UT pietvakarių medicinos centro mokslininkai sukūrė pažangų trimatį (3D) spausdinimo metodą, skirtą sukurti realistiškus žmogaus šlaunikaulio modelius, kurie galėtų palengvinti ir pigiau atlikti biomechaninius tyrimus.
Tyrimas, paskelbtas Ortopedinių tyrimų žurnalas Bendradarbiaudama su Dalaso Teksaso universiteto mokslininkais, pirmasis patvirtino šlaunikaulių, pagamintų naudojant ekonomiškus 3D spausdintuvus ir medžiagas, naudojimą biomechaniniuose tyrimuose. Nors tyrime pagrindinis dėmesys buvo skiriamas šlaunikaulio (šlaunies kaulo) atkartojimui ir jo unikalioms mechaninėms savybėms, šis procesas ateityje galėtų būti naudojamas kuriant bet kurio žmogaus kaulo modelius tyrimams.
„Šlaunikaulis yra pagrindinis biomechaninių tyrimų taškas dėl jo svarbaus vaidmens svorio nešimui ir mobilumui“, – sakė pagrindinis autorius Robert Weinschenk, MD, UT Southwestern ortopedinės chirurgijos ir biomedicinos inžinerijos docentas.
„Tradiciškai biomechanikos mokslininkai tyrimams naudojo lavonus arba sintetinius kaulus, tačiau jie gali būti brangūs, sunkiai gaunami ir turi tam tikrų apribojimų. 3D spausdinimo naudojimas žmogaus kaulams generuoti gali būti reikšmingas postūmis mokslininkams, tyrinėjantiems naujus chirurginius metodus ir tokios būklės kaip osteoporozė, trauminiai lūžiai, deformacijos ir gerybiniai arba piktybiniai kaulų pažeidimai.
Bendradarbiaudami su mechanikos inžinieriais iš UT Dalaso, dr. Weinschenk ir komanda panaudojo polipieno rūgštį – nebrangią, biologiškai skaidžią poliesterio medžiagą, dažniausiai naudojamą 3D spausdinimui, – kad sukurtų įvairius šlaunikaulio modelius, turinčius skirtingus fizinius požymius, tokius kaip sienelės storis ir užpildo tankis. Tada šie modeliai buvo išbandyti dėl lenkimo stiprumo naudojant trijų taškų lenkimą, o rezultatai buvo lyginami su žmogaus šlaunikaulio biomechaniniu atsaku, todėl komanda galėjo nustatyti metodiką, kuri pagamino tiksliausią kopiją.
Kishore Mysore Nagaraja, mokslų daktaras. Kandidatas iš UT Dalaso sukūrė daugybę atspausdintų šlaunikaulių pavyzdžių ir išbandė juos, siekdamas užtikrinti, kad jie mechaniškai atitiktų tikruosius šlaunikaulio kaulus.
Keturios kartos sintetinių šlaunikaulio modelių buvo sukurti biomechaniniams tyrimams ir parduodami komerciškai nuo 1987 m., sakė dr. Weinschenk. Tačiau jie turėjo apribojimų, įskaitant kainą ir pristatymo laiką. Jis sakė, kad jo ir jo kolegų sukurta 3D spausdinimo technika išsprendžia šias problemas.
„Manome, kad tai nauja ir gali būti plačiai naudojama ir priimta, nes kiekvienas, turintis pigų 3D spausdintuvą, gali nedelsdamas atsisiųsti failą, atspausdinti pavyzdį ir atlikti savo tyrimus nebrangiai“, – sakė dr. Weinschenkas.
Šlaunikaulis yra stipriausias ir ilgiausias žmogaus kūno kaulas, vidutinis suaugusio žmogaus šlaunikaulis yra apie 18 colių ilgio. Daktaras Weinschenkas ir jo kolegos iš UT Southwestern ir UT Dalaso sukūrė vidurinės šlaunikaulio dalies modelius, kurių dydis buvo šiek tiek mažesnis nei 8 coliai, o skersmuo beveik 1 colio. Pavyzdžiai gaminami už numatomą 7 USD kainą.
UT Dalaso mokslininkai daugiausia dėmesio skyrė mechaniniam 3D spausdinto šlaunikaulio įvertinimui ir apibūdinimui.
„Naudodami 3D spausdinimą galime atspausdinti šlaunikaulio kaulą su ta pačia kūno viduje esančio šlaunikaulio geometrija“, – sakė daktaras Wei Li, Dalaso universiteto mechanikos inžinerijos docentas ir tyrimo vyresnysis. autorius. „Mūsų biomechaniniuose tyrimuose šlaunikaulis buvo atliktas taip pat, kaip ir žmogaus šlaunikaulis.”
Dr. Weinschenk, kuris specializuojasi raumenų ir kaulų sistemos onkologijoje, ir tyrimo bendraautorius Richardas Samade'as, medicinos mokslų daktaras, UTSW ortopedinės chirurgijos, biomedicinos inžinerijos ir plastinės chirurgijos docentas, numato, kad mokslininkai netrukus galės išspausdinti pacientų navikus. 3D kauluose, kad padėtų individualizuoti jų gydymą.
„Galimybė naudoti 3D spausdintuvą kuriant biomechaniškai realistiškus modelius pašalina pagrindinę kliūtį tyrimams ir atveria duris klinikiniams pritaikymams“, – sakė dr. Samade.
„Pavyzdžiui, chirurgas galėtų atspausdinti kaulus su specifinėmis patologijomis ir naudoti tuos modelius, kad sukurtų individualizuotus gydymo protokolus. Tai didelis žingsnis į priekį kuriant sudėtingų kaulų patologijų pacientų chirurginius sprendimus, daugiausia dėmesio skiriant galūnių ir funkcijų išsaugojimui. “
Dr Weinschenk pridūrė: „Per pastaruosius porą metų atsirado daug chirurginių naujovių, susijusių su ortopedine onkologija – nauji implantai, minimaliai invaziniai chirurginiai metodai ir kt. Kadangi pacientai gyvena ilgiau, turime neatsilikti nuo to. naujovių ir kurti patobulintus chirurginius sprendimus, kurie tarnaus ilgiau.
Kitas žingsnis bus 3D projektavimo protokolų, skirtų platesniam kaulų modelių spektrui, kūrimas.
„Kai galėsime spausdinti 3D modelius, užtikrindami, kad jie elgsis mechaniškai kaip tikri kaulai, pamatysime sparčią biomechaninių tyrimų raidą, kuri galiausiai paskatins naujoviškus chirurginius metodus visose ortopedijos srityse“, – sakė dr. Weinschenk. „Šis tyrimas sudaro pagrindą mūsų būsimam darbui čia ir bendradarbiaujant su kolegomis iš UT Dalaso.