پرینترهای سه بعدی جایگاه خود را در علم پزشکی باز کردند

پرینتر سه بعدی در پزشکی

پرینترهای سه بعدی جایگاه خود را در علم پزشکی باز کردند

پرینترهای سه بعدی یا 3D پرینترها دستگاه هایی هستند که می توانیم به وسیله‌ی آنها نمونه های سه بعدی شبیه سازی شده در کامپیوترها به وسیله نرم افزارهایی مانند CAD را به نمونه های واقعی تبدیل کنیم. در واقع در این نوع پرینترها مختص ارتفاع به مختصات طول و عرض اضافه شده است. این پرینترها اشیاء سه بعدی را با قرار دادن لایه های نازک روی هم می سازند. به فرآیند قرارگیری لایه ها روی یکدیگر و تبدیل شدن آنها به یک جسم سه بعدی، فرآیند استریو لیتوگرافی می گویند. نظریه‎‌ی استریولیتوگرافی برای اولین بار در سال 1886 و توسط تاجر و مخترع آمریکایی چاک هال مطرح شد.

درانتهای متن هم براتون منابع اطلاعاتی مفیدی رو گذاشتیم برای اطلاعات بیشتر می تونین یک سری بهشون بزنین. امیدواریم مطالب ارائه شده براتون مفید باشه. با تیک مد همراه باشید.


دانلود نسخه PDF مقاله  / شامل مطالب اختصاصی (ویژه کاربران اختصاصی- برای دریافت کدقفل فایل از پنل عضویت سایت تیکت ارسال نمایید ) 


در این مقاله خواهید خواند:

  • روش استریو لیتوگرافی
  • پرینترهای سه بعدی در پزشکی

روش استریو لیتوگرافی

استریو لیتوگرافی یا SLA ، متداول ترین روش نمونه سازی سریع است. با این روش می توان قطعات پلیمری بسیار دقیق و با جزئیات زیاد را به وجود آورد. در این روش، با نیروی کم و با استفاده از پرتو متمرکز لیزر فرابنفش، سطح مقطع های جسم سه بعدی در حمامی از مایع پلیمری حساس به نور، یکی بعد از دیگری ساخته می شوند. مواد اولیه مورد استفاده در این روش رزین های مایعی است که براثر تابش نور با طول موج خاص، منعقد می شوند.

صفحه ی ساخت که قطعه بر روی آن تولید می شود، می تواند جابه جایی قائم داشته باشد. پرتولیزر با کمک آینه های متحرک سطح مورد نظر را اسکن می نماید. قسمت هایی از هر لایه پلیمر را که لیزر اسکن می کند جامدشده و سایر قسمت های لایه، مایع باقی می ماند. سپس صفحه ی ساخت و به دنبال آن، مدل به اندازه ی ارتفاع لایه ی بعدی پایین می رود بعد از این مرحله، یک تیغه دوباره لایه ای از رزین روی سطح قطعه می گستراند، و لایه ی بعدی روی لایه ی کامل شده ی قبلی ساخته می شود. این فرآیند اسکن و هم سطح کردن تا اتمام ساخت قطعه ادامه پیدا می کند.پس از کامل شدن، قطعه بیرون آورده شده و مایع آن گرفته می شود. در بسیاری از موارد جهت بهینه سازی قطعه آن را در معرض اشعه ی فرابنفش قرار می دهند.

استرلیتوگرافی

اما روش ساده تری برای چاپ مواد به صورت سه بعدی علاوه بر روش استفاده از لیزر وجود دارد، که به شرح زیر است:

امروزه برای ساخت بیشتر مدل های سه بعدی از لایه های ورقه ای نازک پوشیده شده از پلاستیک ، رزین و یا حتی نشاسته ی ذرت استفاده می کنند.در این روش ما اجسام سه بعدی را درون مخزنی از پودر پلیمری می سازیم ، به این صورت که سیستمی شبیه به نازل های جوهرافشان، رزین را نقطه به نقطه به سطح پودر می افزاید و لایه ای از جسم را تشکیل می دهد. برتری که این روش نسبت به روش استفاده از لیزر دارد این است که می توان رنگ های مختلفی را با رزین آمیخت و جسمی با رنگ بندی دلخواه تولید کرد.

پرینترهای سه بعدی در پزشکی

 گوش ساخته شده با پرینتر سه بعدی

یکی دیگراز کاربردهای چاپگرهای سه بعدی درحوزه ی پزشکی این است که می توان به وسیله‌ی این پرینترها می توان اعضای مصنوعی تولید کرد. در این روش، پرینتر سه بعدی اندام را تولید می کند، پس از آن سلول های بنیادی بر روی این اندام که توسط پرینتر سه بعدی تولیدشده است کاشته می شود و پس از کشت عضو جدیدی را از سلول های بنیادی تولید کرده ایم.
بیمارانی که دچار نقص عضو هستند یا برخی از اعضای بدنشان کارایی خود را از دست داده اند، همواره در درمان دچار مشکل می شوند. این مشکلات می تواند هم در درمان به روش های سنتی وهم در پیدا کردن عضو جدید و سالم رخ دهد. اما به دنبال پیشرفت هایی که در زمینه ی چاپگرهای سه بعدی روی داده است ، مهندسان زیستی موفق شده اند تا اعضای مختلف بدن را تولید کنند و از این مشکلات بکاهند.

 در گذشته یکی از روش های ساخت پروتز گوش، استفاده از مواد مصنوعی یونولیت مانند و یا در مواردی برداشت غضروف از قفسه سینه بیمار بود. محققان دانشگاه کورنل به منظور کمک به کودکانی که دچار بیماری میکروتیا) مشکل مادرزادی شکل گیری گوش هستند با استفاده از سلولهای زنده و با کمک چاپگر سه بعدی، توانستند گوشی تقریباً مشابه گوش طبیعی انسان تولید کنند.

این پروتز محصول فرآیندی چند مرحله‌ای است و می تواند جایگزین مواد مصنوعی قدیمی شود. برای این کار محققان باید مدلی سه بعدی از گوش بیمار تهیه کنند.آن ها برای تهیه ی این نمونه، گوش کودکی سالم را اسکن کرده،همچنین آنها می توانند در صورتی که تنها به یک گوش آسیب رسیده باشد، گوش سالم بیمار را اسکن کرده و قرینه کنند تا به مدلی دقیقاً شبیه گوش سالم دست یابند. در مرحله بعدی آن ها از یک پرینتر سه بعدی برای ساخت قالبی با شکل دقیق گوش استفاده می کنند. سپس آن ها قالب را با ژل کلاژن، با چگالی بالا پر می کنند. پس از اتمام مراحل چاپ، محققان سلولهای غضروفی را به داخل ماتریس کلاژنی تزریق می کنند.

 


پیشنهاد سردبیر:برررسی اسناد و مدارک

براتون  “گچ هوشمند تولید شده با پرینتر ۳ بعدی” رو آماده کردیم. حتما یک سری بهش بزنین.

 

 


شایان ذکر است که درحال حاضر محققین ابزاری برای تکثیر یا برداشت سلولهای غضروفی کافی از بدن بیماران خردسال در اختیار ندارند تا بتوانند به کمک آنها گوش را تولید کنند به همین منظور، برای این نمونه آنها از نمونه های غضروفی گاو استفاده می کنند،اما پیش بینی می شود که بعدها در عمل بتوان از سلولهای غضروفی ناحیه ای از بدن خود بیمار برای این کار استفاده کرد. با گذراندن یکی دو روز در یک ظرف پتری مملو از مواد مغذی، سلول های غضروفی شروع به تکثیر کرده و به تدریج جایگزین کلاژن می شوند. پس از آن گوش می تواند با عمل جراحی به بدن انسان پیوندزده شده و با پوست پوشیده شود تا سلولهای غضروفی در محیطی طبیعی تر به رشد و تکثیر خود ادامه داده و جایگزین کلاژن شوند.

