پرینت سه بعدی در جراحی ستون فقرات – بخش دوم

در حالی که مهمترین مزیت استفاده از پروتز‌های سفارشی قابلیت استفاده از اطلاعات و هندسه ضایعه بیمار در طراحی و تولید آن است، فناوری پرینت سه بعدی نیز خود به تنهایی، به نسبت سایر روش‌‌های مرسوم تولید مزیت‌هایی دارد. تولید کنندگان ایمپلنت‌های ستون فقرات برای بهبود خواص پروتز‌های خود به سمت استفاده از این تکنولوژی گرایش پیدا کرده‌اند. پرینت سه بعدی امکان تولید هندسه‌هایی که تا پیش از این امکان تولید آنها وجود نداشت را فراهم کرده است. از جمله امکان شبیه سازی ساختار متخلخل و پیوسته استخوان‌های اسفنجی. از طریق کنترل تخلخل و خواص سطحی پروتز می‌توان اتصال و رشد استخوانی بر روی پروتز را کنترل کرد. با بهره‌گیری از قابلیت‌های پرینت سه بعدی در جراحی ستون فقرات می‌توان پروتز‌هایی شامل فضایی باز برای قرارگیری پیوند استخوانی و به صورت سفارشی نیز تولید کرد. با وجود قابلیت ساخت پروتز‌هایی در ابعاد و هندسه‌های مختلف از جمله در مورد پارامترها‌یی مانند عرض، ارتفاع، طول و زاویه، وقوع مشکلاتی چون جابجایی پروتز و استرس شیلدینگ به حداقل خواهد رسید. استفاده از پرینت سه بعدی در این زمینه از نظر هزینه به صرفه است و امکان ساخت مقادیر مورد نیاز برای حضور در بازار ورقابت با سایر تولید کنندگان را فراهم می‌کند. پیش‌بینی می‌شود در آینده قابلیت‌های جدیدی به این روش ساخت اضافه شود، از جمله امکان تولید ساختار‌های متخلخلی که در آن‌‌ها برخی خواص از جمله چگالی، قطر حفره‌های تخلخل و خواص مکانیکی در مناطق مختلف پروتز متغیر باشد.

 

“نقل مطالب با ذکر منبع بلامانع است”

پرینت سه بعدی در جراحی ستون فقرات – بخش اول

یکی از جذاب‌ترین کاربردهای پرینت سه بعدی در جراحی ستون فقرات قابلیت ساخت پروتز‌های سفارشی و شخصی‌سازی‌شده برای بیماران است. بیمارانی که تحت عمل‌های جراحی دشوار با نقص و آناتومی‌های پیچیده هستند در معرض خطر بیشتری برای خرابی و یا عدم کارایی پروتز استفاده شده هستند، به ویژه اگر برای جراحی بازسازی از پروتز‌های آماده و تولید انبود که در مکان دیفکت و عیب جایگذاری نمی‌شوند استفاده شود. گرچه استفاده از پروتز‌‌ها PSI یا شخصی‌سازی‌‌شده همچنان جزو زمینه‌های تحقیقاتی نوین به حساب می‌آید اما این امیدواری وجود دارد که استفاده از آنها به دلیل امکان توزیع یکنواخت‌تر نیرو و خاصیت اتصال و رشد استخوانی بهتر، ماندگاری و دوام بهتری از خود نشان دهند.

کمبود پروتز‌های مخصوص بازسازی برای عمل‌های ریزکشن تومور در مورد اکثر بیماران مبتلا به این بیماری ها قابل مشاهده است. باقی این بیماران چه برای ناهنجاری‌های مادرزادی و چه اکتسابی  از پروتزهای شخصی‌سازی‌شده استفاده می‌کنند. پروتز‌های سفارشی به جهت زیست‌سازگار بودن و قابلیت تسریع روند ترمیم استخوانی به واسطه تخلخل مشابه با ساختار متخلخل استخوان‌های اسفنجی، از آلیاژ تیتانیم TiV6Al4 ساخته می‌شوند.

طبق گزارش تمامی پروتز‌ها در جای مورد نظر جای گرفته و از نظر ابعاد مناسب بودند که نشان دهنده دقت فرآیند پرینت سه بعدی است. این عامل باعث افزایش پایداری پروتز و همچنین به حداقل رسیدن مشکلاتی از جمله استرس شیلدینگ و جابجایی پروتز خواهد شد.

