‌تواند از 500 دلار تا 600 دلار متغیر باشد، اما بافت جسد انسان تنها به تعداد محدودی جلسات تمرینی اجازه می‌دهد زیرا کیفیت بافت در طول زمان بدتر می‌شود.

با در نظر گرفتن این محدودیت ها، استخوان های پرینت سه بعدی راه حل بسیار بهتری برای آموزش جراحی ارائه می دهند. این کپی‌ها می‌توانند در هزینه‌های زیادی صرفه‌جویی کنند و برای بیمارستان‌ها و برنامه‌های پزشکی بسیار قابل دسترس‌تر باشند، بدون اینکه کیفیت مورد نیاز برای عمل واقعی را به خطر بیندازند.

Weinschenk توضیح داد: “چهار نسل از مدل های مصنوعی استخوان ران برای آزمایش بیومک،کی توسعه یافته و از سال 1987 به صورت تجاری به فروش می رسد.” با این حال، آنها محدودیت هایی از جمله هزینه و زمان تحویل داشته اند. او گفت که تکنیک چاپ سه بعدی که او و همکارانش ایجاد ،د این مشکلات را حل می کند. ما فکر می‌کنیم که این جدید است و می‌تواند مورد استفاده و استقبال گسترده قرار گیرد، زیرا هر ،ی که یک پرینتر سه بعدی ارزان دارد می‌تواند فایل را دانلود کند، نمونه را چاپ کند و مطالعات خود را به روشی ارزان و بدون تأخیر انجام دهد.»

در همین حال، سمادا خاطرنشان می کند که استفاده از یک چاپگر سه بعدی برای ایجاد مدل های بیومک،کی واقعی، مانع بزرگی را برای تحقیق از بین می برد و در را به روی کاربردهای بالینی باز می کند: «به ،وان مثال، یک جراح می تواند استخوان هایی را با آسیب شناسی های خاص بیمار چاپ کند و از آن مدل ها برای توسعه درمان شخصی استفاده کند. پروتکل ها این یک گام بزرگ به جلو در راه حل های مهندسی مهندسی برای بیماران مبتلا به آسیب شناسی استخو، دشوار است، با تمرکز بر حفظ اندام و عملکرد.

با توجه به اینکه بیماران در حال حاضر بیشتر عمر می کنند، جراحان بر نیاز به توسعه درمان های ماندگار و نوآورانه تاکید می کنند. این مطالعه با برنامه‌هایی برای گسترش پروتکل‌های طراحی سه‌بعدی برای پوشش طیف وسیع‌تری از استخوان‌ها، زمینه را برای کارهای آینده فراهم می‌کند.

با نگاهی به آینده، تیم تصور می کند که این مدل ها نقشی فراتر از آماده سازی جراحی ایفا کنند. آنها می توانند برای شبیه سازی سناریوهای پزشکی مختلف، از آزمایش طرح های جدید ایمپلنت گرفته تا ارزیابی درمان بیماری های استخو، مورد استفاده قرار گیرند. به ،وان مثال، چاپ مدل‌های دارای تومور می‌تواند به پزشکان اجازه دهد تا درمان‌ها را آزمایش کنند و نتایج را در یک محیط کنترل‌شده پیش‌بینی کنند و درمان‌ها را ایمن‌تر و مؤثرتر کنند.

همچنین، مواد پلی لاکتیک اسید مورد استفاده در فمور پرینت سه بعدی پتانسیل ترمیم استخوان را دارد. به ،وان یک پلیمر زیست ت،یب‌پذیر، ممکن است جایگزین ارزان‌تر و پایدارتری برای تیت،وم و سایر ف،ات مورد استفاده در ایمپلنت‌های ارتوپدی باشد. لی می گوید که روزی می توان این نوع ایمپلنت های سفارشی را برای بیماران تکی چاپ کرد که تن، بهتری ارائه می دهد و احتمال عوارض را کاهش می دهد.