پرینت سه بعدی که به آن ساخت افزودنی نیز گفته می‌شود، یک فناوری پیشرفته و هیجان‌انگیز است — اما این به معنای دست‌نیافتنی بودن آن برای جراحان ارتوپدی نیست. در دنیای پرینت سه بعدی، از یک فایل دیجیتال برای ایجاد یک شیء فیزیکی با استفاده از ذوب و پیوند مواد، معمولاً لایه به لایه، استفاده می‌شود. در حالی که روش‌های سنتی ساخت نیاز به قالب یا بلوک مواد دارند، پرینت سه بعدی این نیاز را برطرف کرده و امکان ایجاد تغییرات کوچک و سریع را فراهم می‌کند.
تحقیقات نشان می‌دهد که مزایای استفاده از پرینت سه بعدی شامل کاهش زمان عمل و کاهش تخمینی خون‌ریزی است. این فناوری نحوه برخورد جراحان ارتوپدی با بسیاری از جنبه‌های حوزه کاری خود، از جمله طراحی و ساخت ایمپلنت‌ها و پروتزها، برنامه‌ریزی جراحی و ابزارهای طراحی‌شده متناسب با نیازها و آناتومی هر بیمار را تغییر داده است. پرینت سه بعدی بسیار متنوع است. این به معنای کاربردهای پزشکی فراوان این فناوری برای جراحان ارتوپدی است که می‌توانند از آن بهره برده و مزیت‌هایی در این حوزه ایجاد کنند و نتایج بهتری برای بیماران به ارمغان آورند.
برنامه‌ریزی پیش از عمل
جراحان به تصویربرداری‌های پزشکی مانند سی‌تی اسکن، اشعه ایکس و ام‌آر‌آی متکی هستند تا آنچه را که در میز عمل با آن مواجه خواهند شد — مانند نقص‌های استخوانی، آسیب‌ها، شکستگی‌ها، تومورها و موارد دیگر — مشاهده کنند. پرینت سه بعدی تصویربرداری سنتی را یک قدم فراتر برده و با ارائه تصاویر دقیق و در اندازه واقعی از آناتومی و ضربه‌های بیمار، امکان درک بهتری را فراهم می‌کند.
در مرحله پیش از عمل، مدل‌های آناتومیک چاپ‌شده سه بعدی به پزشکان اجازه می‌دهند تا روش‌های جراحی را شبیه‌سازی کرده و بهترین رویکرد را تعیین کنند. این مدل‌ها همچنین به جراحان کمک می‌کنند تا مشکلات احتمالی که ممکن است در حین جراحی پیش بیاید — مانند ایمپلنت نامناسب — را قبل از شروع عمل بیمار شناسایی کنند، که منجر به انجام موفق‌تر عمل می‌شود.
مزیت داشتن تصویر واضح‌تر قبل از عمل نه تنها به معنای انجام موفق‌تر جراحی‌هاست، بلکه به بهبود سریع‌تر بیماران و نتایج کلی بهتر نیز منجر می‌شود. جراحان همچنین می‌توانند از مدل‌های چاپ‌شده سه بعدی برای توضیح نحوه جراحی استفاده کنند، که این امر با افزایش درک بیماران از جراحی، ترس آن‌ها را کاهش می‌دهد.
در یک مطالعه در سال ۲۰۱۹، تصاویر رادیولوژیکی با مدل‌های چاپ‌شده سه بعدی در اندازه واقعی هنگام انتخاب صفحات آناتومیک متناسب برای جراحی شکستگی دیستال تیبیا مقایسه شدند. مدل‌های چاپ‌شده سه بعدی به جراحان اجازه دادند تا تناسب صفحه با شکستگی را بررسی کنند. برای شکستگی‌های پیچیده، بیش از نیمی از جراحان پس از استفاده از مدل‌های چاپ‌شده سه بعدی، صفحه متفاوتی را نسبت به زمانی که فقط از تصاویر سی‌تی و ام‌آر‌آی استفاده می‌کردند، انتخاب کردند.
