چرا بیمارستان ها به چاپگرهای سه بعدی احتیاج دارند؟

چکیده : تاثیر چاپگرهای سه بعدی در علوم پزشکی

به زودی در آینده نه چندان دوری، تمام بیمارستانها دارای واحدهای پرینت سه بعدی خواهند بود که بتوانند مدل ها، پروتر، ایمپلنت و ابزارهای خاص بیمار را جهت تشخیص، معالجه، آموزش بیمار، برنامه ریزی جراحی و هدایت تحقیقات در نظر بگیرند.

بیمارستان کودکان Sant Joan de Deu در بارسلونای کشور اسپانیا از سال 2013 به فناوری چاپ سه بعدی (3D Printing) روی آورده تا به برنامه ریزی روش پیچیده انکولوژیکی کودکان کمک کند (جراحان برای تهیه رویکرد خود به اطلاعات بیشتری نیاز داشتند). از زمان اولین مورد برنامه ریزی، تیم های موجود بیمارستان در شش تخصص جراحی به ایجاد یک واحد پرینتر سه بعدی برای هماهنگی بهتر نیازها روی آوردند.

متخصصان تولید مواد افزودنی (additive manufacturing) که مشاوره بیمارستان را برای این فناوری هدایت می کنند. با هماهنگی Arnau Valls Esteve ، مهندس تحقیق و توسعه که پیشینه در مراقبت های بهداشتی دارد مدیریت استفاده از چاپگر سه بعدی دسکتاپ را بر عهده گرفته تا منجر به روشهای جدید درمانی و کمک به نتایج بهتر بیمار گردد.

تقاضای زیاد برای پرینتر سه بعدی در بیمارستان کودکان بارسلون

مطالعه موردی پرونده پزشکی با یک نگاه

قطعات چاپ۳بعدی: مدل های پزشکی ، ابزارها و راهنماها ؛ قسمتهای اولیه

تکنولوژی چاپگر: FFF / FDM 3D Printer

صنعت: مراقبت های بهداشتی

حجم چاپ سه بعدی: ۲-۳ چاپ در هفته / ۷۰+ در سال

مواد چاپی: PLA ، ABS ، ترموپلاستیک درجه پزشکی

چاپگر انتخاب شده: BCN3D Sigma R19

سرمایه گذاری: ۳،۳۰۰ دلار

صرفه جویی در وقت: کاهش ۳۰ ٪ در زمان جراحی

زمان ROI: انتظار می رود: ۱ سال

والس می گوید: “اولین کاربری ما با چاپگر سه بعدی حوزه تحقیقات و آزمایش برنامه ریزی جراحی، آنکولوژی کودکان و جراحی بازسازی بود.” “از سال 2013 تا 2015 ، هر سال افزایش تقاضا از ناحیه جراحان بیشتر و بیشتر شده، بنابراین ما تصمیم گرفتیم بخش خودمان را با پرسنل متخصص ایجاد کنیم تا بهترین الگوی خودمان را برای اجرای این فناوری در بیمارستان ایجاد کنیم.”

این بیمارستان تا پایان سال 2015 صرفاً با کارگزاران خارجی کار می کرد تا نیازهای پرینت سه بعدی را برآورده سازد (برون سپاری خدمات پرینت سه بعدی) – و هنوز هم با برخی از منابع برون سپاری کار می کند – اما شروع استفاده از پرینترها بصورت درون سازمانی، برای کارکنان بسیار الهام بخش و سودمند بوده است؛ اجرای قابلیت های جدید در مطب نیاز به تحقیقات قابل توجهی دارد: کدام چاپگرهای سه بعدی به بهترین وجه کار می کنند و از آنها برای ساختن چه چیزی استفاده می شود؟ هزینه چاپگر و مواد زیست سازگار آن چقدر است؟ تأثیر بالینی چه خواهد بود و چگونه نیازها و مقررات ایمنی برآورده می شود؟ پاسخ دادن به این سؤالات بزرگ تنها با واحد چاپ سه بعدی اختصاصی امکان پذیر است.

والس خاطرنشان می کند: ” بسیاری از سفارشات، کارهایی بودند که می توانند در داخل بیمارستان انجام شوند، مانند شبیه سازی و آموزشهای پیشرفته – حالا قادر شده ایم بصورت درون سازمانی هزینه ها را کاهش دهیم.”

با توجه به این نکته بود که بیمارستان کودکان SJD بارسلونا برای اولین بار در سال 2015 یک چاپگر سه بعدی دیگری از کمپانی BCN3D سفارش داد. والس توضیح می دهد که این بیمارستان با تولید کننده چاپگر و همچنین دانشگاه مرکز فناوری UPC (دانشگاه پلی تکنیک کاتالونیا) رابطه محکمی برقرار کرده است، هم اکنون مراکز فناوری منطقه به خوبی با هم وصل شده اند.

