3D печатные имплантаты для лечения перелома глазниц

Исследователи из Базельского университета разработали новый 3D-печатный имплантат для лечения переломов глазницы, который снижает риск отторжения пациента.

Изготовленные с использованием 3D-принтера Prusa i3 и нити PEEK, трансплантаты команды способны преодолевать биоинертность своего материала благодаря своим пористым свойствам, которые могут быть адаптированы для улучшения восстановления клеток. С помощью анализа конечных элементов (FE) команда также обнаружила, что их устройства легко настраиваются, что означает, что в будущем они могут быть адаптированы для удовлетворения потребностей отдельных оптических пациентов.

“Печать высокотемпературных термопластичных полимеров имплантируемого класса, таких как PEEK, открывает путь для более сложного поколения биоматериалов»,-говорится в статье команды. “Внедрение FDM [3D-печати] в местах оказания медицинской помощи обеспечивает меньшие потери материалов, простоту обучения операторов, более быстрое изготовление имплантатов, повышенную экономическую эффективность и специфичность для пациентов”.

Когда дело доходит до ран на лице, так называемые «переломы дна орбиты» представляют собой одну из самых ужасных возможных травм. Распространенный побочный эффект удара тупым предметом в лицо, переломы дна орбиты эффективно приводят к повреждению стены под глазами пострадавших пациентов, и болезнь может быть очень трудно вылечить, учитывая скрытое местоположение участка.

Хотя достижения в области виртуального хирургического планирования (VSP) продолжают облегчать лечение таких переломов глазницы, чем когда-либо прежде, соответствующие хирургические материалы остаются препятствием для достижения оптимальных результатов у пациентов. Тем временем PEEK сам по себе является надежным полимером для 3D-печати и продемонстрировал значительный потенциал в этой области, но, по словам швейцарской команды, его отсутствие биоактивности является причиной “клинической озабоченности”.

В прошлом исследователи играли с идеей покрытия PEEK, чтобы улучшить его остеоинтеграцию, но плохое связывание может привести к деградации материала и, в конечном счете, к остеолизу. В качестве альтернативы, учитывая присущую технологии гибкость дизайна, 3D-печать все чаще находит применение для хирургических трансплантатов, в которых она позволяет создавать пористые имплантаты, способствующие большему росту клеток.

Однако, несмотря на клинический потенциал медицинских устройств аддитивного производства, исследователи из Базеля не обнаружили существующих исследований, в которых изучалось бы поведение 3D-печатных имплантатов PEEK FDM, поэтому в настоящее время они создали рабочий процесс, позволяющий производить индивидуальные трансплантаты, которые имеют улучшенную хирургическую применимость.

Для начала команда создала модели FE нескольких различных конструкций орбитальных сетчатых имплантатов и использовала программное обеспечение для моделирования, чтобы проверить их эффективность в соответствии с клиническими «наихудшими сценариями». Основываясь на своих выводах, исследователи решили интегрировать винтовые наконечники диаметром 1,5 мм в ободки каждого из своих устройств, чтобы удерживать их на месте во время конечного использования, прежде чем экспортировать их в виде файлов STL для печати.

Интересно, что первоначальные модели команды потерпели неудачу из-за их сложных выступов, что вынудило исследователей применить подход «обратного оригами». На практике это означало цифровое преобразование их 3D-имплантатов в 2D с помощью функции «развернуть» в программе Autodesk Inventor, прежде чем выдавливать их плоско и вручную извлекать из печатного ложа.

Чтобы снова сделать свои трансплантаты 3D, исследователи затем использовали пресс-форму и пресс-коробку, чтобы нагреть и сжать их обратно в желаемую форму, прежде чем оценивать и анализировать их качества. Каждое устройство было помечено на основе их деформации при 0,3 Н, а также их морфологической подгонки, и неудивительно, что результаты показали, что самые тонкие имплантаты также демонстрировали самый высокий уровень напряжения под давлением.

Что касается подгонки и точности по сравнению с моделями пациентов, то каждое из устройств получило минимум «удовлетворительно» по собственной шкале команды, в то время как имплантаты прямоугольной формы были отмечены как наиболее надежные. Поэтому команда пришла к выводу, что их подход так же важен, как и полученные устройства, и что моделирование FE позволило им быстро перейти к дизайну, удобному для пациентов.

“Используя многокритериальное принятие решений (MCDM) [оценки], вычислительный анализ на основе FE и FDM могут быть оценены в нескольких вариантах лечения”,-объяснила команда в своей статье. “Этот подход демонстрирует, что можно оценить целый ряд комбинаций для достижения наиболее эффективного клинического решения”.

Учитывая закрытую природу глазницы человека, оперировать ее может быть очень сложно, но хирурги все чаще обнаруживают, что 3D-печать и моделирование могут помочь оптимизировать шансы их пациентов. Например, в начале этого года врачи Израильского медицинского центра Галилеи (GMC) объединили 3D-печать с виртуальной реальностью, чтобы разработать новый способ лечения оптических переломов.

В прошлом исследователи из Университета Порту аналогичным образом использовали аддитивное производство, чтобы помочь восстановить глаз 47-летней женщины. Работая с Институтом науки и инноваций в области машиностроения и промышленного машиностроения, команда смогла создать высококачественный протез, сократив при этом связанные с ним сроки и затраты.

В другом месте, в Бразильском университете Паулиста, ученые разработали средство захвата и 3D-печати лицевых протезов для тех, кто живет с челюстно-лицевыми дефектами. Основываясь на снимках со смартфона, команда уже смогла создать протезы для больной раком, которая потеряла правый глаз и часть челюсти.

Выводы исследователей подробно изложены в их статье под названием “Стратегия многокритериальной оценки 3D-печатных пористых полиэфиркетоновых (PEEK) имплантатов, предназначенных для конкретного пациента, для реконструкции орбитальной стенки”.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *