جراحی تومور لگن و بازسازی به وسیله پروتز شخصی‌سازی‌شده تولید شده به روش پرینت سه بعدی – قسمت چهارم

نتایج و جمع بندی

علاوه بر جراحی تومور لگن، نحوه تولید و قرارگیری پروتز نیز در دمان هائز اهمیت است. در مقایسه با روش‌های تولید سنتی، تکنولوژی ساخت افزایشی مزیت‌هایی از جمله طراحی سفارشی و منحصر به بیمار، قیمت پایین و بازده و کارایی بیشتر تولیدات را در زمینه‌های درمانی به همراه خواهد داشت.

به دلیل پیچیدگی‌های آناتومیکی استخوان لگن، خارج‌سازی و رزکسیون تومور و جای‌گذاری پروتز همچنان مساله‌ای چالشی در درمان بیماران مبتلا به تومور بدخیم است. علاوه بر این از آنجایی که تومور لگن عموما در نزدیکی عروق خونی اصلی، عصب‌ها و اندام‌های سیستم گوارش و مثانه قرار دارد کنترل موقعیت و جهت ابزار‌های برش و اره و حفظ فاصله با ارگان‌ها حساس در حین جراحی تومور لگن دشوار است. علاوه بر این بر خلاف پروتز‌های قدیمی استفاده از ابزار‌های معمول برای جای‌گذاری پروتز‌های شخصی‌سازی شده قابل استفاده نیستند و امکان عدم تطابق و اختلاف مکان نهایی پروتز با موقعیت ایده‌آل آن که در طراحی پیش از جراحی در نظر گرفته شده وجود خواهد داشت.

به کمک سیستم نویگیشن جراحی ارائه شده، روش جدیدی برای کالیبراسیون پروتز شخصی‌سازی شده و مسیریابی آنی و لحظه‌ای آن در حین جایگذاری در جراحی فراهم شده است.

ارزیابی دقت روش ارائه شده نشان می‌دهد دقت جای‌گذاری پروتز از طریق سیستم راهنمایی ارائه شده تا مقدار 0.75 میلیمتر قابل افزایش است که این میزان بیش از چهار برابر بهتر از جای‌گذاری ایمپلنت بدون استفاده از سیستم نویگیشن است. بنابراین این مقدار برای رسیدن به نتایج بالینی مورد نیاز در بازسازی لگن کافی و مناسب است.

در آینده نزدیک، امکان استفاده از این ابزار به طور مستقیم در سیستم راهنمای جراحی ما استفاده خواهد شد و از طریق قابلیت و قدرت بالای پردازش آن به کمک تکنولوژی پردازنده‌های گرافیکی در بافت نرم نیز شبیه‌سازی خواهد شد. به علاوه ارزیابی‌های بالینی بیشتری برای صحه گذاری بهره‌وری و کارایی سیستم نویگیشن صورت خواهد گرفت.

جراحی تومور لگن

جراحی خارج‌سازی تومور لگن و بازسازی به وسیله پروتز شخصی‌سازی‌شده تولید شده به روش پرینت سه بعدی – قسمت سوم

در این مطالعه، روشی برای کالیبره کردن پروتز شخصی‌سازی‌شده ارائه شده و سیستم نویگیشنی معرفی شده که حاوی تصاویر پزشکی بیمار، بازسازی سه‌بعدی، طرح درمان برنامه‌ریزی‌ شده قبل از عمل، کالیبراسیون، جای‌گذاری درست ایمپلنت و مسیریابی در حین جراحی را شامل می‌شود. به کمک این سیستم نویگیشن، دقت خارج‌سازی تومور لگن و جای‌گذاری پروتز ارتقا پیدا میکند و قابلیت اعتماد و امنیت در روند جراحی به وجود می‌آید. روند کاری سیستم نویگیشن به این صورت است:

۱ – تقسیم‌بندی تصاویر: بر اساس اطلاعات تصاویر سی‌تی‌اسکن‌ بیمار، مرز‌ها، رشد هر ناحیه و روش‌های کانتورینگ برای قسمت‌های مختلف لگن، تومور، مثانه و … معین می‌شوند.