BCN3D Sigma بهترین چاپگر سه بعدی در رده خود است. خوب کار می کند و ما می دانستیم که با شرکت ارتباطات قوی داریم ، بنابراین تصمیم گرفتیم به دنبال این برند برویم. ما از مواد مختلفی مانند ترموپلاستیکهای زیست سازگار ABS یا PLA استفاده می کنیم. جهت اطلاعات بیشتر پیشنهاد میشود مقاله متریالهای زیست سازگار پرینت سه بعدی برای اهداف پزشکی را مطالعه کنید.

با شروع سیستم Sigma در سال 2015 ، بیمارستان هم اکنون به دستگاه Sigma R19 ارتقا یافته – آنها به فکر سرمایه گذاری در واحد دوم نیز هستند. این واقعیت که BCN3D یک شرکت محلی با یک تیم جوان و ذهنیت با رشد سریع است ، نشان می دهد که آنها “انگیزه زیادی برای آینده دارند تا به خوبی پیش بروند و بهترین باشند.”

Sigma R19 یکی از چندین چاپگر سه بعدی صنعتی با فناوریهای FDM – SLA – PolyJet است که برای تأمین نیازهای کلی واحد چاپ بیمارستان استفاده می شود. راحتی سیستم BCN3D ، استفاده قابل توجهی در ایجاد مدلهای آناتومیکی خاص بیمار ، ابزارهای شخصی برای جراحی مانند برش راهنما و سنجش موقعیت یابی و بخش های نمونه اولیه دستگاههای پزشکی می دهد.

مدیر بخش جراحی بیمارستان می گوید: “این یک روش جدید برای انجام آنالیز جراحی است. پیش از این ، فقط استفاده از یک تصویر سی تی اسکن و دانش جراح ، رادیولوژیست و پزشکان بود. “اکنون که چاپ سه بعدی و تصویربرداری سه بعدی بخشی از پروسه درمانی ما شده است: هیچ جایگزینی دیگری لازم نداریم. ما در بیش از 70 عمل جراحی امسال از واحد چاپ سه بعدی استفاده کردیم.”

داده های بیمارستان از سال ۲۰۱۸ نشان می دهد که واحد ۳D Print(Additive Manufacturing)در:

• ۷۰+ عمل جراحی
• ۴ پروژه اروپایی
• ۱ دستگاه پزشکی
• ۱ دوره دانشگاه
• ۴ پروژه تحقیق و توسعه
• ۸ نشریه

فقط در یک سال استفاده ، چاپگر BCN3D خود را ثابت کرده است. این مطمئناً باعث می شود چشم انداز به دست آوردن سیستم دوم برای دولتها و بیمارستانهای دیگر کشورها جذاب تر شود. والس توضیح می دهد که “ما حتی قبل از یک سال می توانستیم بازدهی را ببینیم. این بستگی به تقاضا در تعداد موارد مستعد یک سال معین دارد. ” در سال 2018 ، بیمارستان کودکان SJD بارسلونا گزارش داد که 350،۰۰۰ بیمار بالقوه در سال مشاهده می شود و سالانه میزان بالقوه بیشتری نسبت به نرخ 70 عمل جراحی فعلی پیش بینی میشود.

چاپ مدل های سه بعدی بسیار دقیق پزشکی، زمان جراحی را کاهش می دهند

اگرچه والس از افشای جزییات صرفه جویی در هزینه های پولی بیمارستان بکمک چاپ سه بعدی خودداری کرد ، اما وی درباره اهمیت پس انداز زمان که جراحان گزارش کرده اند، تأکید کرد: “ما می توانیم 30 ٪ کاهش در زمان عمل جراحی داشته باشیم که لزوماً به معنای کاهش هزینه ها برای اتاق عمل است. هنوز هزینه های مربوط به چاپ سه بعدی و استفاده از مواد وجود دارد ، اما به طور کلی برای همان هزینه می توانید زمان کمتری در جراحی و زمان بیشتری برای برنامه ریزی داشته باشید. این برای سلامتی بیماران بسیار مهم است ، زیرا آنها زمان کمتری را در زیر بیهوشی می گذرانند و می توانند سریعتر بهبود یابند ، و در دراز مدت عواقب کمتری می بینند. واقعا چه چیز دیگری نسبت به جان بیماران اهمیت دارد؟”

او توضیح داد که اگرچه جدول زمانی برای برنامه ریزی طولانی تر شده اما این زمان اضافی که در مراحل اولیه صرف می شود به معنای اتلاف زمان کمتر بیمار خواهد بود. تیم جراحی که روی بیمار کار می کند از آناتومی دقیقی که با آن روبرو می شوند ، درک خوبی داشته باشند و حتی می توانند از این روش برای اطمینان از موفقیت جراحی روی آن تمرین کنند.