راهنماها و ابزارهای جراحی
ابزارهای چاپ‌شده مختص بیمار (PSIs)، مانند راهنماهای جراحی سفارشی و سایر دستگاه‌های پزشکی، دقت جراحان را در حین جراحی‌های پیچیده ارتوپدی بهبود می‌بخشند. این ابزارها به طور خاص برای آناتومی بیمار طراحی شده‌اند، که منجر به انجام جراحی‌های سریع‌تر و دقیق‌تر می‌شود.
یک بررسی سیستماتیک در سال ۲۰۱۶ نشان داد که ۷۳٪ از مقالاتی که بر استفاده از ابزارهای خاص بیمار چاپ‌شده سه بعدی تمرکز داشتند، نتایج بهتری برای بیماران نسبت به استفاده از ابزارهای غیر سفارشی گزارش کردند.
راهنماهای جراحی چاپ‌شده سه بعدی به عنوان الگو برای آرتروپلاستی کامل زانو (TKA) استفاده می‌شوند و منجر به افزایش همترازی، کاهش منحنی یادگیری برای جراحان و ساده‌سازی تکنیک‌ها شده‌اند. مطالعاتی که استئوتومی‌های فمور و لگن را مقایسه کرده‌اند، نشان دادند که ابزارهای خاص بیمار چاپ‌شده سه بعدی منجر به دقت بهتر و زمان کمتر روی میز عمل شده‌اند، که همیشه برای بیمار ترجیح داده می‌شود. از آنجایی که ابزارهای خاص بیمار چاپ‌شده سه بعدی همچنین به طور بالقوه زمان عمل را کاهش می‌دهند، هزینه‌های اتاق عمل نیز کاهش می‌یابد.
یک مطالعه، ابزارهای خاص بیمار چاپ‌شده سه بعدی را با دقت بهبودیافته در برش استخوان در جراحی مرتبط دانست. یک مدل سه بعدی از استخوان لگن با یک تومور شبیه‌سازی‌شده از یک تصویر سی‌تی ایجاد شد. بیست‌وچهار جراح ارتوپدی از ابزارهای خاص بیمار چاپ‌شده سه بعدی که با فناوری نمونه‌سازی سریع برای برش استخوان ایجاد شده بودند استفاده کردند. در نتیجه، ابزارهای خاص بیمار «به وضوح» ارزش بهتری در حاشیه‌های برش استخوان نسبت به ابزارهای استاندارد نشان دادند.
ایمپلنت‌های شخصی‌سازی‌شده
ایمپلنت‌های سفارشی چاپ‌شده سه بعدی نتایج بهتری نسبت به ایمپلنت‌های استاندارد دارند، از جمله خون‌ریزی کمتر در حین جراحی و احتمال کمتر انتقال بیماران به مراکز مراقبت حاد پس از جراحی، زیرا ابزارهای خاص بیمار از مواد قوی‌تر ساخته شده‌اند و به طور سفارشی برای بیمار مناسب هستند. برخی از چاپگرهای سه بعدی از تیتانیوم استفاده می‌کنند، و تحقیقات نشان می‌دهد که ایمپلنت‌های ارتوپدی چاپ‌شده سه بعدی از تیتانیوم نتایج بالینی مطلوبی دارند. این ایمپلنت‌های خاص بیمار عملکرد بهتری را فراهم کرده و از نظر ساختاری قوی‌تر از نمونه‌های سنتی فولادی یا کبالت هستند.
به عنوان مثال، ایمپلنت‌های چاپ‌شده سه بعدی پا و مچ پا تخلخل بیشتری دارند و به عنوان جایگزینی برای پیچ‌ها و صفحات سنتی عمل می‌کنند. ماهیت متخلخل ایمپلنت‌های چاپ‌شده سه بعدی برای حمایت و ادغام بهتر در بدن بیمار مناسب‌تر است. از آنجایی که ایمپلنت‌های خاص بیمار به طور سفارشی مناسب هستند، نیاز به تطبیق کمتری قبل و در حین جراحی دارند، که باعث می‌شود در دراز مدت قوی‌تر باشند. طراحی ایمپلنت‌های سنتی فرآیندی طولانی است، اما پرینت سه بعدی سریع‌تر بوده و امکان ایجاد تغییرات سریع در صورت لزوم را فراهم می‌کند.
در یک مطالعه موردی، یک پسر ۱۲ ساله با سارکوم در ستون فقراتش تحت عمل جراحی برای برداشتن مهره‌های آسیب‌دیده قرار گرفت. پس از برداشتن تومور، عمل دیگری برای قرار دادن یک ایمپلنت تیتانیومی چاپ‌شده سه بعدی سفارشی به جای مهره‌ها انجام شد. ساختار ایمپلنت «برای پایداری بیومکانیکی بهتر و بهبود استخوان‌سازی بهینه‌سازی شده بود.» بهبودی بیمار بدون مشکل بود و او در عرض یک هفته قادر به حرکت بود. یک سال بعد نیز او هنوز عاری از تومور بود.
پروتزها و ارتزهای سفارشی‌سازی‌شده
پروتزها و ارتزهای معمولی در اندازه‌های استاندارد عرضه می‌شوند، اما طراحی‌های سفارشی چاپ‌شده سه بعدی از بیوموادی ساخته می‌شوند که برای بیماران مناسب‌تر بوده و تولید آن‌ها ساده‌تر است.
پروتزها و ارتزهای سنتی می‌توانند به مشکلاتی منجر شوند که ناشی از تناسب ضعیف بین طراحی و بیمار است، اما طرح‌های چاپ‌شده سه بعدی می‌توانند برخی از این مشکلات را حل کنند. در یک مطالعه، بیمارانی که نیاز به بازسازی لگن و پروتز داشتند، با استفاده از پروتزها و ارتزهای سفارشی چاپ‌شده سه بعدی، در مقایسه با نمونه‌های استاندارد، تروما و زمان بهبودی کمتری را تجربه کردند. ارتزهای سفارشی چاپ‌شده سه بعدی مزایای دیگری نیز برای بیماران دارند، از جمله مقرون‌به‌صرفه بودن، تولید سریع‌تر پس از طراحی و افزایش راحتی.
یک مثال خوب، پیشرفت‌های هیجان‌انگیز در طراحی و تولید ارتزهای مچ پا (AFOs) به لطف پرینت سه بعدی است. ارتزهای سنتی مچ پا از قالب‌های گچی ساخته می‌شوند که زمان، نیروی کار و هزینه زیادی می‌طلبد. علاوه بر این، ارتزهای سنتی مچ پا می‌توانند باعث مشکلاتی در تناسب و راحتی شوند. پرینت سه بعدی نه تنها تولید را ساده‌تر کرده، بلکه طراحی و راحتی ارتزهای مچ پا را نیز در مقایسه با نمونه‌های سنتی ساخته‌شده از قالب‌های گچی بهبود بخشیده است.
چه چیزی در ارتوپدی در راه است؟
مانند سایر حوزه‌های بهداشت و درمان، ارتوپدی نیز به طور مداوم در حال پیشرفت و بهبود است. و پرینت سه بعدی در ارتوپدی تنها یکی از پیشرفت‌های تکنولوژیکی هیجان‌انگیز در این حوزه با پتانسیل نامحدود است.
توسعه نمونه‌های اولیه
جراحان ارتوپدی می‌توانند از چاپ افزودنی برای ایجاد یک مدل سه بعدی از یک شکستگی پیچیده استفاده کنند که ملموس‌تر از اسکن‌های دو‌بعدی سی‌تی یا اشعه ایکس است. سپس آن‌ها از این مدل برای برنامه‌ریزی پیش از جراحی استفاده کرده یا آن را استریل می‌کنند تا در اتاق عمل به عنوان یک سیستم راهنما استفاده شود.
