ایمپلنت های پزشکی پرینت سه بعدی

پیش بینی می شود ارزش بازار AM در حوزه ی ایمپلنت های پزشکی تا سال 2025 به 0.27 میلیارد دلار برسد. پرینت سه بعدی امکان سفارشی سازی ایمپلنت های پزشکی را فراهم می کند که پاسخگوی نیازهای خاص هر بیمار است. راه حل های ایجاد شده با پرینت سه بعدی از نظر امکانات طراحی، زمان ساخت، هزینه ها به روش های ایمپلنت سنتی برتری دارد. امروزه ایمپلنت های پرینت سه بعدی از تیتانیوم ساخته می شوند، فلزی که در بخش پزشکی به دلیل سازگاری زیستی آن از ارزش بالایی برخوردار است. همچنین بدنبا این ماده سازگاری خوبی دارد که یکی از مسائل کلیدی در زمینه ی ایمپلنت ها است. در ادامه چند نمونه از این ایمپلنت های پرینت سه بعدی را می بینید.

دریچه های قلب سیلیکونی پرینت سه بعدی

گرچه، ایمپلنت فقط محدود به استخوان نیست، اما به دلیل سهولت ساخت آنها، در بازار نیز بیشتر دیده می شوند. به تازگی، نمونه هایی از ایمپلنت برای قطعه هایی که در اصل از بافت ارگانیک ساخته شده اند، را نیز مشاهده کرده ایم. به عنوان مثال، این مورد از پروتز دریچه قلب با استفاده از سیلیکون AM ساخته شده است. این دریچه های قلب سه بعدی مصنوعی که با همکاری تیمی از محققان ETH زوریخ و شرکت Strait Access Technologies ساخته شده اند، می توانند جایگزین دریچه ها در افراد سالخورده باشند. محققان تصمیم گرفتند از سیلیکون استفاده کنند زیرا با بدن انسان سازگار است.

شبکیه چشم مصنوعی کربنی پرینت سه بعدی

در این مورد، یک مهندس استرالیایی یک شبکیه مصنوعی پرینت سه بعدی از جنس کربن ساخته تا به مردم کمک کند دوباره ببینند. دکتر Matthew Griffith از دانشگاه سیدنی تشخیص داد که می تواند با ایجاد یک دستگاه کربنی که نور را جذب می کند و سپس بار الکترونیکی ایجاد می کند، دقیقاً مانند یک چشم. علاوه بر این، به لطف تولید کم هزینه با پرینت سه بعدی، این امکان برای او وجود داشت که خودش این شبکیه مصنوعی را طراحی کند.

روشی جدید برای تعویض مفصل زانو

بر اساس آمار، سالانه نزدیک به 1 میلیون نفر تحت عمل جراحی زانو و لگن قرار می گیرند. با این حال، بسیاری از این پیوندها شکست می خورند، و به طرز باورنکردنی، در 50 سال گذشته این پروسیجر تقریباً هیچ تغییری نکرده است. کمپانی آمریکایی Monogram Orthopedics مأموریت دارد تا تغییراتی ایجاد کند. در حال حاضر کمپانی در تلاش برای توسعه ی محصولی با ترکیب پرینت سه بعدی و تکنولوژی روباتیک برای شخصی سازی انبوه ایمپلنت های ارتوپدی است. با استفاده از آلیاژ تیتانیوم، این ایمپلنت ها کمتر دردناک هستند و احتمال شکست آنها نیز کمتر است. اگرچه کمپانی این محصول را تجاری کرده است، اما اولین عمل جراحی آرتروپلاستی کامل زانو (TKA) را در مارس 2021 انجام داده است.

ایمپلنت های پزشکی ترمیمی فک و صورت

AB Dental با استفاده از تکنولوژی SLS برای ساخت ایمپلنت های سفارشی استفاده می کند و تکنولوژی استفاده از آن را در دهان، فک و صورت ابداع کرده است. سیستم ابداعی این کمپانی به پزشکان اجازه می دهد تا در مقایسه با روش های سنتی، درمان های ترمیم دندان و صورت را با دقت بیشتری انجام دهند. این شرکت چندین ایمپلنت پرینت سه بعدی ترمیمی برای بیماران ارائه می دهد، از جمله افزودن سقف سینوس، ترمیم استخوان اربیتال و ایمپلنت زیر سطحی برای فک های جذب شده.

استخوان های سفارشی با حفره های میکرو

با شعار تجاری “ما استخوان پرینت می کنیم”، Particle3D در سال 2014 توسط دو دانشجوی مهندسی پزشکی و استاد آنها با هدف توسعه یک راه حل جدید برای جایگزینی استخوان های اسیب دیده راه اندازی شد. امروزه، Particle3D در حال توسعه ایمپلنت های استخوانی مخصوص هر بیمار بر اساس اسکن CT/MRI خود بیمار است که به ایمپلنت های پرینت سه بعدی منحصر به فردی با بافت داخلی مشابه استخوان طبیعی می شود.