۲- بازسازی سه‌بعدی: در مرحله بعدی مدل سه‌بعدی مجازی از طریق الگوریتم راهپیمایی مکعب‌ها (marching cubes algorithm) بازسازی می‌شود.

۳- طراحی پیش از جراحی روند درمان: روند و طراحی درمان پیش از جراحی از طریق اندازه‌گیری‌های هندسی سه‌بعدی و بهینه‌سازی مسیر حرکت برش استخوان و استئوتومی، شبیه‌سازی جای‌گذاری ایمپلنت و … انجام می‌شود. به علاوه، موقعیت و جهت قرار‌گیری پروتز برای جلوگیری از آسیب رسیدن به ساختارهای آناتومیک تنظیم می‌شود.

۴- طراحی و تولید به روش پرینت سه‌بعدی پروتز شخصی‌سازی‌شده: طراحی پروتز از طریق همکاری با جراح‌ها صورت می‌گیرد. در مرحله بعد تولید پروتز سفارشی از جنس آلیاژ تیتانیوم از طریق دستگاه پرینتر سه‌بعدی صورت میگیرد.

۵-  کالیبراسیون ابزار‌های جراحی و پروتز : کالیبراسیون روند جراحی قبل از شروع جراحی با سیستم نویگیشن مورد نیاز است تا از طریق آن حرکات پروتز پرینت سه‌بعدی یا ابزار‌های جراحی به نسبت چهارچوب مبدا‌ء که به آنها متصل است قابل نمایش باشد.

۶- رجیستر کردن: پروسه رجیستر کردن به معنای تطبیق دادن دو سیستم مختصاتی بر روی یکدیگر است و به این معناست که تصاویر آماده شده قبل از جراحی با شرایط بیمار بر روی تخت جراحی بر روی یک مختصات یکسان قرار بگیرند.

۷- مسیریابی و نمایش آنی و در لحظه از خارج‌سازی تومور لگن و قرارگیری ایمپلنت : پس از اتمام پروسه کالیبراسیون و رجیسترکردن، امکان مسیریابی و جهت‌یابی ابزار‌های جراحی و مشاهده شبیه‌سازی آن بر روی مانیتور به صورت آنی و برلحظه امکان‌پذیر می‌شود. در طول روند قرارگیری پروتز، تصاویر مدل مجازی پروتز در نمای دوبعدی و سه‌بعدی نمایش داده می‌شود تا کارایی و بهره‌وری جای‌گذاری مورد ارزیابی قرار گیرد.

جراحی خارج‌سازی تومور استخوان لگن و بازسازی به وسیله پروتز شخصی‌سازی‌شده تولید شده به روش پرینت سه بعدی – قسمت دوم

در قسمت اول به خارج‌سازی تومور استخوان لگن در دهه‌های گذشته و ریسک و عوارض‌های این عمل، و همچنین مزیت پروتز‌های شخصی سازی‌شده اشاره شد.

در مقالات منتشر شده برخی از کاربرد‌های پروتز‌های شخصی‌سازی شده ارتوپدی گزارش شده است. دمانگ و همکارانش در تحقیقی نشان دادند پروتز‌های شخصی‌سازی شده آتروپلاستی مفصل تک بخشی زانو برای پوشش استخوان تیبیا نتایج کوتاه مدت بالینی و رادیولوژیک بسیار بهتری به نسبت ایمپلنت‌های تجاری آماده موجود خواهند داشت.