یکی از دیگر از محاسن استفاده از پروتز‌های سفارشی کاهش مدت زمان عمل جراحی و عدم نیاز به برداشت استخوان پیوندی و عملیات شکل‌دهی به آن برای جایگیری در محل ضایعه است

“نقل مطالب با ذکر منبع بلامانع است”

کیج متخلخل ستون فقرات – بخش چهارم

در این تحقیق کیج متخلخل ستون فقرات ساخته شده از تیتانیوم به روش ساخت افزودنی تولید شده و خواص مکانیکی و توپوگرافی سطح آن‌ها بررسی شده است. همچنین قابلیت‌ این کیج‌ها در فیوژن ستون فقرات و ایجاد اتصال بین کیج و مهره به وسیله آزمایش روی مهره گردنی گوسفند و در مقایسه با کیج‌های مرسوم از جنس PEEK مورد مطالعه قرار گرفته است.

جراحی دیسکتومی و جایگذاری کیج در مکان دو دیسک پیاپی (بین مهره‌های C4-C3 و مهره‌های C4-C5) بر روی ۱۸ گوسفند بالغ (۱ تا ۲ ساله و وزن بین ۳۵ تا ۵۰ کیلوگرم)  انجام شده است. هر حیوان با دو نوع کیج مختلف مورد آزمایش قرار گرفته است تا تاثیر تفاوت حیوانات برای مقایسه دو کیج از بین برود. کیج اول به عنوان نمونه آزمایشی از نوع کیج تیتانیومی متخلخل بدون استفاده از پیوند‌ استخوانی و کیج دوم به عنوان نمونه کنترلی کیج‌ PEEK پر شده با استخوان اسفنجی است.

کیج‌های تیتانیومی متخلخل درصد تخلخل 68 درصد با اندازه حفره‌های  700 میکرومتر و با اتصال و یکپارچگی کامل ساختاری متخلخل داشتند که این موارد از طریق عکس برداری micro-CT نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. به وسیله تصاویر SEM سطح بسیار زبرتری در کیج‌های تیتانیومی در مقایسه با کیج‌های PEEK مشاهده شد که این مساله در اثر مذاب شدن جزئی و ناتمام پودر‌‌های فلز در ساختار متخلخل کیج تیتانیومی است. کیج‌های تیتانیوم طبق آزمایش آنالیز سطح در مقایسه با کیج‌های PEEK چندین مرتبه زبرتر هستند. به علاوه کیج‌های تیتانیومی به نسبت کیج‌های PEEK به دلیل ساختار متخلخلشان مدول الاستیسیته و استحکام فشاری کمتری دارند.

 

“نقل مطالب با ذکر منبع بلامانع است”

کیج متخلخل ستون فقرات – بخش سوم

محدودیت استفاده از کیج‌های تیتانیومی مدول الاستیسیته بسیار بیشتر آنها به نسبت بافت استخوان‌های کورتیکال و اسفنجی (0.05–30 GPa) است که باعث می‌شود برای استفاده به عنوان کیج فیوژن در مهره‌های تحت بارگذاری به دلیل ایجاد پدیده استرس شیلندینگ و تحلیل رفتن استخوان‌های اطراف، نا‌مناسب باشند. یک راه‌حل ممکن، ساخت کیج‌های تیتانیومی متخلخل است، از این طریق می‌توان تا مقدار زیادی مدول الاستیسیته ظاهری کیج‌ را کاهش داده و به بافت طبیعی استخوان نزدیک کرده و میزان استرس شیلدینگ را به حداقل رساند. به علاوه مزیت بالقوه کیج متخلخل ستون فقرات ساخته شده از تیتانیوم شرایط مشابه ساختاری آن‌ها با استخوان‌های اسفنجی است که شبکه متخلخل باز و پیوسته‌ای مناسب برای رشد و شکل گیری بافت استخوان فراهم می‌کند که باعث عدم نیاز به استفاده از پیوند استخوانی خواهد شد.

روش‌های ساخت مرسوم و سنتی، شرایط کنترل میزان و ساختار تخلخل را فراهم نمی‌کنند. اسکفلد‌های ساخته شده با این روش‌ها عموما به دلیل تخلخل و پیوستگی کم و نامناسب، رشد استخوانی محدود و خون رسانی ضعیفی در مناطق میانی دارند. اخیرا چند روش مدل‌سازی سریع (Rapid Prototype) برای ساخت ایمپلنت‌های تیتانیومی با ساختار متخلخل توسعه یافته‌ و ارائه شده‌اند. روش تولید افزودنی امکان ساخت پروتز‌‌های متخلخل با قابلیت کنترل ساختار داخلی را  فراهم می‌کند و به کمک این قابلیت شرایط ساخت داربست‌هایی با تخلخل مناسب برای رشد بافت استخوانی را ایجاد می‌کند.