ایمپلنت فیوژن نخاعی با پرینت سه بعدی

NanoHive Medical پیشگام در کاشت ایمپلنت های فیوژن است. این کمپانی با استفاده از تکنولوژی مشبک تیتانیوم اختصاصی خود، به جراحان و ویژگی های مدول الاستیک بیومکانیکی بیمار خود، تصویربرداری تشخیصی دقیق و جذب و یکپارچگی سلولهای استئوبلاست ارائه می دهد – همه اینها باعث سفتی یا ناراحتی کمتر برای بیمار و ثبات ایمپلنت سریعتر در مقایسه با روشهای کاشت PEEK موجود می شود.

ماتریکس Nexxt

کمپانی آمریکایی Nexxt Spine چندین سال است که در زمینه ساخت ایمپلنت برای بیماری های ستون فقرات تخصص دارد. با استفاده از Nexxt Matrixx، این کمپانی به نوآوری دیگری نیز دست یافته است: ایمپلنت های تیتانیوم پرینت سه بعدی برای تقویت پروسه ی استخوان سازی، بهبود توپوگرافی سطح و ترویج تولید عوامل رگ زایی در نظر گرفته شده است. به نظر می رسد این نامگذاری از شبکه متخلخل 75٪ ایمپلنت الهام گرفته شده است که باعث تراکم استخوان و تجسم رادیولوژیکی می شود. این کمپانی از تجهیزات GE Additive در ساخت ایمپلنت های خود استفاده می کند؛ از این رو برای تولید قطعات تیتانیوم خود به فرایند DMLM متکی است. Andy Elsbury، بنیانگذار Nexxt Spine می گوید که بیماران و کلینیک ها به ویژه از قدرت و سازگاری زیستی ایمپلنت های تیتانیوم سود می برند.

ایمپلنت چشم

مدار حفره استخوانی است که چشم در آن می نشیند و از نظر شکل از فردی به فرد دیگر متفاوت است. بنابراین، روش های جراحی در اطراف مدار پیچیده و اغلب طولانی هستند، به ویژه در مورد ایمپلنت ها: پزشکان باید از موقعیت مدار و نصب صحیح آن اطمینان حاصل کنند. در مرکز صنعتی دانشگاه پلی تکنیک هنگ کنگ، گروهی مدل هایی را برای سهولت این عملیات پرینت کردند. تیم با اسکنر و اشعه ایکس بیمار شروع به ایجاد یک مدل CAD می کند. سپس قسمتهای بالا و پایین قالب را روی دستگاه Stratasys با ترموپلاست زیست سازگار پرینت می کند و سپس یک ورق تیتانیوم را در قالب فشار می دهد تا شکل ایمپلنت را بدست آورد. این به خودی خود ایمپلنت پرینت سه بعدی نیست، اما زمان عمل را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

نگارهی 8) ایمپلنت های پزشکی-چشم

اولین ایمپلنت کلاویکول PEEK با پرینت سه بعدی

در فوریه 2019 تولید کننده پرینترهای سه بعدی IEMAI 3D و بیمارستان دانشگاه کونمینگ با موفقیت یک ترقوه پرینت سه بعدی با استفاده از PEEK، یک ترموپلاستیک بسیار مقاوم و زیست سازگار، کاشته بودند. بیماری که این ایمپلنت پرینت سه بعدی را دریافت کرده بود از سرطان رنج می برد و مجبور به گذراندن جلسات شیمی درمانی بود، اما نمی توانست ایمپلنت فلزی دریافت کند. دستگاه مورد نظر سفارشی بود: AM این امکان را فراهم می کرد که نیازهای بیمار را بسیار سریعتر و آسانتر برآورده شود. به نظر می رسد PEEK بسیار خوب پذیرفته شده است. این ایمپلنت بر روی دستگاه IEMAI 3D MAGIC-HT-M پرینت شد.

ایمپلنت های پزشکی پرینت سه بعدی گوش

چکشی، سندانی و رکابی نانم سه استخوان در گوش ما است که کوچکترین در بدن انسان هستند زیرا پس از تولد رشد نمی کند. شکل، اندازه و موقعیت آنها برای عملکرد صحیح گوش بسیار مهم است. با این حال، گاهی اوقات این استخوان ها می شکنند و نیاز به تعویض دارند. این همان اتفاقی است که در آفریقای جنوبی رخ داد، و با استخوان های تیتانیوم پرینت سه بعدی این نقص جبران شد. پس از اسکن سه بعدی گوش میانی، تیم جراحان پشت این عمل توانستند ایمپلنت سفارشی را مدل سازی کنند و سپس روی دستگاه powder bed laser fusion پرینت شد.

