Обзор применения 3D-принтеров в медицине | Технология 3D моделирования и печати на 3Д принтере в медицине

Обзор применения 3D-принтеров в медицине | Технология 3D моделирования и печати на 3Д принтере в медицине 3d печать
3d печать в медицине реферат jpg, 3d принтеры в медицине
Содержание
  1. Обзор применения 3D принтеров в медицине
  2. Использование оборудования для трехмерной печати в медицине
  3. Преимущества применения 3D-принтеров
  4. Основные направления использования аддитивных технологий в медицине
  5. Производство хирургических инструментов и других медицинских изделий.
  6. Стоматология и протезирование
  7. Обучение студентов и подготовка к операции
  8. Создание органов и тканей с помощью методов 3D-биопечати
  9. 3D-печать для фармацевтического производства
  10. Примеры использования 3D-принтеров в медицине
  11. Печать на яичниках
  12. Создание модели сердца четырехлетнего пациента на 3D-принтере Zortrax M200.
  13. Подготовка черепных имплантатов.
  14. Использование индивидуальных датчиков
  15. Обработка.
  16. Печать искусственной роговицы
  17. Создание биполярного хирургического операционного напряжения для лапароскопических вмешательств
  18. Печатный замысел тазобедренного сустава
  19. Зубной венец
  20. Ремонт крыла (хрящевые структуры)
  21. Печать отпечатков пальцев зубов.
  22. Создание медицинских внеклассных мероприятий.
  23. Моделирование сердечно-сосудистых заболеваний.
  24. Создание.
  25. Заключение

Обзор применения 3D принтеров в медицине

Обзор 3D принтеров в медицине

Использование оборудования для трехмерной печати в медицине

3D-печать впервые была использована в медицине для печати в начале 2000-х годов, и с тех пор разработка зубных имплантатов в здравоохранении применения этой электронной технологии значительно расширилась и продолжает расти. Сейчас она используется для изготовления дыхательных путей (например, носа), скелетных структур (например, челюстей, суставов), клеточных культур, кровеносных сосудов, некоторых частей глаза и органов (например, почек, мочевого пузыря). . ), ткани, лекарства, модели биомолекул, бактерии, вирусы и многое другое. Готовые к использованию файлы 3D-моделей для печати Пользователи и исследователи со всего мира могут делиться в сети своими научными разработками, обсуждать интересные примеры и мнения коллег. Они также могут работать самостоятельно или с партнерами над усовершенствованием своих объемных прототипов, не тратя месяцы и годы на воссоздание объекта с нуля. Работа над дополнительными проектами требует интеграции технологий различных научных дисциплин, включая клеточную биологию, медицину математику, физику, инженерное дело, биоматериаловедение и промышленность.

Преимущества применения 3D-принтеров

  • Экономия материалов и трудозатрат,
  • 3D-печать конструкций самого высокого уровня сложности, делая их идеально похожими на прототипы и уменьшая их вес,
  • большая скорость печати ;
  • высокая точность и детализация с учетом конкретных анатомических параметров пациента,
  • Множество инновационных высокотехнологичных материалов, в том числе широкий спектр расходных материалов, пригодных для имплантации в организм,
  • снижение стоимости медицинских изделий; и
  • сокращение сроков производства и возможность своевременного оказания медицинской помощи.

Основные направления использования аддитивных технологий в медицине

Области применения 3D-принтеров в медицине Их можно разделить на следующие категории

  1. Производство медицинских изделий.
  2. Печать ортопедических изделий, каркасов и имплантатов.
  3. Печать анатомических 3D-моделей для образовательных целей и подготовки к хирургическим операциям.
  4. Создание органов и тканей.
  5. Фармацевтические исследования.

Производство хирургических инструментов и других медицинских изделий.

Чтобы проводить операции с минимальной травмой для пациента, хирурги стремятся использовать инструменты, адаптированные к анатомическим особенностям человека, а 3D-печать позволяет создавать индивидуальные инструменты и хирургические шаблоны всего за несколько часов.

Благодаря протезированию. технологиям Кроме того, хирурги могут сами настраивать готовые инструменты, придавая им нужную форму и размер для более продуктивной, комфортной и безопасной работы. Стоматологи, например, могут создавать индивидуальные направляющие инструменты на глазах у пациента, чтобы защитить здоровые зубы от повреждения во время установки протеза.

