پرینتر سه بعدی در پزشکی

نمونه ای از کاربرد پرینتر سه بعدی در طراحی پزشکی و درمان

چرا برای پزشکی و عملیات درمان
از پرینتر سه بعدی استفاده کنیم؟

• بوسیله مدل های واقعی، پزشکان ارتباط شفاف و مشخصی با بیماران برقرار می کنند.
• به کمک این ابزار، پزشکان می توانند برنامه ریزی دقیق برای درمان داشته و از زمان درمان کاسته و دوره ریکاوری را برای بیماران کاهش دهند.
• بوسیله نمونه سازی سریع، ابداعات نوآورانه در زمینه ساخت ابزارهای درمانی بوجود می آیند.
• مدل های ارزان جهت آموزش روش های درمانی بسازید.
• پروتزهای درمانی خاص و بسیار کم هزینه برای بیماران ساخته می شود.
• آماده ی ساخت اندام حیاتی بدن مثل قلب،کلیه،کبد و … با تکنولوژی چاپ سه بعدی شوید.

در این مقاله با پنج دسته از کاربردهای چاپ سه بعدی در پزشکی و درمان آشنا می شویم:

مدل های آناتومی چاپ شده از اعضای بیمار، در حال تبدیل شدن به یکی از ابزارهای پرکاربرد برای پزشکان قبل و حین عمل های جراحی است. این مدل ها با دقت بالا و از طریق اسکن اعضای بدن بیماران ساخته می شوند.

• اگر علاقه مند هستید تا در مورد نحوه ی ساخت مدل ها از اعضای اسکن شده بدانید، مقاله ی “نحوه ی تبدیل فایل های سی تی اسکن به فایل های سه بعدی” را بخوانید.

هر چه عمل های جراحی پیچیده تر می شوند، لزوم استفاده از نمونه ی چاپ شده ی اندام مورد عمل بیمار، بیشتر احساس می شود. چرا که برای جلوگیری از خطاهای تیم پزشکی و همچنین تمرین قبل از عمل و علاوه بر آن آرامش بیشتر بیمار، از این نمونه های چاپ شده استفاده خواهد شد.

جالب است بدانید طی یک تحقیق روانشناسی، بیمارانی که با استفاده از ارگان های چاپ شده ی قبل از عمل با شرایط و مراحل عمل خود آشنا شده اند، استرس کمتری برای مواجعه با یک عمل جراحی داشته اند.

نمونه های بسیار زیادی از این کاربرد در مراکز پزشکی کشورمان نیز انجام می شود و به سرعت در حال افزایش است. دکتر توفیقی، یکی از محققان کشورمان است که سعی دارد با استفاده از تکنولوژی چاپ سه بعدی شبیه سازی های عملیات درمانی و عمل جراحی، برای گونه ای از تومورهای مغزی را برای پزشکان جراح فراهم کند.

در این پروژه ی تحقیقاتی، او و تیمش سعی دارند تا با بررسی عکس های سی تی اسکن از مغز بیماران، پردازش این عکس ها توسط هوش مصنوعی، و تشخیص محل و اندازه ی تومور، و در نهایت تبدیل مدل این تومور به فایل سه بعدی و چاپ آن، قبل از عملات جراحی، دید بسیار واضحی از شرایط تومور برای تیم پزشکی فراهم کنند.

در مقاله “تشخیص تومورهای سرطانی مغز توسط هوش مصنوعی” به تشریح کامل این روش درمانی و فرآیندهای تحقیقاتی آن پرداخته ایم.

از کاربردهای دیگر این دسته می توان به ساخت مدل های اندام (مولاژ) جهت کارهای آموزشی اشاره کرد. مولاژهای موجود در بازار علاوه بر قیمت بالا گاها در دسترس همه ی مراکز آموزشی و پزشکی (برای مثال در مناطق محروم) نیستند. و علاوه بر آن به دلیل ثابت بودن مدل های آنها خلاقیت و تغییرات در آنها جهت آموزش موارد خاص امکان پذیر نیست. با کمک پرینتر سه بعدی می توان به همه ی این موارد دست پیدا کرد.

دکتر بهزادیان و دستیارانش در دانشگاه علوم پزشکی کاشان با استفاده از پرینتر سه بعدی و اسکنر سه بعدی، توانسته اند چرخه ی تولید مولاژهای آموزشی را تکمیل کنند. در مقاله “تولید مولاژهای پزشکی آموزشی به چاپگر سه بعدی” می توانید اطلاعات کاملی از این کار ارزشمند به دست بیاورید.

از کاربردهای اصلی پرینترهای سه بعدی نمونه سازی اولیه (Prototype) است. به این شکل قبل از ساخت هر دستگاه یا ابزاری می توان یک نمونه ی کاملا عملیاتی و واقعی از آن ابزار را ساخت و از آن تست عملیاتی گرفت.

این برگ برنده در مهندسی پزشکی و ساخت ابزار و دستگاه های پزشکی بسیار حائز اهمیت خواهد بود. چرا که ساخت این دستگاه ها اکثرا به دلیل نیاز به دقت بالا و تست های بالینی پیش از تولید انبوه، هزینه و زمان زیادی را طلب می کند.

با تکنولوژی ساخت سریع چاپ سه بعدی هر ابزاری قبل از رسیدن به محصول نهایی، می تواند بارها و بارها ساخته شود، اصلاح شود و در عملیات درمانی مورد آزمایش قرار گیرد، تا به هنگام ساخت محصول نهایی مطمئن باشیم که کوچکترین خطا و در نتیجه سربار عملیاتی نخواهیم داشت.

بیش از ۹۰ درصد از ۵۰ کمپانی بزرگ تولیدکننده تجهیزات و دستگاه های پزشکی، نمونه ی اولیه محصولات با دقت بالای خود را با استفاده از تکنولوژی چاپ سه بعدی تولید و آزمایش می کنند.

دکتر حاجی بابایی یکی از متخصصینی است که برای ساخت ابزارهای پزشکی و درمانی، نمونه های اولیه از دستگاه ها و ابزارهای خود را با استفاده از پرینتر سه بعدی ساخته و پس از تایید نهایی اقدام به تولید آن محصول می کند. یکی از محصولات تولید شده با این روش دستگاه های ضدعفونی کننده ی هوا است که در محیط های بهداشتی و بیمارستانی کاربرد زیادی دارند.

اگر دوست دارید در مورد دستگاه های ضدعفونی کننده بیشتر بدانید، داستان تولید دستگاه های ضد عفونی کننده هوای شرکت رایکا درمان را از اینجا بخوانید.

سالانه صدها هزار نفر در سرتاسر دنیا عضوی از بدن خود را از دست می دهند. اما به دلایل مختلف تنها درصدی از آنها امکان دسترسی به پروتزهای توانبخشی جهت جبران بخشی کمبود عضوی خود را دارند.

پروتز Prosthesis وسیله ای مصنوعی می باشد که جایگزین یک اندام از دست رفته بدن میشود. پروتز یا اندام مصنوعی را در مواردی بکار میبرند که قستی از اندام به علتی وجود ندارد بعنوان مثال قسمتی از اندام ممکن است بصورت مادرزادی وجود نداشته باشد یا بدنبال آسیب دیدگی ناشی از ضربه یا در اثر بیماری هایی مثل دیابت  از بین برود.

پروتزهای ساده تنها در سایزهای محدودی در دسترس هستند، دقیقا منطق بر عضو آسیب دیده نیستند و مناسب برای همه ی معلولین نیستند. در حالیکه پروتزهای سفارشی سازی شده دقیقا منطبق بر عضو آسیب دیده و سایز اندام بدن فرد هستند و کارایی عملیاتی بالاتری را برای فرد معلول به ارمغان می آورند.

در سال های اخیر  تعداد و انواع پروتزهای افزایش یافته است با قدرت گرفتن صنعت چاپ سه بعدی گام های بلندی در جهت بهبود کیفیت اندام های مصنوعی برداشته شده است. مزیت این اندام های سه بعدی چاپ شده بر نوع سنتی آن به شرح زیر است:

۱- قیمت پایین آن و تطبیق پذیری آسان آن است و چرا که می توان  آن را با توجه به شرایط خاص و نیاز بیمار در کمتری زمان طراحی و چاپ کرد.
۲- پروتزهای سه بعدی پرینت شده به مشکل کودکان و نوجوانانی که با رشد سریع اندامهایشان هر چند وقت یک بار باید پروتز خود را تعویض کنند، خاتمه داده است و در کمترین زمان اندامهای آنها را تولید می کند.
۳- دسترسی در کشورهای توسعه نیافته و فقیر آسان تر انجام می شود و معلولینی که به صورت مادرزادی و یا حتی جراحت در جنگ اندام خود را از دست داده اند می توانند پروتزهایی دقیقا طراحی شده بر مبنای اندام و نیازشان دریافت کنند.

پروژه ی E-nable  یکی از پروژه های جالب در زمینه ی ساخت پروتزهای توانبخشی در ناحیه ی فوقانی بدن است. این پروژه تشکیل شده از متخصصین و افراد عادی در سراسر دنیا است که در یک فضای عمومی اشتراکی، برای افراد معلول در اطراف خود پروتزهای سفارشی سازی شده بر مبنای نیاز آنها می سازند و دستاوردهای خود را نیز به اشتراک می گذارند.

• در مقاله “ساخت پروتزهای درمانی با فناوری چاپ سه بعدی ” جزئیات این پروژه را توضیح داده ایم.

علاوه بر اینها، دوستداران حیوانات و انجمن های حمایت از حیوانات می توانند به آسانی و هزینه های پایین تر پروتزهای توانبخشی برای کمک به حیوانات آسیب دیده و دارای نقص عضو را در اختیار آنها قرار دهند.

مهندس زالی به کمک همکارانش به یاری یک تیم دامپزشکی شتافته تا بتوانند به یک سگ معلول از ناحیه ی دست کمک کنند تا بتواند توان راه رفتن خود را باز یابد.

تعداد زیادی از انسانها به صورت مادرزادی و یا در طول زندگی دچار مشکلات و انحراف در اندام می شوند که نیاز است برای رفع این ایرادها از ابزارها، نگهدارنده ها و یا شابلون های اصلاح کننده استفاده شود.

برای مثال امروزه تعداد زیادی از درمانگران برای اصلاح انحرافات در ستون فقرات، پس از اسکن کردن بدن بیمار، و طراحی فیکسچر (نگهدارنده) خاص بیمار بر مبنای سایز بدن او، برای مدتی و با استفاده از فیکسچرهای مختلف ستون فقرات را به حالت طبیعی خود بر می گردانند.

از دیگر کاربردها در این زمینه می توان به طراحی کفی کفش برای اشخاصی که از گودی بیش از حد و صافی کف پا رنج می برند اشاره کرد. با اینصورت که با اسکن کف پاهای بیمار، کفی مخصوص او طراحی شده و با استفاده از مواد اولیه فلکسیبل پرینت شده و کفش مخصوص فرد برای او ساخته می شود.

در این ویدئو می توانید مشاهده کنید که پدر این کودک مبتلا به آسیب مغزی (از بدو تولد) چگونه با استفاده از پرینتر سه بعدی توانسته است ارتزهای مخصوص بسازد تا در فعالیت های حرکتی او را یاری کنند.

ساخت ارگان های زنده ی بدن مثل قلب، کلیه، کبد، چشم و … شاید تا چند سال پیش فقط در فیلم های تخیلی و یا آخرالزمانی دیده می شد. ولی به لطف علم کم کم باید در آینده ی نه چندان دور بتوانیم تمامی ارگان های بدن را به صورت سفارشی برای هر بیمار بسازیم!

همین الان، در پروژه های آزمایشگاهی، پوست، رگ های خونی، کبد، بینی، استخوان، پوست و حتی قلب با استفاده از مهندس باغت و بایوپرینت ساخته شده اند. بنابراین کمربند خود را محکم ببندید و آماده ی آینده ی نه چندان دور جذاب در درمان بیماری ها باشید!

در مهندسی بافت و بایوپرینت فرایند ساخت اندام با استفاده از سلول های بنیادی انجام می شود. به این شکل که با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی داربست هایی شبیه به ساختار فیزیکی عضو مورد نظر ساخته می شوند. سلول های بنیادی به داخل این ساختارها هدایت می شوند و با قرار گرفتن در محیط کنترل شده و شبیه سازی شده به آن عضو به این سلول ها القا می شود که تبدیل به سلول های آن بافت یا عضو بشوند.

به زبان خیلی ساده سلول های بنیادی را درون ساختار ساخته شده قرار میدهیم و به آنها میگوییم قلب شو و این سلول ها یک قلب با مشخصات ژنتیکی خود فردی که سلول بنیادی از او استخراج شده تشکیل خواهند داد.

با این روش یک بافت زنده و تازه با استفاده از ویژگی های ژنتیکی خود فرد داریم و مشکلاتی شبیه پس زده شدن توسط سیستم دفاعی بدن که توسط روش پیوند عضو توسط فرد اهداکننده ی دیگر پیش می آید را نداریم.

در زمینه بایوپرینت و مهندسی بافت و ساخت ارگان های حیاطی با چاپ سه بعدی در دنیا پروژه های زیادی در حال انجام است که شاید بتوان برجسته ترین آنها ساخت یک قلب واقعی در ابعاد کوچک و آزمایشگاهی توسط Aviv University دانست.

در ایران نیز تیم های تحقیقاتی مختلفی در این زمینه فعال هستند. تیم پزشکی دکتر خجسته، با استفاده از این تکنیک و بایوپرینترهای شرکت سی زان تا کنون موفق به درمان چندین بیمار در زمینه بازسازی استخوان ساق پا و فک شده اند.

برای کسب اطلاعات دقیق از این پروژه می توانید مطلب “رونمایی از استخوان مصنوعی تولید شده با پرینتر سه بعدی بایو” از مطالعه نمایید.