پرینتر سه بعدی در پزشکی و بهداشت
از ساخت پروتزهای سه بعدی و داروهای سفارشی گرفته تا ابزارهای جراحی ویژه، اینجا نحوه تغییر صنعت پزشکی و بهداشت با استفاده از پرینتر سه بعدی رو می‌بینید.
پرینت سه بعدی که به طور فنی بهش تولید افزایشی گفته میشه، اونطور که خیلی‌ها فکر می‌کنن جدید نیست. این تکنولوژی به دهه ۱۹۸۰ برمی‌گرده، اما در سال‌های اخیر تبدیل به یکی از روش‌های محبوب تولید برای خیلی از مشتری‌ها، از جمله مشتری‌های حوزه هوافضا، صنعت خودرو سازی، معماری، آموزش، جواهرات و هنر شده. تو پزشکی و بهداشت هم این تکنولوژی به شکل شگفت‌انگیزی برای ساخت پروتزها، تجهیزات پزشکی و حتی ارگان‌های جایگزین استفاده میشه. هرچند تا حالا ارگان‌های پرینت سه بعدی‌شده نداشتیم، اما کاربردهای زیادی تو این زمینه داریم که با مشتری‌های پزشکی و بهداشتی‌مون انجام دادیم.
توی این مقاله، می‌خواهیم هر چی که باید در مورد پرینتر سه بعدی تو صنعت پزشکی و بهداشت بدونید رو توضیح بدیم.
پزشکی و بهداشت
اول از همه، بیایید ببینیم که دقیقاً منظور از پزشکی و بهداشت چیه. این‌ها اصطلاحات کلی هستن که به تمام کارها و فرآیندهایی که برای پیشگیری، درمان، تسکین و بهبود بیماری‌ها، جراحات و مشکلات پزشکی اعم از جسمی و روانی استفاده میشن، اشاره دارن.
«پزشکی» به مواردی اشاره داره که پزشکان و متخصصین پزشکی باهاش سر و کار دارن، مثل تجویز دارو، درمان بیماران، جراحی‌ها و خدمات روان‌پزشکی. «بهداشت» یه اصطلاح وسیع‌تره که پزشکی رو هم شامل میشه و به خدمات حمایتی مثل داروسازها، درمانگران و حتی کسانی که تجهیزات پزشکی طراحی و تولید می‌کنن اشاره داره.
پرینتر سه بعدی در بهداشت
تولید سنتی در بهداشت شامل کار دستی زیادی برای ساخت تجهیزات پزشکی از ابتداست. این فرآیند، مواد اولیه رو می‌گیره و با بریدن، تراشیدن و ماشین‌کاری کردن، محصول نهایی رو می‌سازه. اما پرینتر سه بعدی این فرآیند رو راحت‌تر، کمتر کاربر و گاهی سریع‌تر و ارزان‌تر کرده.
پرینتر سه بعدی مثل روش‌های سنتی، یک تکه مواد رو شکل نمی‌ده بلکه محصول رو لایه‌به‌لایه با استفاده از فیلامنت‌ها، رزین‌ها یا پودرهای ذوب‌شده می‌سازه. طراحی‌های محصول معمولاً با نرم‌افزار طراحی با کمک کامپیوتر (CAD) انجام میشه، اما این امکان هم وجود داره که مدل‌ها از اسکن‌های سه بعدی که با دستگاه‌های MRI انجام میشه، ساخته بشن. تو بهداشت، هم تولیدکنندگان بزرگ پرینتر سه بعدی وجود دارن و هم مراکز چاپ در محل درمان.
تاریخچه کوتاهی از پرینتر سه بعدی در بهداشت
پرینتر سه بعدی هنوز ۱۵۰ ساله نشده، اما اولین نشونه‌هایی که انسان‌ها داشتن میرفتن سمت این تکنولوژی، تو دهه ۱۸۶۰ بود که «فرانسوا ویلمه»، یه هنرمند فرانسوی، روش «عکس‌سازی» رو اختراع کرد. این روش شامل گرفتن عکس‌هایی (البته تو اون زمان‌ها بیشتر نقاشی بود) از یه شی از زوایای مختلف و بعد استفاده از این تصاویر برای ساخت یه مدل سه بعدی بود.