تاکنون این محققان تنها توانسته اند گوش مصنوعی را روی پشت موشهای آزمایشگاهی و زیر پوست آنها کار بگذارند. پس از سه ماه اتصال به بدن موشها، سلولهای غضروفی جایگزین کل بافت کلاژن شده و کل قالب گوش را پر کرده اند. در عین حال این پروتز فرم و شکل اولیه خود را حفظ کرده است. از مزیت هایی که این فناوری نسبت به شیوه های موجود دارد این است که شیوه تولید در این روش قابل سفارشی شدن است. هم چنین محققین تلاش کرده اند تا فرآیندها را بهبود ببخشند که این بهبودها شامل تلاش برای ابداع روشی بوده است که در آن مستقیماً از کلاژن به عنوان (جوهر پرینتر سه بعدی) برای چاپ گوش استفاده شود و نیازی به قالب پلاستیکی نباشد. این گروه از محققین اعلام کرده اند که در حال تلاش برای حل این مشکلات هستند و امید دارند بتوانند که چنین پروتزی را به بدن انسان پیوند بزنند.

همه ی موجودات زنده از جمله سلولها و بافت های بدن برای رشد و ادامه ی حیات خود احتیاج به مواد مغذی دارند، که در بدن این وظیفه برعهده ی کانال هایی است که حاوی گلبولهای قرمز هستند. در واقع سلول های خونی سلامت بافت را حفظ می‌کنند، به همین علت توانایی تولید عروق خونی می تواند کلید چاپ کلیه ی بافت ها باشد.

یکی دیگر از دستاوردهای مربوط به پرینترهای سه بعدی تولید عروق خونی توسط محققان آمریکایی آزمایشگاه Lawrence Livermore National Laboratory مشهور به LLNL است. در رابطه با چگونگی این فرآیند باید گفت: ساختار اولیه رگ با استفاده از سلولها و دیگر مواد طبیعی پرینت شده و سپس از طریق جوهرهای زیستی و مواد سازگار با بدن جزئیات و بخش های دیگر به آن اضافه می شود .در ادامه، بخش های مختلف این ساختار به یکدیگر متصل شده و رفتاری شبیه به رگ های طبیعی انسان را از خود نشان می دهند.

مونیکا مویا سرپرست این آزمایش می گوید:
این رگهای خونی را نمی توان پیوند زد اما این عروق برای استفاده در آزمایشگاهها و مطالعات سم شناسی مفید است.

تا این جای کار، ریزساختارها ساخته شده اند، اما فناوری پرینت سه بعدی هنوز راه بسیاری تا ساختارهای ریز عروق مویرگی در پیش دارد. از این رو محققان و دانشمندان فرانهوفر قصد دارند ساخت رگ های خونی مصنوعی را با ترکیب دو شیوه متفاوت فناوری پرینت سه بعدی و شیوه بسپارش چند فوتونی انجام دهند. بدین صورت که تابش های لیزری کوتاه و قوی به این مواد تابانده می شود و مولکولها در یک نقطه متمرکز بسیار کوچک تحریک شوند تا اتصال عرضی مولکولی اتفاق بیفتد. رگ های خونی آینده باید منعطف و الاستیک بوده و با بافت طبیعی تعامل برقرار کند. به همین خاطر لوله های مصنوعی به طور زیستی عامل دار می شوند تا سلولهای بدن بتوانند در آن ها زندگی کنند.

دانشمندان به ادغام مولکولهای زیستی مانند هپارین و پپتیدها در درون دیواره ها پرداختند. آن ها همچنین از مواد هیبریدی حاوی مخلوطی از پلیمرهای مصنوعی و مولکولهای زیستی به عنوان جوهر استفاده کردند.

دانشمندان هم چنین سعی کردند تا با رعایت تمام خواص زیستی عروق، سلولهای اندوتلیال سازنده داخلی ترین لایه دیواره هر رگ در بدن را، به سیستم لوله ها متصل کنند. این فناوری فعلاً در مرحله آزمایشی قرار داشته و قرار است بر روی حیوانات آزمایش شود. استفاده از پرینتر سه بعدی در جراحی فک و صورت در ایران عمل جراحی فک و صورت به روش سنتی همواره جزء وقت گیرترین عمل های جراحی است. این عمل در بسیاری از موارد توأم با برداشتن بخشی از استخوان بیمار است، که پزشکان برای اینکه از تغییر ناهنجار چهره افراد پس از عمل جلوگیری کنند، از قطعه ای به نام پلیت بازسازی استفاده می کنند.

ساخت پلیت که باید کاملاً منطبق بر چهره بیمار باشد از وقت گیرترین قسمت های عمل است. پزشکان برای این کار باید هنگام بیهوشی بیمار پس از دیدن موضع، استخوان معیوب را خارج کرده و پلیت بازسازی را در محل مناسب قرار دهند که این کار زمان- گیر است و دقت بالایی هم ندارد.

اما پرینتر سه بعدی ساخته شده توسط یک شرکت دانش بنیان ایرانی به گروه جراحی دانشگاه شهید صدوقی یزد به سرپرستی دکتر علیرضا نواب عظم کمک کرد تا پیش از عمل جراحی، نمونه دقیق فک یک بیمار 48 ساله مبتلا به سرطان، فک تحتانی را با کمک متخصصین ساخته و با استفاده از آن پلیت بازسازی را با الگو برداشتن از فک بیمار بسازد. این روش موجب شد تا زمان جراحی حدود 40 درصد کاهش یابد که این امر منجر به صرفه جویی در هزینه عمل و کاهش زمان بیهوشی گردید.

متخصصین شرکت ماشین های هوشمند هزاره سوم به عنوان طراح و سازنده اولین پرینتر سه بعدی بومی که با حمایت شرکت سرمایه گذاری شناسا به تولید صنعتی نیز رسیده است، با تحلیل عکس های سی تی اسکن سه بعدی نمونه فک تحتانی را با خطایی کمتر از ۳۲ میکرون ساختند.

گروه جراحی با بررسی دقیق این نمونه سه بعدی ضمن به دست آوردن اطلاعات دقیق از شرایط بیمار، پیش از عمل جراحی اقدام به انطباق پلیت بازسازی کردند. با شروع عمل جراحی پس از قطع قسمت درگیر بلافاصله پلیت بازسازی که از قبل با دقت بسیار بالا منطبق و استریل شده بود مورد استفاده قرار گرفت.

دکتر نواب درباره مزایای در اختیار داشتن نمونه دقیق سه بعدی می گوید:

پیش از این پزشکان برای ساخت مدل استخوانهای صورت به روش استریولیتوگرافی ناچار به سفارش به لابراتوارهای ساخت بودند چرا که به دلیل هزینه بالای خدمات توانایی نگه داری و استفاده از آن ها را در مطب و یا کلینیک خود نداشتند این در حالی است که امروزه قیمت بسیار مناسب پرینترهای سه بعدی و خدمات مدلسازی آنها، حتی امکان خریداری و استفاده از آن را برای پزشکان در مطب و کلینیک فراهم می کند.

وی می افزاید: استفاده از این روش برای بیمارانی که قرینگی در مفاصل صورت آن ها وجود ندارد و یا به عبارتی بعضی از قسمتها دچار نا قرینگی مفصل هستند در این نوع عمل جراحی بسیار مفید خواهد بود. موارد ذکر شده تنها چند نمونه، از کاربردهای پرینترهای سه بعدی در حوزه‌ی پزشکی می باشند، که برای مثال می توان به ساخت کلیه مصنوعی، استخوان مصنوعی و پوست مصنوعی نیز، با استفاده از این فناوری اشاره کرد.


کانال آپارات تیک مد

نویسنده:

منابع بیشتر مطالعه برای شما:

منابع اطلاعاتی بیشتر

http://3dprinting.com

https://www.medicaldevice-network.com/

پیگیری سفارش
لیست مقایسه
شگفت انگیز ها