Стоматология и протезирование

Трехмерные технологии Они стали настоящей революцией в развитии рынка здравоохранения, особенно в области стоматологии. Во-первых, они позволили сканировать полость рта с максимально возможной точностью и детализацией. Во-вторых, с помощью 3D-печати протезы зубов можно было изготавливать в полном соответствии с анатомией пациента без дополнительной адаптации. Значительное сокращение ручного труда при изготовлении фасадов, мостов и венков позволило расширить ассортимент ортопедических конструкций, уменьшить необходимые допуски при изготовлении и повысить общее качество работы.

Протезные конструкции широко используются в медицине При работе над сложными индивидуальными и серийными изделиями: хирургическими имплантатами, протезами разных геометрий, вспомогательными конструкциями и т.д. Эти конструкции изготавливаются путем перевода рентгеновских снимков в компьютерные томографы, магнитно-резонансные томографы или объемные модели для печати с помощью 3D-движка с использованием специального программного обеспечения. При нестандартных замыслах и срочном изготовлении имплантатов 3D-технологии особенно востребованы. Дело в том, что стандартные модели часто не реагируют на особенности анатомии пациента. Например, с такой проблемой часто сталкиваются нейрохирурги. Уникальная форма человеческого черепа сильно затрудняет создание стандартных черепных имплантатов.До появления 3D технологий До появления трехмерной печатной модели врач модифицировал и адаптировал имплантат во время операции. Теперь в этом нет необходимости. Самое главное преимущество напечатанного намерения — идеально точное соединение с телом практически без риска отторжения.

Обучение студентов и подготовка к операции

Объемные модели — гораздо более предпочтительный способ обучения и подготовки студентов-медиков, чем человеческие трупы. Кроме того, 3D-модели более доступны. Кроме того, 3D моделирование могут помочь воспроизвести широкий спектр патологий, связанных с изучаемыми предметами. Например, нейроалиенные 3D-модели очень полезны для будущих нейрохирургов, поскольку они дают наиболее полное представление о самых сложных структурах организма.

3D-модели, напечатанные на 3D-принтерах по результатам исследования материалов, позволяют учитывать анатомию пациента во время хирургических репетиций. Используя конкретную объемную модель органов пациента, хирурги могут более тщательно изучить состояние больного и смоделировать хирургические процедуры, что значительно снижает риск врачебных ошибок.

Создание органов и тканей с помощью методов 3D-биопечати

Биопринтинг — это один из видов объемной печати. печати в медицине . В частности, вместо металлических или пластиковых принтеры шприц-пипетка используется для нанесения «биологических чернил» (эллипсоид вращения ткани), то есть слоя живых клеток или основы их структуры, для создания искусственной живой ткани. Для «печати» конкретных тканей получают стволовые клетки, водоросли или белки коллагена свиньи.

Полученные таким образом органические материалы являются отличной заменой донорским тканям и ценным подспорьем в медицинских исследованиях. Их можно применяться Они могут использоваться для регенерации тканей, а в перспективе — для непосредственного восстановления органов в теле пациента.

3D-биопринтинг может осуществляться различными способами. технологиям Наиболее распространенные методы — струйный, лазерный или экструзионный. Самый распространенный метод — струйная 3D-печать, когда с помощью нескольких печатающих головок можно наносить различные типы клеток (мышечную ткань, кровеносные сосуды, клетки специализированных органов). Эти клетки необходимы для создания различных клеточных органов и тканей.

3D-печать для фармацевтического производства

3Д-технологии применяются Персонализированный медицине И фармацевтические исследования. с помощью 3D. печати Можно создавать лекарственные формы с полным контролем дозировки различных препаратов, с большой продолжительностью действия и сложным профилем высвобождения действующего вещества. Фармацевты теперь могут эффективно анализировать фармакогенетический профиль пациента и другие параметры. Например, пол, возраст и вес учитываются при определении оптимальной дозы препарата и плана дозирования. В зависимости от клинического ответа дозировка может быть скорректирована при необходимости.

Аддитивная печать Это позволяет производить персонализированные лекарства с новыми составами, например, сложные таблетки или многослойные капсулы, содержащие несколько активных ингредиентов, и многое другое.

Примеры использования 3D-принтеров в медицине

Печать на яичниках

В 2017 году американские врачи и ученые из Северо-Западного университета в Чикаго (США) разработали искусственные яичники, которые открывают возможность полного восстановления репродуктивной функции у женщин. В ходе исследования 3D-печатные искусственные яичники были имплантированы в организм бесплодных лабораторных мышей. Эксперименты показали, что «пациентки» произвели на свет потомство, а мыши оказались полностью жизнеспособными и впоследствии смогли произвести на свет потомство.

Поскольку человеческие фолликулы растут гораздо быстрее, чем мышиные, на данный момент неизвестно, можно ли имплантировать такие искусственные яичники женщинам.

Создание модели сердца четырехлетнего пациента на 3D-принтере Zortrax M200.

Команда специалистов из отделения детской кардиологии и врожденных пороков сердца Гданьского медицинского университета (Польша) совместно с коллегами из отделения радиологии и кардиохирургии подготовили четырехлетнего пациента с помощью 3D-принтера Zortrax M200. С тетралогией Фаллота.

Современные методы лечения этого заболевания включают в себя установку искусственного клапана, который имплантируется в сердце через специальный катетер, вводимый в бедренную вену. Это очень сложная операция, требующая от хирурга максимально полного и детального знания анатомии пациента.

Раньше врачи могли ориентироваться только на объемные компьютерные модели, созданные на основе снимков МРТ и КТ. Однако этих изображений было недостаточно для формирования полной картины состояния органов и проблем, которые могут возникнуть во время операции. Использование высокодетальных физических копий органов (сердца, желудочков, желудочков и кровеносных сосудов, включая клетки) играет важную роль в хирургическом планировании и является ключевым фактором успешной операции.

Модель сердца была напечатана в лаборатории в течение 24 часов. Для 3D-печати сердца использовался материал Z-Ultrat, а для кровеносных сосудов — материал Z-Glass. Операция прошла успешно. Затем модель была доставлена в университет и использована в качестве учебного пособия для студентов.

Подготовка черепных имплантатов.

Титановые костные имплантаты печатаются по отдельности; преимущества 3D-печати проявляются в полной мере при их использовании. технологию Селективное лазерное плавление (SLM). Этот метод позволяет печатать имплантаты любой формы с высочайшей точностью всего за несколько часов.

Использование индивидуальных датчиков

В 2016 году ученые из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США) провели исследование по использованию гибких индивидуальных кремниевых датчиков. Они напечатали трехмерную копию схемы сканирования сердца и разместили датчики вокруг нее; трехмерные датчики были удалены от оригинального датчика и могли быть закреплены на человеческом сердце. Их можно использовать для мониторинга работы сердечной мышцы и предотвращения инсультов, инфарктов и других серьезных заболеваний. Персонализированные датчики применяются Пока они находятся только вне тела, но ученые предполагают, что в будущем их можно будет интегрировать в человеческое тело.

Обработка.

Исследователи из Института регенеративной медицины Уэйк-Форест медицины Wake Forest разработали мобильный 3D-принтер, который может печатать клетки кожи, созданные из тканей пациента, прямо на рану.

Большие ожоги традиционно лечатся с помощью пересадки здоровой кожи пациента вместо поврежденной кожи. Этот метод очень травматичен, а также невозможен применить при отсутствии здоровой кожи в организме.

Портативный сканер Zscanner Z700, разработанный учеными, определяет глубину и размер раны. На основе этих данных 3D-прибор для биопрогнозирования создает эпидермальные, кожные и подкожные клетки кожи на соответствующей глубине, чтобы полностью закрыть рану 3D-принтер состоит из внеклеточного устройства (печатающей головки) с восемью соплами диаметром 260 мм и независимого блока агентов, который перемещается по трем осям. В частности, в этой модели 3D-принтера ученые разработали биоматериалы на основе эпидермальных кератиноцитов и аутологичных дермальных фибробластов в гидрогелевом носителе.

Печать искусственной роговицы

Группа ученых из Школы медицины Национального университета Кангпук и Научного университета Пхохан. и технологий Разработано Пхоханским научным университетом, Южная Корея технологию объемной печати Искусственная роговица из материала тканей пациента (стволовых клеток и роговичного слоя) в трехмерном наномастере SMP-III bioacar с технологией Микрокоррекция. Роговицы, изготовленные на 3D-принтере и наполненные биоматериалами, выращиваются в инкубаторе при температуре 37 °C в течение четырех недель.

Полученный материал может полностью заменить донорскую роговицу. Его главное преимущество — полная совместимость с тканями пациента.3-D клетки печать Он позволяет максимально воспроизвести естественные микроизменения глаза, благодаря чему достигается естественная прозрачность. В отличие от обычных искусственных роговиц из синтетических полимеров или рекомбинантного коллагена, этот материал полностью имплантируется. Кроме того, его использование позволяет сократить период ожидания операции, который составляет в среднем шесть лет (например, в Южной Корее).