حالا، صد سال و خورده‌ای بعد، در سال ۱۹۸۵، یه آمریکایی از کلرادو به اسم «چاک هال»، اولین روش تصویربرداری جامد رو اختراع کرد که بهش «استریولیتوگرافی» میگن. این اولین قدم بود برای ساخت پرینترهای سه بعدی. صنعت بهداشت از سال ۲۰۰۰ شروع کرد به استفاده از پرینتر سه بعدی، و یه سال بعد اولین داربست‌های مصنوعی برای بافت مثانه انسانی با پرینتر سه بعدی ساخته شد. در سال ۲۰۰۸ هم اولین پروتز پای سه بعدی ساخته شد.
از اون زمان به بعد پیشرفت‌های زیادی در زمینه پرینتر سه بعدی در پزشکی و بهداشت اتفاق افتاده. در سال ۲۰۰۹، رگ‌های خونی با استفاده از پرینتر سه بعدی زیستی (ترکیب سلول‌های زنده و بیومواد) ساخته شدن و در سال ۲۰۱۴، بافت کبد انسان با پرینتر سه بعدی به صورت تجاری راه‌اندازی شد. دانشمندان از سال ۲۰۱۹ شروع کردن به بیوپرینترینگ قلب و کیسه‌های ریه. یه سال بعد، شرکت بیوتکنولوژی بریتانیایی «FABRX»، دستگاه ساخت داروهای شخصی‌سازی‌شده به اسم M3DIMAKERTM رو معرفی کرد. از اون موقع به بعد، صنعت پرینتر سه بعدی تو پزشکی و بهداشت به شدت پیشرفت کرده.
👈 برای کسب اطلاعات درمورد انواع پرینتر های سه بعدی 3d پارسی و همچنین استعلام قیمت آن ها میتوانید از صفحه قیمت پرینتر سه بعدی استفاده کنید و یا با مشاوران ما تماس بگیرید.
کاربردهای پرینتر سه بعدی در پزشکی و بهداشت
پرینتر سه بعدی به طور گسترده‌ای در صنعت پزشکی و بهداشت مورد استفاده قرار گرفته، بخاطر این که همه‌چیز می‌تونه شخصی‌سازی بشه و به نیازهای بیمار جواب بده. این کاربردها شامل ایمپلنت‌های ستون فقرات و ارتوپدی، پروتزهای اعضای بدن، سوکت‌ها و قطعات پروتز، تاج دندان، بریج‌ها و دستگاه‌های ارتودنسی دیگه، فرمولاسیون دارویی و وسایل تحویل دارو (مثل اینهالرها، پچ‌ها و ایمپلنت‌ها)، سمعک‌ها و مدل‌های دقیق آناتومیکی بر اساس بیماران واقعی و نیازهای شخصی اون‌ها میشه.
ولی این همه چیز نیست! پرینتر سه بعدی معمولاً برای ابزارهای جراحی ویژه و شخصی‌سازی‌شده، راهنماهای جراحی، حتی بازسازی صورت هم استفاده میشه. علاوه بر این، تغییرات طراحی سریع و دقیق می‌تونه با بازخورد ارزشمند جراح‌ها انجام بشه. ایمپلنت‌های پرینتر سه بعدی با استفاده از روش‌های مختلف پرینتر سه بعدی و مواد متنوع ساخته میشن که در ادامه بیشتر در موردش توضیح خواهیم داد. اما فعلاً بیاید نگاهی دقیق‌تر به بعضی از این کاربردها بندازیم.
ایمپلنت‌ها
توانایی طراحی و تولید سریع و دقیق ایمپلنت‌های شخصی‌سازی‌شده برای بیماران، از جمله ایمپلنت‌های دندانی، ستون فقرات و لگن، دنیای پزشکی رو متحول کرده. این قطعات شخصی‌سازی‌شده می‌تونن زمان جراحی رو کم کنن، عوارض رو کاهش بدن، نیاز به تغییر دستی ایمپلنت‌های استاندارد رو از بین ببرن و تعداد جراحی‌های پیوند استخوان رو که پزشکان باید انجام بدن، کمتر کنن. همه این عوامل باعث میشه بیمار زودتر بهبود پیدا کنه و شانس موفقیت جراحی بیشتر بشه.
