چاپگرهای سه بعدی کاربرد های وسیعی در صنایع مختلف دارند، اگرچه، در این مقاله سعی شده است تا چهار کاربرد مهم چاپگر های سه بعدی در پزشکی ارائه شود. تکنولوژِی انقلاب بزرگی را در انتقال عضو، افزایش سرعت عمل های جراحی، کاهش هزینه ساخت لوازم جراحی و افزایش طول عمر پروتز های اندامی ایجاد کرده است و امروزه می توان گفت در راس تمامی این پیشرفت ها چاپگر های سه بعدی قرار دارند.
چاپگر های سه بعدی برای اولین بار در سال های دهه ۱۹۸۰ توسعه داده شدند. مکانیسم کلی عملکرد آنها بر مبنای تبدیل یک مدل دیجیتال از یک شی سه بعدی به یک مدل واقعی از آن با استفاده از یک ماده اولیه که به صورت لایه هایی روی هم قرار می گیرد است.
این تکنولوژی تا کنون در صنایع مختلفی از جمله پزشکی مورد استفاده قرار گرفته است. اغلب تکنیک های تصویر برداری پزشکی از جمله X-ray ، CT scan ، MRI و سونوگرافی برای تهیه مدل دیجیتال استفاده می شوند که بعدا می تواند در چاپگر های سه بعدی “چاپ” شود.
تخمین زده شده که تا سال ۲۰۲۵ صنعت چاپگر های سه بعدی در پزشکی ارزشی بالغ بر ۳٫۵ میلیارد دلار خواهد داشت که در مقایسه با گردش مالی این صنعت در سال ۲۰۱۶ که حدود ۷۱۳ میلیون دلار بوده است، جهش بزرگی محسوب خواهد شد. در واقع صنایع تکنولوژی پزشکی جزء صنایعی محسوب می شوند که رشد بسیار چشمگیری در دهه های اخیر داشته اند.
چاپگر های سه بعدی چهار کاربرد عمده در رشته پزشکی دارند: تولید بافت ها و اندام های زنده، ابزار های
جراحی،مدل های جراحی و پروتز هایی که به طور اختصاصی برای بیمار طراحی شده اند
تولید بافت و اندام در آزمایشگاه
یکی از انواع زیاد چاپگر های سه بعدی که در پزشکی استفاده می شود نوع Bioprinting یا چاپگر های زیستی هستند. در نوع از چاپگر های سه بعدی به جای استفاده از مواد اولیه متعارف مانند پلاستیک یا فلز، از مجموعه ای از سلول ها استفاده می شود. این سلول ها از طریق یک نازل که توسط کامپیوتر کنترل می شود روی هم قرار گرفته و اجتماع لایه های مختلف روی هم در نهایت اندام یا بافت مورد نظر را ایجاد می کند.
این ساختار های بافتی و اندام ها به دلیل شباهت زیادشان با نمونه اصلی می توانند برای اهداف تحقیقاتی استفاده شوند. همچنین به دلیل ارزان قیمت بودنشان گزینه مناسبی برای پیوند بافت های انسانی در مقیاس کوچک هستند.
آزمایشگاه تحقیقاتی organovo آمریکا در حال آزمایش بر بافت های کبد و روده پرینت شده است تا بتواند به تحقیق بر روی این بافت ها در شرایط آزمایشگاهی کمک کند.
ساخت مدل های دقیق برای کمک به روند جراحی ها
کاربرد دیگر چاپگرهای سه بعدی در پزشکی، ساخت مدل های اندام ها و بدن بیماران است. این مدل ها که بصورت بسیار دقیق و کاملا اختصاصی هر بیمار طراحی می شوند می توانند کمک زیادی به تصمیم گیری ها و مشخص کردن روند یک جراحی قبل از اقدام به آن باشد. همچنین استفاده از این مدل ها می تواند علاوه بر افزایش سرعت جراحی، میزان تروما های بعد از عمل را نیز بسیار کاهش دهد.
مدل قلب یک بیمار که توسط چاپگر سه بعدی تولید شده
این نوع از پروسه های درمانی بصورت موفقیت آمیز در بسیاری از عمل های جراحی پیچیده از پیوند کامل صورت گرفته تا جراحی های ستون فقرات استفاده شده است و در ابتدای مسیر خود برای تبدیل شدن به یک پروسه معمول در همه انواع جراحی ها قرار دارد.
تولید ابزار های جراحی
ابزار های جراحی استریل (همچون پنس، هموستات، اسکالپل و گیره) نیز می توانند توسط چاپگر های سه بعدی تولید شوند.
این ابزار نه تنها می توانند به صورت کاملا استریل تولید شوند بلکه به دلیل قابلیت های بیشتر در طراحی آنها (مانند کوچکی و دقت زیاد) یک سر و گردن از ابزار های تولید شده با تکنولوژی های معمول کنونی بالاتر اند.
شاید بتوان گفت بهترین مزیت ابزار های تولید شده به روش چاپ سه بعدی نسبت به روش های معمول، قیمت تمام شده بسیار پایین آنها باشد که از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه تر است.
ساخت پروتز های اختصاصی
چاپگر های سه بعدی می توانند برای تولید اندام های مصنوعی و پروتز هایی استفاده شوند که کاملا اختصاصی بیمار هستند. در پروسه های مرسوم کنونی معمولا هفته ها یا ماه ها طول می کشد تا یک بیمار قطع عضو بتواند پروتز مناسب خود را دریافت و استفاده کند. تکنولوژی چاپ سه بعدی نه تنها هزینه تولید پروتز ها زا کاهش داده است، بلکه به این پروسه سرعت بخشیده و فرد می تواند سریع تر پروتز کاملا اختصاصی شده بر اساس بدن خود را دریافت کند.
به طور مثال در کودکان در حال رشد به دلیل هزینه تعویض بالای پروتز های سنتی، استفاده پروتز های سه بعدی باعث کاهش چشمگیر هزینه ها می شود.
دست مصنوعی تولید شده با تکنولوژی چاپ سه بعدی
اسکن سه بعدی اندام سالم بیمار وارد کامپیوتر شده و سپس توسط چاپگر سه بعدی نمونه ی دقیق آن در مدت زمان کمی ساخته می شود.