 

“نقل مطالب با ذکر منبع بلامانع است”

کیج تیتانیومی ستون فقرات – بخش دوم

استفاده از کیج‌های بین مهره‌ای از جمله کیج تیتانیومی ستون فقرات روشی رایج در درمان بیمار‌ان دچار اختلالات ستون فقرات از جمله آسیب دیسک بین مهره‌ای و ناپایداری ستون فقرات است. پیوند استخوان ایلیاک گرفته شده از خود بیمار می‌تواند اولین راه حل مورد استفاده برای فیوژن مهر‌ه‌ای ستون فقرات باشد اما به دلیل استحکام مکانیکی پایین پیوند تخریب ‌شده و همچنین مشکلات ثانویه در محل برداشت بافت استخوان از جمله شکستگی استخوان، آسیب عروق خونی و درد مزمن را در پی خواهد داشت. از همین رو در سال ۱۹۸۸ برای برطرف کردن محدودیت‌های فیوژن به وسیله پیوند استخوانی گرفته شده از خود فرد به تنهایی، کیج‌های بین مهره‌ای ستون فقرات معرفی و به تدریج به روش رایج درمان این بیماری‌ها تبدیل شدند.

کیج‌های ساخته شده از مواد ترموپلاستیک با قابلیت‌های بالا از جمله PEEK به دلیل مدول الاستیسیته مشابه‌شان با استخوان به فراوانی مورد استفاده قرار‌گرفته‌اند . با وجود نتایج درمانی مناسب معالجه به وسیله کیج‌های PEEK ،این نوع کیج‌ها دارای حفره‌ای هستند که برای پر کردن با گرفت استخوانی جهت تکمیل فیوژن مهره‌ها استفاده می‌شود. این مساله عمل بازسازی را نیازمند انجام فرآیند اضافی برداشت استخوان به ویژه در بیماران دچار پوکی‌ استخوان یا عفونت در محل قرارگیری کیج خواهد کرد.

تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V شرایط بهتری از نظر رشد و چسبندگی استخوانی در محیط آزمایشگاه به نسبت PEEK ایجاد می‌کند از همین رو این آلیاژ به دلیل فراهم کردن شرایط بهتر برای رشد استخوانی می‌تواند ماده بهتری برای استفاده به عنوان کیج باشد.

 

“نقل مطالب با ذکر منبع بلامانع است”

کیج‌ تیتانیومی ستون فقرات – بخش اول

کیج‌های بین مهره‌ای ستون فقرات ساخته شده از پلی‌اتر ‌اتر کتون (PEEK) از گذشته به صورت گسترده در درمان اختلالات ستون فقرات استفاده می‌شوند هرچند این کیج‌ها به خوبی با بافت استخوانی اطراف یکپارچه نمی‌شوند و رشد استخوانی مناسبی ایجاد نمی‌کنند. آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V نسبت به PEEK رشد استخوانی بهتری را نشان می‌دهد اما محدودیت کیج‌ تیتانیومی ستون فقرات کاملاً جامد، مدول الاستیسیته بسیار بیشتر آن‌ها (110 GPa) به نسبت مدول الاستیسیته استخوان طبیعی (0.5-30 GPa) است.

در این مقاله کیج تیتانیومی متخلخلی به روش ساخت افزودنی ارائه شده که نسبت به کیج‌های تیتانیومی مرسوم مدول الاستیسیته کمتری دارد و کارآیی آن از نظر همجوشی مهره‌ها (فیوژن – Fusion) با کیج PEEK در آزمایش پیش‌بالینی فیوژن مهره گردنی گوسفند مقایسه شده‌است .

کیج تیتانیومی ارائه شده ساختاری متخلخل یکپارچه و به هم پیوسته با درصد تخلخل 68% و با اندازه تخلخل 710 μm داشته و مدول الاستیسیته (2.5 GPa) آن به بافت استخوان نزدیک است. بعد کاشت این کیج در بدن، روند رشد بافت استخوانی تسریع یافته و بدون استفاده از پیوند استخوانی، نسبت حجمی استخوان را به شرایط مشابه شش ماه پس از قرار‌گیری کیجی از جنس PEEK می‌رساند.

به علاوه در ارزیابی‌ها مشاهده شده که این کیج رشد استخوانی بسیار بیشتری (تا ۱۰ برابر) به نسبت کیج‌ PEEK ایجاد می‌کند و همچنین از نظر مکانیکی به میزان قابل ملاحظه‌ای پایداری بهتری دارد که توسط آزمایش‌های بیومکانیکی نشان داده شده است. کیج تیتانیومی متخلخل تولید شده به روش ساخت افزودنی شرایط رشد سریع تر استخوان را فراهم می‌کند و به علاوه از نظر اتصال استخوان به پروتز و پایداری مکانیکی نسبت به کیج‌های PEEK رایج برتری دارند و از همین رو پتانسیل زیادی برای استفاده کلینیکی دارد.

 

“نقل مطالب با ذکر منبع بلامانع است”