مقدمه
پرینترهای سه بعدی به عنوان یکی از شگفتی‌ها در دنیای فناوری، تاثیر عمیقی بر حوزه‌های مختلف از جمله پزشکی داشته‌اند. این تکنولوژی به پزشکان، محققان و مهندسان پزشکی این امکان را می‌دهد که مدل‌ها و ابزارهای سفارشی‌سازی شده را با دقت بالا تولید کنند. مدل‌سازی آناتومیک، جراحی‌های شخصی‌سازی شده، تولید پروتزها، مدل‌سازی دارو، آموزش پزشکی، تولید تجهیزات پزشکی و توسعه بافت و ارگان‌های مصنوعی بخشی از کاربرد پرینتر سه بعدی در پزشکی می‌باشد.
نکته قابل توجه این است که همه دستگاه‌های پزشکی را نمی‌توان با پرینتر سه بعدی، چاپ کرد. تمرکز اصلی بر روی قطعات با چاپ آسان و همچنین دستگاه‌های پزشکی خاص است. در ادامه به معرفی چند قطعه پزشکی پرداخته می‌شود که با فناوری چاپ سه بعدی، تولید شده اند.
ایمپلنت مخصوص بیمار
یکی از کاربردهای پرینتر سه بعدی در پزشکی، چاپ ایمپلنت مخصوص برای بیمار است. آناتومی هر فردی منحصر به فرد است، نکته مهمی که در طول جراحی باید در نظر گرفته شود. همچنین، باید توجه داشته باشیم که جراحی های ترمیمی خطر بالایی دارند، زیرا با آناتومی های پیچیده سروکار دارند. اگرچه ما می‌توانیم ایمپلنت‌های مخصوص بیمار(PSIs) را طراحی و توسعه دهیم اما این فرآیند به طور کلی پیچیده و پرهزینه است. پرینت سه بعدی ارزش بیشتری به PSI ها می‌بخشد، زیرا انعطاف پذیری طراحی بیشتری دارد.
اولین قدم در ساخت یک PSI چاپ سه بعدی، تولید تصاویر سه بعدی دقیق است. تصاویر حاصل عموماً در قالب تصویربرداری دیجیتال و ارتباطات در پزشکی (DICOM) ذخیره می‌شوند. از این تصاویر سه بعدی قطعه برای طراحی طرح های ایمپلنت استفاده می شود. این داده ها همان چیزی است که برای طراحی ایمپلنت استفاده می شود و پس از آن در نهایت به جی کد تبدیل می شود. پس از پرینت سه بعدی، PSI برای آماده شدن برای جراحی استریل می شود.
پروتزها
یکی دیگر از کاربردهای پرینتر سه بعدی در پزشکی ، پروتزها می‌باشند. پروتزهای پرینت سه بعدی در زندگی افرادی که دست و پای خود را از دست داده اند، تغییرات زیادی ایجاد می کند. به این دلیل است که می‌توانیم آنها را بهتر، سریع‌تر و ارزان‌تر از وسایل معمولی بسازیم. به طور کلی، مقرون به صرفه بودن چاپگرهای سه بعدی و انعطاف پذیری طراحی، پروتزهای پرینت سه بعدی را در دسترس عموم قرار می دهد. رایج ترین پروتزهای پرینت سه بعدی شامل بازوها، دست ها و پاها می باشد. برخی از شرکت ها ماهیت عملی این پروتزها را نشان می دهند.
از شرکت‌های معروف در زمینه تولید پروتز پرینتر سه بعدی می‌توان به e-NABLE و Hero-Arm اشاره کرد. e-NABLE یک استارت‌آپ است که بر چاپ سه بعدی دست‌های مصنوعی و تحویل آن به افراد نیازمند تمرکز دارد. Hero-Arm از Open Bionics، اولین بازوی بیونیک چاپ سه بعدی تایید شده بالینی در جهان است. این بازو شامل حسگرهایی است که سیگنال های الکتریکی را از عضلات کاربر به منظور انجام وظایف مورد نظر تشخیص می دهد.
استنت‌های تزریق شده با دارو
استنت‌ها کاربرد دیگر پرینتر سه بعدی در پزشکی می‌باشند. استنت های زیست تخریب پذیر پتانسیل زیادی برای بهبود نرخ باز بودن طولانی مدت با ارائه پشتیبانی برای بهبود رگ های خونی ارائه می دهند. قابلیت چاپ ویژگی هایی به کوچکی هفت میکرون، برای استنت ها مناسب است. علاوه بر این، هنگامی که داروها به مواد چاپ تزریق می شوند، به آرامی در محل کاشت آزاد می شوند و روند بهبودی در دیواره رگ های خونی را تسریع می کنند. این دستگاه‌ها برای بهبود استنت‌های فلزی که عوارض نامطلوبی را پس از ترمیم عروق ایجاد می‌کنند، به وجود آمدند. تحقیقات بیشتر منجر به ساخت استنت های مبتنی بر قند برای کمک به جراحی اطراف رگ های خونی شده است. استنت های غیر شکننده به منظور حمایت از رگ ها در کنار یکدیگر پس از طی کردن مراحل، چاپ می شوند.
بانداژ
یکی از کاربردهای پرینتر سه بعدی در پزشکی به خصوص برای کشورهای پیشرفته، بانداژ می‌باشد. سوختگی های شدید یا زخم های دیگری که در بسیاری از لایه های پوست نفوذ می کنند، به سختی قابل التیام هستند. در واقع، در برخی از کشورهای در حال توسعه، عفونت ناشی از زخم های جدی می تواند کشنده باشد. این دلیل اصلی به وجود آمدن باندهای پرینت سه بعدی است.
باندهای چاپ سه بعدی در مقایسه با نمونه های معمولی خود، مزایای زیادی دارند. برخی از مزایای کلیدی شامل سفارشی کردن باند برای زخم های خاص، تزریق مواد با مواد خاص، و افزایش دسترسی در مناطق در حال توسعه یا جنگ زده جهان است.
ابزار جراحی
یک کاربرد خاص پرینتر سه بعدی در پزشکی، ساخت ابزار جراحی می‌باشد. ابزارهای جراحی پرینت سه بعدی مزایای متعددی مانند انعطاف پذیری طراحی بالا و حداقل زمان تولید را ارائه می دهند. درایور سوزن، هموستات، دسته چاقوی جراحی و پنس تنها چند ابزاری هستند که در حال حاضر پرینت سه بعدی می شوند. چیزی که آنها را خاص می کند این است که به راحتی می توان آنها را در انواع مختلفی برای مطابقت با عملکردهای خاص ساخت.
گچ‌‌گیری
یک کاربرد ویژه پرینتر سه بعدی در پزشکی، گچ گیری می‌باشد. قالب های پرینت سه بعدی چیزهای زیادی برای ارائه دارند. این دستگاه ها انعطاف پذیر، دارای تهویه مناسب، بهداشتی و قابل بازیافت هستند. طبق بررسی فناوری MIT، یک قالب پرینت سه بعدی معمولی از یک طرح شبکه باز استفاده می‌کند که برای بیماران و آسیب‌های فردی قابل تنظیم است.
یک اسکنر، جزئیات اندام آسیب دیده را جمع آوری می کند و نرم افزار طراحی، یک مدل سه بعدی سفارشی ایجاد می کند. چنین قالب هایی اغلب به صورت سه بعدی در دو تکه چاپ می شوند و در اطراف اندام شکسته قرار می گیرند تا زمانی که بهبود یابد. بسیاری از پزشکان آنها را به گچ گیری های معمولی ترجیح می دهند زیرا سبک وزن هستند، قابل تنفس هستند، ضد آب هستند و امکان دسترسی آسان به ناحیه آسیب دیده را فراهم می کنند.
متفرقه
پرینتر سه بعدی در پزشکی، کاربردهای متفرقه دیگری نیز دارد. امروزه بسیاری از دستگاه‌های پزشکی را می‌توان با چاپگر سه بعدی تولید کرد. سرنگ گوش از جمله ابزاری است که می‌توان آن را با پرینتر سه بعدی تولید کرد. سازمانی به نام Safkan اولین دستگاه سرنگ گوش خودکار به نام Otoset را طراحی و توسعه داد. آنها با Protolabs برای تولید قطعات پرینت سه بعدی با استفاده از فناوری Polyjet و ماشینکاری CNC همکاری کردند. این دستگاه جرم گوش اضافی را در سی و پنج ثانیه تمیز و دفع می کند.
کاتترها از طریق گردن، بالای ران و بازو وارد رگ‌های خونی می‌شوند و پس از آن به قلب فرد منتقل می‌شوند. به گزارش اسکوپ، محققان دانشگاه استنفورد یک غشای سیلیکونی انعطاف‌پذیر کوچک با سوراخ‌های کوچکی ساخته‌اند که الکترودها را نگه می‌دارد. آنها کاتترهای سفارشی پرینت سه بعدی را روی دهلیز قلب قرار دادند تا سیگنال ها را منتقل کنند.
از دیگر ابزارهای پزشکی که می‌توانند با چاپ سه بعدی تولید شوند، گوشی پزشکی می‌باشد. گوشی پزشکی با پلاستیک‌های قابل استفاده مجدد چاپ می‌شود. گوشی پزشکی را می‌توان در کمتر از 3 ساعت چاپ کرد و با هزینه کمتر تهیه کرد.
جمع‌بندی و نتیجه‌گیری
با پیشرفت سریع تکنولوژی و فناوری، پرینترهای سه بعدی توانستند در پزشکی نیز خودی نشان دهند. کاربرد پرینتر سه بعدی در پزشکی نه تنها به افزایش دقت و کارایی درمان‌ها کمک می‌کند بلکه موجب تحول در روش‌های آموزشی و تحقیقاتی نیز شده است. با پیشرفت مداوم فناوری چاپ سه بعدی، انتظار می‌رود که در آینده شاهد نوآوری‌های بیشتری در این حوزه باشیم که می‌تواند به بهبود کیفیت خدمات پزشکی و افزایش رضایت بیماران منجر شود.
امروزه پرینترهای سه بعدی در مدل‌سازی آناتومیک، ساخت پروتز، تولید ایمپلنت، ساخت استنت و... کاربرد دارند و توانسته اند به روند درمان بیماران کمک کنند.