پروتزها
توانایی شخصی‌سازی پروتزهای پرینتر سه بعدی بدون شک یکی از تاثیرگذارترین کاربردهای این تکنولوژی در بهداشت و پزشکیه و واقعا برای افرادی که اندامشون رو از دست دادن، یه تغییر بزرگ بوده. این پروتزها، از جمله دست‌ها و پاها، کاملا با بدن بیمار تطابق دارن و راحتی و عملکرد بهتری ایجاد می‌کنن. پروتزهای سنتی و قطعاتشون خیلی گرون هستن (بین ۱۵۰۰ تا ۸۰۰۰ دلار) و نیاز به تنظیمات دستی و زیاد دارن. تازه مدت زیادی طول می‌کشه تا سفارش داده بشن و ساخته بشن.
پروتزهای پرینت سه بعدی معمولاً هزینه کمتری دارن. همچنین زمان ساخت سریع‌تری دارن (در بعضی موارد حتی یک روز) و نیاز به تنظیمات کمتری دارن چون کاملاً متناسب با نیاز بیمار طراحی شدن. این ویژگی‌ها مخصوصاً برای کودکانی که سریع پروتزهاشون رو از دست میدن، خیلی مفیده. پرینتر سه بعدی حتی این پروسه نه‌چندان خوشایند رو برای کودکان و بزرگسالان راحت‌تر می‌کنه چون می‌تونن رنگ‌ها، طرح‌ها و استایل‌های مختلف پروتزهاشون رو انتخاب کنن.
💡 بیشتر بدانید: Boston Micro Fabrication نازک‌ترین روکش دندان زیبایی دنیا وارد بازار دندانپزشکی شد
مدل‌های آناتومیکی
علاوه بر پروتزها، میشه مدل‌های آناتومیکی برای استفاده در آموزش، تمرین و برنامه‌ریزی جراحی پیش از عمل هم ساخت. این مدل‌ها به‌طور دقیق، اگر نه کاملاً، مشابه ارگان‌های واقعی هستند که از داده‌های تصویربرداری بیمار طراحی میشن تا پزشکان بتونن جراحی‌هاشون رو قبل از عمل واقعی تمرین کنن. جراحی‌های پیچیده می‌تونن شبیه‌سازی بشن و این باعث میشه پزشکان و دانشجویان بتونن مهارت و اعتماد به نفسشون رو تقویت کنن تا مشکلات کمتری پیش بیاد و شانس موفقیت بیشتر بشه.
چاپ اعضا و بافت‌ها
چاپ زیستی (بیوپرینترینگ) برای ساخت داربست‌هایی که مشابه بافت‌های انسانی هستند، اولین گام در تولید اعضا و بافت‌های پرینتر سه بعدی بوده. اگرچه اعضای چاپ‌شده سه بعدی، مثل کبد و کلیه‌ها، هنوز به طور کامل به مرحله‌ی اصلی نرسیدن، اما پیشرفت‌های زیادی انجام شده. محققان به طور مداوم در حال کار روی تکنولوژی‌ها و روش‌های جدید برای این کار هستند تا هرچه زودتر این اعضا رو تولید کنن. این اعضای ساخته‌شده توسط ماشین می‌تونن جان میلیون‌ها نفر رو نجات بدن، چون افراد مریض دیگه نیازی نیست منتظر لیست‌های طولانی پیوند اعضا بمونن.
سایر کاربردها
برای دقت و شخصی‌سازی بیشتر، وسایل و ابزارهای پزشکی می‌تونن به‌طور خاص برای هر بیمار طراحی و چاپ بشن. این روش همچنین برای دوزها و فرمول‌های دارویی شخصی‌سازی‌شده استفاده میشه. این کار خطر عوارض جانبی ناخوشایند رو کاهش میده. مثلاً داروی اسپریتام (برای درمان صرع) که توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) تأیید شده، با پرینتر سه بعدی ساخته شده. این فرآیند دارو رو بهبود بخشیده و حل شدنش رو نسبت به قرص‌های دیگه راحت‌تر کرده.
مزایای تکنولوژی پرینتر سه بعدی در پزشکی و بهداشت
میدونی که پزشکی و بهداشت جزو اولین صنایع بودن که تکنولوژی پرینتر سه بعدی رو به کار گرفتن، چون مزایاش خیلی زیاده. اصلاً نیازی به دانشمندان موشکی نیست تا بفهمیم پرینتر سه بعدی چقدر توی مراقبت‌های پزشکی مهمه و چقدر می‌تونه آینده رو تغییر بده. هدف اصلی این تکنولوژی اینه که مراقبت از بیماران و سلامتی رو بهتر کنه. قطعات شخصی‌سازی‌شده، داروها، روش‌های تحویل دارو و دیگر راه‌حل‌ها که بر اساس داده‌های هر بیمار از اسکن‌های MRI و CT ساخته میشن، دارن روش درمان بیماران رو به‌طور اساسی تغییر میدن، زمان بهبودی و احتمال عوارض رو کاهش میدن و شانس موفقیت درمان رو بیشتر می‌کنن.
پرینت سه‌بعدی، انقلاب سبز و کارآمد در تولید و پزشکی
قطعات پرینتر سه بعدی در پزشکی به‌طوری طراحی میشن که بیشتر با بدن انسان سازگاری داشته باشن و راحت‌تر بتونن با آناتومی و نیازهای دقیق هر بیمار تطابق پیدا کنن. این فرآیند اجازه میده که اقلام پزشکی ضروری به سرعت ساخته بشن، از جمله تولید بر اساس درخواست، که این کار نیاز به انبارهای بزرگ و گران قیمت رو کاهش میده و زمان انتظار بیماران رو هم کم می‌کنه. سرعت پرینتر سه بعدی همچنین به این معنیه که هر گونه تغییرات طراحی که بعد از آزمایش نیاز باشه، سریع انجام میشه. توی مواقع اضطراری، این یه ویژگی خیلی باارزشه.
مقایسه با روش‌های معمول تولید، پرینتر سه بعدی خیلی دوستدار محیط زیسته و ضایعات رو به حداقل می‌رسونه. همچنین خیلی مقرون به صرفه‌تره، چون نیاز به کار دستی یا ابزارهای پیچیده نداره و فقط به چاپگر و مواد اولیه نیاز داره. به خاطر موادی که توی پرینتر سه بعدی استفاده میشن، قطعات می‌تونن خیلی سبک‌تر و محکم‌تر از قطعات ساخته‌شده به روش سنتی باشن. جراحان و کسانی که هنوز در حال یادگیری هستن می‌تونن جراحی‌ها رو روی قطعات سه بعدی شبیه‌سازی‌شده تمرین کنن و دستگاه‌ها و درمان‌های جدید رو تست کنن بدون اینکه مجبور باشن مدت زمان طولانی منتظر تحویل قطعات بمونن.
با گسترش این روش، مراقبت‌های بهداشتی برای بیماران در دسترس‌تر میشه و امکانات و حرفه‌ای‌ها می‌تونن کارشون رو خیلی سریع‌تر و مؤثرتر انجام بدن.
معایب پرینتر سه بعدی در مراقبت‌های بهداشتی
با اینکه مزایای پرینتر سه بعدی توی مراقبت‌های بهداشتی خیلی بیشتر از معایبشه، اما چندتا مشکل هست که امیدواریم با پیشرفت تکنولوژی حل بشه. اول از همه، دامنه مواد مناسب برای پرینتر سه بعدی در این حوزه نسبت به روش‌های سنتی تولید خیلی محدودتره. همچنین هنوز هم مشکلاتی در مورد یکپارچگی کیفیت چاپ‌ها وجود داره.
بعلاوه، مثل هر محصول دیگه‌ای که به صورت سنتی تولید میشه، محصولات پرینتر سه بعدی هم باید از مراحل تأیید FDA عبور کنن تا اطمینان حاصل بشه که استانداردهای لازم مثل کیفیت، ایمنی و کارایی رو دارند. بیشتر از ۱۰۰ محصول پزشکی پرینتر سه بعدی توسط FDA تأیید شدن، اما بیشتر این‌ها دستگاه‌های پزشکی (مثل ایمپلنت‌های ارتوپدی) هستن و نه داروها. متخصصان این صنعت گفته‌اند که FDA باید قوانین مربوط به این حوزه رو دقیق‌تر برای پرینتر سه بعدی تنظیم کنه.
مشکل اصلی در مورد تأیید FDA اینه که بیشتر تمرکز داره روی محصولات چاپ‌شده سه بعدی و نه خود چاپگرها، و هیچ دستورالعمل خاصی در مورد نحوه تولید ایمن داروها وجود نداره. با اینکه دستورالعمل دقیقی نداریم، این محصولات هنوز باید از همون مراحل طولانی تست و تأیید عبور کنن که سایر محصولات پزشکی هم طی می‌کنن.
چالش‌های نظارتی در تولید محصولات پزشکی با پرینتر سه بعدی
یکی دیگه از مشکلات اینه که هر کسی که چاپگر خوبی داشته باشه، می‌تونه محصولات پزشکی پرینتر سه بعدی بسازه، حتی افرادی که خیلی مسلط به قوانین و مقررات FDA نیستن. این باعث میشه که نظارت بر این محصولات سخت بشه، مخصوصاً وقتی با تولیدکنندگان معتبر پرینتر سه بعدی مقایسه می‌کنیم. محصولات پرینتر سه بعدی در محل درمان هم به سختی قابل نظارت هستن چون مستقیماً در بیمارستان یا کلینیک ساخته میشن و نه در کارخانه تولیدی.
چیزی که موضوع رو پیچیده‌تر می‌کنه این که مرز مشخصی بین محصولات پزشکی و فرآیندهای درمانی وجود نداره. هیئت‌های برخی از مراکز پزشکی مسئول نظارت روی فرآیندها هستن، در حالی که FDA محصولات رو کنترل می‌کنه، اما در پرینتر سه بعدی این مرزها کمی مبهم میشه. مثلاً اگر یک بیمارستان ابزار جراحی سفارشی پرینتر سه بعدی کنه، ممکنه تشخیص دادن اینکه مسئول نظارت کی هست (هیئت بیمارستان یا FDA) کار سختی بشه.
💡 بیشتر بدانید: پرینت سه بعدی در ساخت محصولات ایمن برای مواد غذایی
مقررات FDA برای پرینترها و محصولات سه بعدی
FDA محصولات پرینتر سه بعدی برای استفاده در پزشکی و بهداشت رو تقریباً به همون روشی که برای محصولات تولید شده به روش سنتی کنترل می‌کنه، تنظیم می‌کنه. با این حال، همونطور که قبلاً گفته شد، بیشتر تمرکز روی محصولات و روش تولیده و نه خود چاپگرها. FDA فرایند بازبینی متفاوتی بسته به نوع محصول، کاربردش و خطرات احتمالی داره.
سطح خطر همون چیزی هست که FDA برای دسته‌بندی محصولات استفاده می‌کنه. کلاس I محصولات کم‌خطر هستن و نیاز به نظارت کمی دارن، کلاس II محصولات با خطر متوسط هستن، و کلاس III محصولات پرخطر هستن که نیاز به بررسی و آزمایش دقیق‌تری دارن.
پرینترهای سه بعدی استفاده‌شده در مراقبت‌های بهداشتی
چند نوع مختلف پرینتر سه بعدی برای ساخت محصولات بهداشتی استفاده میشه که هر کدوم مزایا و معایب خاص خود رو دارن. در اینجا، رایج‌ترین پرینترهای سه بعدی که در صنعت پزشکی استفاده میشن رو معرفی می‌کنیم:
استریولیتوگرافی (SLA)
این پرینترها محصولات رو با استفاده از لیزرهایی که مایع رزین رو سخت می‌کنن، تولید می‌کنن. این فرآیند برای ساخت محصولات دقیق و با وضوح بالا با سطح صاف مفیده. از این تکنولوژی برای ساخت مدل‌های آناتومیک و نمونه‌سازی‌ها استفاده میشه، اما به پردازش‌های بعدی نیاز داره.
سیستم سینترینگ لیزری انتخابی (SLS)
این پرینترها بیشتر برای تولید قطعات مکانیکی پیچیده و سفارشی استفاده میشن. لیزرهای قدرتمندی دارن که مواد پودری رو ذوب کرده و محصول نهایی رو می‌سازن. این چاپگرها معمولاً از نایلون و پلی‌آمیدهای دیگه (PA) برای چاپ استفاده می‌کنن. چاپ‌های نایلونی SLS می‌تونن با تجهیزات خاص استریل بشن چون این مواد می‌تونن دمای بالا رو تحمل کنن، بنابراین برای دستگاه‌های پزشکی مناسب هستند. این پرینترها معمولاً برای فضاهای صنعتی طراحی شدن چون دستگاه‌های بزرگی هستن.
مدل‌سازی به‌وسیله رسوب ذوبی (FDM)
در این روش، چاپگر یک فیلامنت ترموپلاستیک رو ذوب کرده و به‌طور استراتژیک روی پلتفرم ساخت قرار میده و لایه‌به‌لایه محصول نهایی رو می‌سازه. این روش مقرون به صرفه است و برای نمونه‌های اولیه و قطعات ساده عالیه. چون وضوح پایین‌تری داره، برای محصولات پیچیده مناسب نیست و معمولاً به پردازش‌های بعدی نیاز داره. همچنین، میکروگپ‌های بین لایه‌ها باعث میشن که این تکنولوژی برای استریل کردن مشکل‌ساز بشه، بنابراین بهتره از این روش فقط برای نمونه‌سازی استفاده بشه. نمونه های این دستگاه ها را اینجا ببینید: پرینتر های سه بعدی FDM
ذوب لیزری مستقیم فلز (DMLS)/ذوب لیزری انتخابی (SLM)
هر دو این نوع پرینترها لیزرهایی دارن که پودر فلز رو ذوب کرده و قطعات مقاوم و زیست‌سازگار مثل ایمپلنت‌های سفارشی می‌سازن. این پرینترها تقریباً به‌طور انحصاری برای محیط‌های صنعتی طراحی شدن و باید توسط متخصصین اداره بشن. همچنین خرید و نگهداری این دستگاه‌ها بسیار هزینه‌بره.
با افزایش قابلیت اطمینان از پرینترهای سه بعدی رومیزی و سیستم‌های با هزینه پایین، پرینتر سه بعدی در محل درمان خیلی بیشتر در دسترس شده بدون اینکه برای ارائه‌دهندگان خدمات فشار زیادی ایجاد کنه.
،یلامنت ها و مواد اولیه مورد استفاده پرینتر سه بعدی در مراقبت‌های بهداشتی
برای پرینت سه بعدی در حوزه مراقبت‌های بهداشتی از مواد مختلفی استفاده میشه که همه باید استانداردهای سخت‌گیرانه‌ای از نظر ایمنی، کیفیت و کارایی رو رعایت کنن. این مواد باید مقاوم، بادوام، قابل استریل، ضد خوردگی و سبک باشن. همه مواد قابل استفاده در پرینتر سه بعدی برای کاربردهای پزشکی ایمن نیستن، اما در اینجا لیستی از مواد رایج پرینتر سه بعدی که در پزشکی و مراقبت‌های بهداشتی استفاده میشن و می‌تونن نیازهای ضروری رو برآورده کنن آورده شده:
- نایلون PA-۱۲
- PC-ISO
- ABS M30i
- تیتانیوم
- کروم کبالت
- فولاد ضد زنگ
- پلی‌یورتان ترموپلاستیک (TPU)
- اسید پلی‌لاکتیک (PLA)
- پلی‌اتراترکتون (PEEK)
- پلی‌اترکتوکیتون (PEKK)
- پلی‌متیل متاکریلات (PMMA)
- بیوسرامیک‌ها
- پلی‌اتیلن گلیکول (PEG)
source of images: www.dreambot3d.com
www.3dmitech.co.uk
xometry.pro
formlabs.com