Создание биполярного хирургического операционного напряжения для лапароскопических вмешательств

В 2016 году компания Bite разработала небольшой 3D-печатный лапароскопический инструмент для зажима и коагуляции тканей и сосудов для малоинвазивной хирургии. Зажимы были успешно протестированы на печени свиньи. Конструкция органа позволяет легко адаптировать геометрию лимба и стержня к анатомии пациента и особенностям операции.

Печатный замысел тазобедренного сустава

Сотрудники Института травматологии и ортопедии имени Р. Р. Вредена совместно с коллегами из компании Leti (Санкт-Петербург) работали над созданием интенсивной конструкции тазобедренного сустава из титана. Изначально ученые создали пластиковую костную основу на основе компьютерной томографии. Затем был спроектирован имплантат и скорректировано его положение на кости. Следующим шагом была разработка операции на манекене и , – печать с помощью 3D-принтера. Имплантат был успешно вживлен пациенту с почти полностью поврежденным бедром, так что мужчина снова смог ходить.

Зубной венец

Использование 3D-принтера Farsoon FS121M, работающего на SLM, упрощает и ускоряет производство зубных гирлянд. по технологии SLM упрощает и ускоряет печать зубных венков и других объектов сложной формы. Машина может напечатать 160 металлических венков всего за три часа. Высочайшая точность изделия достигается благодаря применения Лазерный луч 40 мелких, тонко рассеянных частиц пыли.

Ремонт крыла (хрящевые структуры)

Использование 3D-принтера Rokit, Dr. Invivo 4D Premium со шприцевым распределителем и расходными материалами, такими как гликолевая и молочная кислота (GLC) и гидроксиапатит (HAP), позволяет печатать гибкие структуры, необходимые для восстановления хряща. Это. технология применяется Операция по лечению наружного уха.

Печать отпечатков пальцев зубов.

Использование трехмерного принтера Raise3D Pro2 технологию FDM позволяет изготавливать ортодонтические оттиски зубов. Основным преимуществом этого метода является сокращение времени работы с пациентом: трехмерная модель создается с помощью объемного сканера всего за одну минуту. На ее основе печатается пластиковый прототип, который используется ортодонтом для проведения ортодонтических работ. Технология широко используется врачами французской клиники Ortho 34.

Создание медицинских внеклассных мероприятий.

Специалисты дизайн-студии Barlomiej Gaczorek разработали модель сложного ручного выхода и напечатали детали на 3D SLS-принтере Syterit Lisa. Использование. технологии Выборочное SLS-пожаротушение, элементы конструкции получились максимально точными.

Моделирование сердечно-сосудистых заболеваний.

При редких формах сердечно-сосудистых заболеваний, особенно у новорожденных, риск неправильного обучения геометрии лечения очень высок и требует детальной разработки программы лечения Специалисты Университетского клинического центра в Гданьске (Польша) используют принтер Cynterit Lisa SLS для работы со сложными диагностическими Принтер Cynterit Lisa SLS используется для работы со сложной диагностикой. Врачи создали объемную модель сердечно-сосудистой системы для проведения детальных аномальных тестов и подготовки к операции.

Создание.

Использование FDM-принтеров незаменимо, когда необходимо упростить и удешевить создание эксклюзивных материалов для протезов. Канадский дизайнер Альберт Хуанг разработал трехмерную цифровую модель протеза руки; врачи из Сьерра-Леоне модифицируют CAD-модель в соответствии с анатомией каждого пациента и печатают изделие на трехмерном принтере Raise3D Pro2. Печать этих конструкций стоит всего 50 долларов США (по сравнению со стоимостью протезов). Для сравнения, стоимость протеза, изготовленного по другим чертежам, составляет несколько тысяч долларов. технологиям (Для сравнения, стоимость протеза, изготовленного по другим чертежам, составляет тысячи долларов).

Заключение

Область применения технологий 3D-печати в медицине Конструкция протезов полна прогресса и постоянно расширяется, напоминая настоящую революцию в здравоохранении. Методы протезирования повышают производительность и рентабельность работы врача, открывают множество новых возможностей и сокращают время ожидания. Они позволяют производить персонализированные медицинские устройства и изделия, повышают качество обслуживания пациентов и делают здравоохранение более доступным.

3DTool позволяет проверенным брендам приобретать надежные 3D-сканеры и 3D-принтеры для использования в медицине.

Оцените статью