کمک چاپ سه بعدی به طرح ریزی برای جراحی

عکسی از یک لوب کبد درست شده با چاپ سه بعدی که در کنار لوب واقعی نشان داده شده است.
اندامهای بدنی ساخته شده با چاپ سه بعدی مانند این لوب کبد ، که در کنار لوب گوشتی و خونی نشان داده شده است ، می توانند به پزشکان در طراحی و انجام جراحی هایی مانند عمل پیوند کمک کنند.
اعتبار: N.N. ZEIN ET AL / LIVER TRANSPLANTATION 2013
 
آنچه که در تصویر بالا مشاهده می کنید ، یک لوب یک کبد است ، که دو بار نشان داده شده است - در سمت راست ، گوشتی و خونی آن است ، برداشته شده از یک اهدا کننده پیوند ، و در سمت چپ ، کبدی است که از پلاستیک ایجاد می شود تا مجاری صفرا ، شریان ها و وریدها را نشان دهد و لایه به لایه توسط پرینتر سه بعدی روی هم گذاشته شده است. هدف از چنین فناوری کمک به جراحان است برای برنامه ریزی و تمرین روشهای پیچیده و آموزش جراحان جدید با شبیه سازهایی است که مشابه یک بیمار پاسخ می دهند.
 
جراحان همان طور که استفاده از کارد جراحی و شکاف را برای برش و بخیه دقیق و سریع مدیریت می کنند قلمروی آناتومی پیچیده را در می نوردند. کار آنها با این واقعیت سخت تر می شود که آناتومی انسان دور از یکنواختی است. برای آماده کردن مناسب ، آنها به طور معمول از تصاویر دو بعدی از اسکن های توموگرافی کامپیوتری (CT) یا تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) برای طرح ریزی استفاده می کنند.
 
اما به طور فزاینده‌ای آنها به سمت مدلهای واقع بینانه سه بعدی‌ای گردش دارند که مخصوص بیماران فردی است.
 
از چنین مدل هایی قبلاً برای آموزش بیماران ، برای انجام ورزیدگی های عمومی و طرح ریزی و تمرین روش های مخصوصاً دشوار استفاده می شده است. اما در آینده ، مدلهای سه بعدی ، چه فیزیکی چه مجازی ، می توانند ابزارهایی معمول شوند برای تربیت جراحان یا طرح ریزی قبلی روندها.
 

برای چاپ سه بعدی، محققان ابتدا برش های دو بعدی دیجیتالی پی در پی زیادی از اسکن های CT یا MRI را در یک نقشه توپوگرافی ترکیب می کنند که ساختارهای پیچیده را در سطوح مختلف اندام برجسته می کند. چاپگرها سپس مدل ها را به صورت لایه به لایه می سازند - بعضی اوقات با استفاده از یک جوهر افشان برای نشاندن قطرات ریز رزین که با درخشش نور UV در محل ثابت می شوند ، یا با روزن رانی کردن نوارهای پلیمری که وقتی رها می شوند سخت می شوند.
 
این فناوری برای اولین بار در دهه 1980 توسعه یافت ، زمانی که چنین چاپگرهایی گران و حساس بودند و مواد محدود بودند. اما در چند سال اخیر ، پیشرفت ها باعث شده است که حتی برای مصرف کنندگان خانگی مقرون به صرفه باشند ، و بهبودها در نرم افزار و روش های چاپ این امکان را برای دانشمندان و مهندسان فراهم کرده است تا مخلوط های پیچیده ای از رنگ ها و بافت ها را با دقت بالایی چاپ کنند ، بنابراین مدل های اندامی بسیار دقیق تر و واقعی تری ایجاد می کنند ، همانطور که در یک مرور کلی در نشریه بررسی سالانه شیمی تحلیلی سال 2018 بیان شده است.
 

عکسِ یک کلیه مصنوعی که در یک قالب پرینت سه بعدی نشسته است. هیدروژلهای جیگلی که درون قالب ریخته می شوند ، به اندام به دست آمده خواص واقع گرایانه ماهیچه ، چربی یا بافتهای دیگر را می دهند.
این کلیه مصنوعی با یک تومور در یک قالب چاپ سه بعدی ایجاد شده است. هیدروژلهای جیگلی که درون قالب ریخته می شوند ، به اندام به دست آمده خواص واقع گرایانه ماهیچه ، چربی یا بافتهای دیگر را می دهند.
اعتبار: ADAM FENSTER ، دانشگاه روچستر
 
نزار زِین ، متخصص گوارش کلینیک کلیولند ، اولین بار در سال 2012 پس از مطالعه درباره افرادی که خانه هایی با چاپگرهای سه بعدی می ساختند و کاربردهای بالقوه این فناوری در اکتشافات فضایی ، ایده چاپ مدل های اندام را در نظر گرفت. او نمی دانست که آیا این روش می تواند پیوندهای کبد از اهدا کنندگان زنده را ایمن تر کند یا نه.
 
هر کبد دارای یک شبکه منحصر به فرد و پیچیده از شریان ها ، ورید ها و مجاری صفراوی است و یک بریدگی نا به جا می تواند منجر به عوارض ، و حتی مرگ در اهدا کننده یا گیرنده شود. بنابراین زین تیمی از پزشکان ، متخصصان تصویربرداری ، مهندسین و طراحان نرم افزار را برای تولید یک کبد چاپی مخصوص بیمار از رزین برای هدایت فرایند جراحی جمع آوری کرد.
 
اولین نمونه اولیه خام بود - زین به یاد می آورد: "واقعاً مثل کودکی که با خمیر مجسمه سازی بازی می کند". کمتر از سه چهارم اندازه واقعی ، کاملاً شفاف نبود و فاقد کدهای رنگی برای انواع مختلف بافت بود. در آینده ، مدلهای سه بعدی ، چه فیزیکی چه مجازی ، می توانند ابزارهایی معمول شوند برای تربیت جراحان یا طرح ریزی قبلی روندها. اما به اندازه کافی امیدوار کننده بود که به همکاران جراح نشان دهد زیرا آنها روی یک مورد نمای برجسته بحث می کردند که یک اهدا کننده کبد از عوارض خطرناکی روی میز عمل رنج می برد. زین به یاد می آورد که یکی از این جراحان می گفت که چنین مدلی ممکن بود اهدا کننده را نجات دهد.
 
زین این مدل را اصلاح کرد ، و در سال 2013 شروع کرد به مطالعه این که چگونه یک مدل کبد سه بعدی اندازه واقعی، علاوه بر اسکن های دو بعدی ، چگونگی برنامه ریزی جراحان برای عمل را تغییر می دهد. یک مطالعه کوچک اولیه نشان داد که مدلهای آنها با اندامهای زنده از نظر آناتومی و شکل مطابقت دارد. از زین و مدل های تیمش در بیش از 20 عمل جراحی استفاده شده است. زین می گوید ، در بسیاری موارد ، نگاه کردن به این مدل باعث شده است که جراحان نحوه برش اعضای بدن را تغییر دهند ، و در یک مورد جراحان را به این نتیجه رساند که اهدا کننده مناسب نیست.
 
منبع: سارا وب