اگر جراح در حال جایگزینی یک مفصل باشد، نمونه اولیه ایجاد شده می‌تواند یک طراحی جدید را آزمایش کند یا یک ابزار جدید خاص برای یک جراحی ایجاد کند. ساخت نمونه‌های اولیه همچنین امکان آزمایش انواع مواد مانند فتوپلیمرها یا ترموپلاستیک‌ها را فراهم می‌کند تا مشخص شود کدام ماده بهترین محصول با عملکرد کلی مطلوب را ایجاد می‌کند. این نوع طراحی به اشتراک‌گذاری آسان بین همکاران را امکان‌پذیر می‌کند.
با اسکن دیجیتال و مدل‌های مجازی، پزشکان می‌توانند اطلاعات را به اشتراک گذاشته و اطمینان حاصل کنند که سایر بیماران نیز نتایج مثبت مشابهی دریافت می‌کنند.
ایجاد محصولات ایمنی سفارشی
فرآیند پرینت سه بعدی همچنین امکان اسکن فردی ورزشکاران را برای ایجاد محصولات ایمنی با تناسب بهتر فراهم می‌کند.
شرکت Guardlab دندان‌های ورزشکاران را اسکن می‌کند تا محافظ‌های دهان سفارشی برای ورزشکاران در رشته‌های MMA، فوتبال و بیسبال ایجاد کند. Guardlab همچنین یک محافظ برای دندان‌های پایینی ایجاد می‌کند که نه تنها محافظت می‌کند، بلکه فک را در تراز مناسب نگه می‌دارد.
این برای هر ورزشکاری که در حین فعالیت دندان‌های خود را به هم می‌فشارد، ایده‌آل است. اگرچه این محافظ‌ها ممکن است کمی گران‌تر از محافظ‌های جوشی که ورزشکاران آماتور استفاده می‌کنند باشند، اما دو محافظ سفارشی با قیمت ۹۹ دلار عرضه می‌شوند. سایر محصولات ایمنی که در حال چاپ هستند شامل محافظ ساق پا، گچ‌هایی برای بهبود سریع‌تر شکستگی‌ها، کلاه‌های ایمنی برای جلوگیری از ضربه مغزی و کفش می‌شوند.
روزهای محصولات ورزشی یک‌اندازه‌فیت‌همه گذشته است.
پیشرفت در ساخت اندام‌های مصنوعی
در بازی‌های پارالمپیک ۲۰۱۶، بیش از ۱۶۰ کشور حدود ۴۳۵۰ ورزشکار را برای رقابت در ۵۲۸ رویداد مدال فرستادند. به لطف پرینت سه بعدی، ورزشکاران با اندام‌های از دست رفته و ناتوانی‌ها این فرصت را دارند که پروتزهای با تناسب بهتر را در زمان کمتری دریافت کنند.
معمولاً این فرآیند می‌تواند هفته‌ها یا ماه‌ها طول بکشد تا تناسب صحیح به دست آید. با یک چاپگر سه بعدی، اندام‌ها اسکن شده و سپس پروتز در عرض چند ساعت با همان قابلیت سفارشی‌سازی مانند محصولات ایمنی ساخته می‌شود.
در حالی که روش‌های سنتی برای تولیدات بزرگ‌مقیاس کم‌هزینه‌تر باقی می‌مانند، چیزی مانند پروتز که به شدت سفارشی‌سازی می‌شود، برای تولیدات کوچک‌مقیاس نسبتاً ارزان‌تر شده است. پروتزهای چاپ‌شده سه بعدی می‌توانند برای دست‌ها، بازوها، پاها و حتی گوش‌ها ساخته شوند.
ایمپلنت‌های استخوانی!
در دنیای ورزش‌های شدید، حوادث هر روز اتفاق می‌افتند و گاهی باعث آسیب‌های جدی به ورزشکاران می‌شوند. پرینت سه بعدی راهی برای تسریع بهبودی و بازسازی استخوان‌های شکسته ایجاد کرده است. ایمپلنت‌ها در بازسازی صورت، جراحی ستون فقرات و صفحات جمجمه استفاده می‌شوند. قطعات از پیش ساخته‌شده برای تمامی این جراحی‌ها موجود است، ولی باید تراشیده و شکل‌دهی شوند تا متناسب شوند. اسکن ناحیه مورد نظر به چاپگر سه بعدی اجازه می‌دهد تا قطعه‌ای ایجاد کند که کاملاً متناسب باشد. معمولاً این قطعات به پیچ‌های اضافی برای محکم شدن به بدن نیاز ندارند. قطعات چاپ‌شده سه بعدی با پودر تیتانیوم چاپ شده و با سوراخ‌هایی پوشیده می‌شوند تا استخوان‌ها بتوانند از داخل آن رشد کرده و آن را به بخشی از بدن تبدیل کنند.
اگرچه پرینت سه بعدی برای هر آسیبی استفاده نمی‌شود، اما به روشی محبوب‌تر برای درمان شرایط جدی و پروتزها تبدیل شده است. پرینت سه بعدی در حال ایجاد نمونه‌های اولیه برای کمک به پزشکان در توضیح و تمرین برای شرایط پیچیده است. ایمنی ورزشکاران همیشه دغدغه مربیان، مربیان بدنسازی و طرفداران بوده است، اما پرینت سه بعدی در حال ایجاد تجهیزات سفارشی برای تناسب بهتر و محافظت بیشتر در برابر آسیب است.
خلاصه مطلب
پرینت سه بعدی به عنوان یک فناوری پیشرفته و انقلابی، تحولات چشمگیری در حوزه ارتوپدی و پزشکی ورزشی ایجاد کرده است. این فناوری نه تنها امکان ساخت ایمپلنت‌ها، پروتزها و ارتزهای سفارشی‌سازی‌شده را فراهم می‌کند، بلکه دقت جراحی، زمان بهبودی بیماران و نتایج کلی درمان را نیز بهبود بخشیده است. با استفاده از مدل‌های سه‌بعدی دقیق، جراحان می‌توانند پیش از عمل، برنامه‌ریزی بهتری انجام دهند و ابزارها و ایمپلنت‌هایی متناسب با آناتومی هر بیمار طراحی کنند. این امر منجر به کاهش خطاهای جراحی، کاهش زمان عمل و هزینه‌های مرتبط با آن شده است.
علاوه بر این، پرینت سه بعدی در تولید تجهیزات ایمنی سفارشی برای ورزشکاران، ساخت اندام‌های مصنوعی با تناسب بهتر و حتی بازسازی استخوان‌های آسیب‌دیده نیز کاربردهای گسترده‌ای دارد. این فناوری با ارائه راه‌حل‌های سریع‌تر، مقرون‌به‌صرفه‌تر و دقیق‌تر، آینده‌ای روشن را برای حوزه‌های ارتوپدی و پزشکی ورزشی ترسیم می‌کند.
با توجه به پتانسیل نامحدود پرینت سه بعدی، می‌توان انتظار داشت که در آینده‌ای نزدیک، این فناوری به بخشی جدایی‌ناپذیر از فرآیندهای درمانی و توانبخشی تبدیل شود. برای متخصصان این حوزه، آگاهی از پیشرفت‌های این فناوری و بهره‌گیری از آن، نه تنها بهبود نتایج درمانی را به همراه دارد، بلکه گامی مهم در جهت ارائه مراقبت‌های پزشکی شخصی‌سازی‌شده و کارآمدتر است.