با پیشرفت شگرف روش‌های تولید پرینت سه‌بعدی در سال‌های اخیر تحول عظیمی در علوم مختلف از جمله مهندسی و پزشکی شکل‌ گرفته است. در مقایسه با روش‌های سنتی طراحی و تولید به کمک کامپیوتر، پرینتر‌های سه‌بعدی امکان ساخت محصولات و پروتز‌ها را به صورت مستقیم از مدل مجازی سه‌‌بعدی و با هندسه‌های بسیار پیچیده‌تر خواهند داشت. به همین دلیل این تکنولوژی ایده‌های درمانی جدیدی در جراحی‌های فک و صورت، ارتوپدی و … بوجود آورده است. اخیرا، با پیشرفت روز‌افزون تکنولوژی تولید افزودنی، ماشین‌های پرینت سه‌بعدی جدیدی با قابلیت تولید قطعات فلزی با استفاده از پودر‌های آلیاژی معرفی شده‌اند. برای مثال جاردینی و همکارانش با استفاده از یک پروتز سفارشی تولید شده به روش پرینت سه‌بعدی ضایعه بزرگی در ناحیه جمجمه را درمان کردند. کیوکا و همکارانش با استفاده از تکنولوژی پرینت سه‌بعدی از مش تیتانیومی سفارشی برای هدایت مصنوعی احیا استخوان‌های آرک ماگزیلا تحلیل رفته استفاده کردند. با این وجود کاربرد این تکنولوژی در بازسازی تومور استخوان لگن به ندرت در مقالات گزارش شده است.

با این اوصاف مشکلات این نوع جراحی مشهود است. به دلیل عمق زیاد و پیچیدگی ساختار آناتومیک ناحیه استخوان لگن و بافت‌های اطراف، امکان شناسایی راحت استخوان تومور در مراحل اولیه پیشرفت بیماری وجود ندارد و دقت و اطمینان از خارج شدن کامل تومور قابل ارزیابی نیست. علاوه بر این، جایگذرای پروتز شخصی‌سازی‌شده تولید شده به روش پرینت سه‌بعدی در حین جراحی به کمک ابزار‌های رایج و قدیمی در مکان و با زاویه مناسب و متناسب با طراحی‌های پیش از عمل دشوار است.

در بخش بعدی روش جدید مورد استفاده برای حل مشکل جای‌گذاری این نوع ایمپلنت‌ها معرفی خواهد شد.

 

 

 

جراحی رزکسیون تومور استخوان لگن و بازسازی به وسیله پروتز شخصی‌سازی‌شده تولید شده به روش پرینت سه بعدی – قسمت اول

در دهه‌های اخیر تشخیص و رزکسیون تومور استخوان لگن به عنوان یک جراحی چالشی در ارتوپدی شناخته شده است. با پیشرفت علوم بیولوژی مولکولی، تصویر‌برداری پزشکی، مهندسی پزشکی، روش‌های جراحی و … نرخ بقا بیماران مبتلا به تومور لگن به طور شاخصی افزایش یافته است. با این وجود به دلیل اینکه روش‌های سنتی درمان بیماران مبتلا به تومور لگن از جمله شیمی‌درمانی و پرتودرمانی قابلیت از‌ بین‌ بردن کامل تومور لگن را نداشته و ریسک بالای بروز عوارض مربوط به این نوع درمان‌ها وجود خواهد داشت، مساله بهبود نتایج درمان این بیماران به ویژه بیماران مبتلا به تومور بدخیم ناحیه لگن چالشی شاخص و مهم به شمار می‌آید.

امروزه، جراحی رزکسیون تومور لگن به همراه درمان کمکی شیمی‌درمانی علاوه بر این که به طور گسترده‌ به عنوان روش درمانی استاندارد پذیرفته‌شده‌ به عنوان یکی از مهمترین انواع جراحی‌های ارتوپدی نیز شناخته می‌شود.