تصویری از خود استخوان و نه ایمپلنت

کاشت فک با پرینت سه بعدی پس از برداشتن تومور

Anelia Myburgh، زنی استرالیایی از ملبورن است که به لطف تکنولوژی های AM کیفیت زندگی اش بهبود پیدا کرد. به دلیل وجود تومور بدخیم در فک و دندانهای وی، پزشکان مجبور به برداشتن آن شدند و از دست دادن بیش از 80 درصد فک باعث ایجاد تغییر شکل در چهره این زن شد. این موضوع دکتر George Dimitroulis، جراح فک و صورت را بر آن داشت تا امکانات AM را برای ایجاد مدل های سفارشی بررسی کند. از این رو، او ایمپلنت فک با قاب تیتانیومی ایجاد کرد که قادر به پیوند استخوان است. پس از بیش از 5 ساعت عمل جراحی و چندین ماه بهبودی، می توان گفت که این عمل موفقیت آمیز بود.

قفس دنده ای Renishaw

به دلیل سرطان سینه، Peter Maggsکه 71 سال سن دارد برای برداشتن تومور تحت عمل جراحی 8 ساعته قرار گرفت. در مراحل جراحی، سه دنده و قسمتی از جناغ سینه او برداشته شد، بنابراین پزشکان به دنبال راهی برای جایگزینی قسمت های از دست رفته بودند. برای انجام این کار، آنها به ساخت ایمپلنت های پرینت سه بعدی فلزی، به ویژه راه حل های Renishaw روی آوردند تا یک مدل با کیفیت بالا و زیست سازگار از قفسه سینه ایجاد کنند. Ira Goldsmith، جراح قلب و عروق توضیح داد که یکی از مزایای اصلی استفاده از پروتز پرینت سه بعدی این است که می توان آن را کاملاً سفارشی و متناسب با بیمار کرد. و او آن را ثابت کرد و به Maggs یک راه حل سریع و کارآمد ارائه داد.

ایمپلنت های پلی آمید قابل انعطاف پرینت سه بعدی برای دنده ها

در سال 2018، در بلغارستان، Ivaylo Josifov با بیماری لوزه وارد بیمارستان شد و با یک دنده پرینت سه بعدی جدید از بیمارستان خارج شد. پزشکان تغییر شکل در دنده های او که به ریه ها فشار وارد می کرد را تشخیص دادند و سریعا او را جراحی کردند. و برای درمان، با همکاری تولید کننده پرینتر سه بعدی لهستانی 3DGence، پزشکان تصمیم گرفتند از AM استفاده کنند. برای انجام این کار، آنها ابتدا یک اسکن سه بعدی از استخوان بیمار انجام دادند و سپس آن را از پلی آمید منعطف پرینت کردند.

ایمپلنت جمجمه ای با پرینت سه بعدی

Tiffany Cullern زن جوانی از بریتانیا است که در 20 سالگی دچار تومور مغزی شد.  توموری خوش خیم که باید به سرعت برداشته می شد تا از آسیب دیدن مغز جلوگیری شود. بنابراین پزشکان تصمیم گرفتند Tiffany را تحت عمل جراحی 6 ساعته قرار دهند تا تومور برداشته شود. اگرچه عمل به خوبی انجام شد، دختر تا دو روز بعد واکنشی نشان نداد: مغز او متورم شده بود. به منظور کاهش فشار، پزشکان مجبور شدند قسمتی از جمجمه را بردارند و زن بریتانیایی مجبور شد در سه هفته اول پس از عمل با 12.7 سانتی متر جمجمه کمتر زندگی کند. سپس با ایمپلنت پرینت سه بعدی ساخته شده از تیتانیوم، پلاستیک و کلسیم این قسمت نیز پر شد.

ایمپلنت های غضروفی با پرینت سه بعدی برای مبارزه با آرتروز

در بدن انسان و سگ، یک لایه ی کوچک غضروفی، سطوح مفصلی را محافظت می کند و به استخوان ها اجازه می دهد تا به درستی حرکت کنند. اما متأسفانه با گذشت زمان، این غضروف تجزیه می شود و در نتیجه باعث آرتروز و متعقبا درد مفاصل می شود. برای غلبه بر این مشکل، محققان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی یک ایمپلنت حاوی غضروف از سلول های بنیادی بیمار تهیه کردند. این نوع ایمپلنت که تا حدی با پرینت سه بعدی ساخته شده است، با موفقیت روی گروهی از سگ ها با مشکل لگن آزمایش شده است. این گروه به دو قسمت تقسیم شد و یک گروه ایمپلنت دریافت کرد و گروه دیگر نه. سگ هایی که ایمپلنت دریافت کردند 4 ماه پس از عمل به طور کامل بهبود پیدا کردند.