پس از رزکسیون تومور استخوان لگن، کاشت ایمپلنت برای بازیابی عملکرد این ناحیه نیز اهمیت دارد. هرچند ایمپلنت‌های آماده رایج (که عموما انواع محدودی دارند) در اغلب موارد نمی‌توانند با بافت‌های مجاور ناحیه رزکسیون تطابق مناسبی پیدا کنند چرا که خصوصیات و ویژگی‌ افراد و بیماران متفاوت و متنوع است. این مساله باعث شده بازسازی ایده‌آل برای بیماران همچنان به عنوان چالش مطرح باشد. به عنوان مثال تفاوت‌های نژادی (از جمله شکل، ساختار و قطر استخوان‌ها) باعث می‌شود پروتز مربوط به مفصل شانه که بر اساس خصوصیات افراد در جوامع غربی ساخته شده به طور کامل با بیماران آسیایی تطابق داشته باشد. علاوه بر این، این عدم تطابق می‌تواند ثبات و پایداری ایمپلنت را تحت تاثیر قرار داده و یا باعث بروز عوارض شود. همچنین امکان دارد یک پروتز با ابعاد مشخص و استاندارد با محل‌های استئوتومی متفاوت و بافت‌های احاطه کننده آن همخوانی نداشته باشد.

با توجه به موارد گفته شده در دهه‌های اخیر پروتز‌های شخصی سازی‌شده، ارائه شده و توسعه یافته‌اند. از آنجایی که پروتز‌های سفارشی بر اساس تصاویر پزشکی (سی‌تی‌اسکن، ام‌آر‌آی و…) خود بیمار و برنامه‌ریزی‌های قبل از عمل طراحی می‌شوند می‌توانند جای‌گیری بسیار دقیق‌تر، همخوانی آناتومیک بهتر، نتایج جراحی قابل پیش‌بینی‌تر و بازسازی محور مفصل را با راستای بازو مناسب‌تری فراهم کنند.

ایمپلنت مخصوص هر بیمار

ایمپلنت مخصوص هر بیمار

استفاده­‌های اخیر از روش ساخت افزودنی یا به زبان ساده‌تر پرینت سه بعدی در حوزه پزشکی، مهندسی پزشکی و مهندسی بافت را می­‌توان به چند دسته کلی دسته‌بندی نمود: تولید بافت و عضو، تولید ایمپلنت مخصوص هر بیمار یا همان پروتزهای شخصی‌سازی‌شده، مدل­‌های آناتومیک و تحقیقات دارویی که روی ساخت دارو، تحویل و میزان دوز آن تمرکز دارند.

قابلیت تولید سریع ایمپلنت­‌ها و پروتزهای سفارشی می‌تواند مشکلی نادر اما جدی در جراحی‌های ارتوپدی مانند تعویض مفصل زانو یا لگن را حل کند. مشکلی که طی آن پروتزهای استاندارد برای بعضی بیماران مخصوصا موارد پیچیده و جراحی‌های اصلاحی مجدد مناسب نیستند و تنها با استفاده از پروتزهای مخصوص هر بیمار می­توان مشکل بیمارانی از این دست و جراحان آن‌ها را حل نمود.

اخیراً یک تیم پزشکی در مرکز تحقیقاتی در بلژیک اولین پروتز تیتانیومی سفارشی مربوط به فک، تولید شده به روش پرینت سه‌ بعدی را در بدن بیمار قرار دادند. این ایمپلنت با استفاده از لیزر جهت ذوب ممتد لایه‌های نازکی از پودر تیتانیوم ساخته شده بود. استفاده از این پروتزهای شخصی‌سازی‌شده می‌تواند کمک شایانی به بهبود بیماران با وضعیت­‌های خاص در استخوان‌های فک، صورت و جمجمه نماید.

 

“نقل مطالب با ذکر منبع بلامانع است”

خواص مکانیکی ایمپلنت

خواص مکانیکی ایمپلنت و انطباق آن با استخوان با روش های پرینت سه بعدی و ساخت افزایشی

یکی از راه‌های کاهش اختلاف بین خواص مکانیکی ایمپلنت و استخوان، انطباق دادن خواص مکانیکی و سفتی است. با اعمال تخلخل در پروتزهای شخصی‌سازی‌شده تیتانیومی مدول الاستیک ماده کاهش می‌یابد و به استخوان نزدیک تر می‌گردد. مساله‌ای که به خصوص در جراحی‌های ارتوپدی به علت بارگذاری بر روی پروتز، از اهمیت بالایی برخوردار است. مفاصل زانو و لگن دائما تحت اعمال نیرو می‌باشند و با قراردادن جسمی خارجی در بدن که دارای استحکامی بسیار بیشتر از استخوان می‌باشد، این جسمی خارج با جذب عمده استرس مانع انتقال و توزیع نیرو به استخوان‌های مجاور می‌شود که نتیجه آن تضعیف و پوکی استخوان می‌باشد.
بنش مدیکال با استفاده از به‌روزترین روش‌های ساخت مانند پرینت سه بعدی و ساخت افزایشی قادر به ساخت پروتزهای شخصی‌سازی‌شده تیتانیومی می‌باشد که تخلخلی مطلوب دارند و برای داشتن ضخامت دیواره، سایز تخلخل و مدول بالک مطلوب اصلاح شده‌اند.

متخلخل کردن پروتز جدا از آنکه باعث نزدیک کردن خواص مکانیکی ایمپلنت به استخوان می‌شود، محیط مناسبی را جهت رشد استخوانی و یک‌پارچه شدن پروتز و استخوان فراهم می‌کند که در فیکسیشن اولیه و نهایی پروتز بسیار موثر می‌باشد.

 

“نقل مطالب با ذکر منبع بلامانع است”

CAD/CAM در طراحی پروتز

CAD/CAM در طراحی پروتز

سیستم­‌های CAD/CAM  (Computer Aided Designing/Computer Aided Manufacturing) به روشی گفته می‌شود که طراحی قطعه و سپس ساخت آن به کمک رایانه انجام می‌شود. به عبارتی دیگر به دستگاه ساخت قطعه به کمک برنامه‌ریزی کامپیوتری گفته می‌شود که چه مسیری را برای ساخت قطعه طی کند.

سیستم‌های CAD/CAM بــنش مدیکال را قادر ساخته‌­اند تا طراحی و تولید ایمپلنت­‌های شخصی‌سازی‌شده را با قیمتی مناسب و در زمانی معقول انجام دهد. تکنولوژی­‌های ساخت افزایشی برای تولید پروتزهای شخصی‌سازی‌شده پیچیده بدون هیچ قید و مانعی برای طراحی مناسب هستند.

روش­ پرینتر سه­ بعدی فلزی از مواد زیست­ سازگار و قابل کشت در بدن مانند تیتانیوم خالص ،Ti6Al4V، کبالت کروم استفاده می­ کنند و تولید مستقیم پروتزهای شخصی‌سازی‌شده را با خواص مهندسی که با خواص بافت­‌ها در ناحیه کاشت ایمپلنت مطابقت دارد، آسان می‌نمایند.

آلیاژ تیتانیوم از پرکاربردترین مواد در ساخت ایمپلنت‌های پزشکی می‌باشد و دهه‌ها در ساخت پروتزهای ارتوپدی مانند پروتزهای لگن و زانو از آن استفاده شده است. علاوه بر زیست سازگار بودن از دیگر ویژگی های آن می توان به استحکام بالا و وزن پایین اشاره کرد.

 

“نقل مطالب با ذکر منبع بلامانع است”

ساخت پروتزهای شخصی‌سازی‌شده

ساخت پروتزهای شخصی‌سازی‌شده به کمک سی‌تی اسکن بیمار

بــنش مدیکال قادر است تا با استفاده از اطلاعات سی‌تی اسکن بیمار، پروتزهای شخصی‌سازی‌شده ­ای بسازد که می­‌تواند آسیب‌­های قابل توجه جمجمه، فک و صورت بیمار را درمان نماید. محققان استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی را در بسیاری از موارد مفید دانسته­‌اند زیرا به خاطر سفارشی بودن ایمپلنت‌های ساخته شده به این روش، ایمپلنت بیشتر با عیب مورد نظر تطابق دارد و زمان کمتری نیز در اتاق عمل صرف می­‌شود.

در انتها بیمار ظاهر بهتری دارد زیرا در صورت امکان پروتز بر اساس قسمت سالم بیمار، قرینه‌سازی می‌شود. این ایمپلنت‌های شخصی‌سازی‌شده تیتانیومی در صورت ضربه دیدن نیز مقاوم هستند. یک عمل جراحی برای قرار دادن یک پروتز شخصی سازی شده وقت کمتری را نسبت به مش های تیتانیومی و یا پیوند استخوانی می برد چرا که نیازی به برداشت پیوند از بیمار و یا شکل دادن به پروتز نیست و پروتز دقیقاً مطابق با آسیب بیمار طراحی شده است.

ضمن آنکه می توان با استفاده از مدل های آناتومیک پیش از عمل جراحی، به خوبی با آناتومی منطقه آسیب دیده آشنا شد و به این ترتیب با دیدی بهتر عمل جراحی را آغاز کرد.

 

“نقل مطالب با ذکر منبع بلامانع است”

ساخت افزایشی در پزشکی

نقش تکنولوژی ساخت افزایشی در ساخت پروتزها و ابزارهای پزشکی

تکنولوژی ساخت افزایشی توانایی تولید ایمپلنت های ساخته شده به روش پرینت سه بعدی را از یک مدل سه بعدی مجازی به ما می­ دهد و روند جراحی را آسان نموده و ریسک­ های آن را کاهش می ­دهد. علاوه بر این ساخت افزایشی برای تولید ایمپلنت های شخصی سازی شده ­ای استفاده شده است که برای هر بیمار مشخص به طور جداگانه طراحی شده است. در حال حاضر این ایمپلنت­ ها در حوزه هایی از پزشکی مانند جراحی فک و صورت و جمجمه با ابعاد، شکل و خواص مکانیکی بهینه در دسترس هستند.

مدل­های پزشکی ساخته شده به کمک روش ساخت افزایشی برای برنامه­ ریزی درمان در جراحی­ های پیچیده، آموزش، شبیه­ سازی جراحی، عیب ­یابی، طراحی و تولید ایمپلنت های شخصی سازی شده به علاوه ابزارهای پزشکی کاربردهایی پیدا کرده­ اند. روش پرینت سه بعدی در تولید پروتزهای شخصی سازی شده و سفارشی که باید با مشخصه­ های فیزیکی هر بیمار مطابقت داشته باشند بکار گرفته شده است.

 

“نقل مطالب با ذکر منبع بلامانع است”

ایمپلنت سفارشی

ایمپلنت شخصی سازی شده و طراحی کامپیوتری

به کمک روش پرینت سه بعدی می‌توان تجهیزات پزشکی و ایمپلنت سفارشی ای ساخت که بر اساس طراحی کامپیوتری و استفاده از اطلاعات آناتومیک مخصوص هر بیمار شکل گرفته‌اند. از زمان استفاده اولیه از آن به عنوان مدل‌های آناتومیک پیش از عمل و قالب‌های ساخت ابزار، پرینت سه بعدی به تدریج جهت ساخت ایمپلنت‌های شخصی‌سازی‌شده، اسکفلدهای مربوط به مهندسی زیست و غیره تکامل یافت.
روش ساخت افزودنی اجازه می‌دهد تا بتوان پروتزهایی تیتانیومی به روش پرینت سه بعدی ساخت که منحصراً برای هر بیمار هستند. طراحی به کمک کامپیوتر(CAD) ،روش های تصویربرداری (مانند MRI و CT Scan) و ساخت افزایشی باعث پیشرفت تولید ایمپلنت‌های شخصی‌سازی‌شده مربوط به جمجمه، فک و صورت و سایر قسمت های بدن شده است.

استفاده از طراحی کامپیوتری بــنش مدیکال این امکان را به جراح می‌دهد که پیش از عمل دید کاملی نسبت به آناتومی بیمار، محل ضایعه و نیز پروتز طراحی شده داشته باشد.

 

“نقل مطالب با ذکر منبع بلامانع است”