سایر بیمارستانها علاقمند به اضافه کردن چاپگر به آزمایشگاههای خود

والس اطمینان دارد که به محض مشاوره پرسنل پزشکی آنها فواید را می بینند و می فهمند ، “سریع درک میکنند که به سرعت رشد خواهند کرد.” نه تنها فناوری 3DPrint به سرعت در حال پیشرفت است ، بلکه درک پزشکان و جراحان نیز از کاربردهای عملی آن در شیوه های تحقیق توسعه یافته. وی توصیه می کند: “از نظر سرمایه گذاری ، شما باید تکامل فناوری و همچنین مقررات را در نظر بگیرید و همچنین تقاضای رو به رشد.”

والس می گوید: “چاپ سه بعدی روش انجام جراحی را متحول خواهدکرد”-و در آینده نه چندان دور، امیدواریم آنرا محقق شده ببینیم.”

نتایج تحقیقات استفاده از فناوری چاپ سه بعدی در بیمارستان تروما

سه نفر از جراحان در بیمارستان تروما هلند ، ETZ ، نشان دادند که چگونه چاپ سه بعدی می تواند به بهبود تشخیص جراحی، زمان عمل و مراقبت کلی بیمار کمک کند.

Elisabeth-Twestenden Ziekenhuis (ETZ) یک بیمارستان حوزه trauma است ، یکی از یازده عدد در هلند. این بیمارستان تنها مرکز کشور با جراحان شبانه روزی بوده و به عنوان مکان اصلی برای بیماران اورژانس North Brabant عمل می کند.

اینجا جاییست که تیم سه نفری جراحان از فناوری پرینت سه بعدی جهت کمک به درمان بیماران ترومایی استفاده می کنند. پزشکان مایک Bemelman ، Lars Brouwers و Koen Lansink در حال انجام تحقیقات در مورد مزایا و اثربخشی 3DPrinting در مقایسه با فناوریهای مرسوم فعلی هستند. مرکز تحقیق آنها به چاپ سه بعدی الگوهای شکستگی استخوان اسکن شده است که هم جراحان و هم بیماران درک واضح تری قبل از شروع عمل خواهند داشت.

هنگام آماده سازی یک جلسه عمل، جراحان غالباً اسکن های CT بیمار را تجزیه و تحلیل می کنند. اسکن های CT را می توان به یک بازسازی سه بعدی تبدیل کرد و به جراحان این امکان را می دهد تا آن را به طور واقعی در صفحه رایانه بررسی کنند. این امر مفید است ولی متاسفانه محدودیت هایی هم دارد: مثلا جراحان گاهی اوقات جهت گیری مدل را دشوار می یابند – همچنین چون بازسازی سه بعدی در یک صفحه 2D مشاهده می شود، فاقد حس عمق واقع بینانه است.

بهمین دلایل، جراح ارشد آقای Brouwers شروع به استفاده از چاپگر سه بعدی مشهور Ultimaker 3 برای ساخت ساختارهای شکستگی استخوان کرد و نتایج تحقیقاتش چه ثمری داشته؟ بی نظیر و موفقیت آمیز – حالا او به جراحان این امکان را داده تا شکستگیهای استخوانی را نه تنها نگاه کنند؛ بلکه لمس و چرخش آن را نیز تجزیه و تحلیل نمایند. با استفاده از مواد پشتیبانی PVA محلول در آب ، هندسه های پیچیده و آلی را می توان با حفره های کوچک و جزئیات مهم موجود در آن به طور دقیق تولید کرد و سپس زوائد را در آب حل نمود تا قطعه دقیق واقعی باقی بماند.

فناوری تولید افزایشی برای استفاده در بیمارستان ترومای هلند

هنگامی که بیمار در شرایط پایدار قرار میگیرد، یک سی تی اسکن تولید می شود تا پزشکان بتوانند درمان تشخیصی خود را ارائه دهند. اطلاعات سی تی اسکن بلافاصله در استودیوی چاپ سه بعدی خود دکتر Brouwers تحلیل و سپس وی می تواند ساخت ساختار کانسپت استخوان شکسته بیمار را آغاز کند.

یکی از چالش های استفاده از چاپگر سه بعدی ، پیدا کردن یک روش ساده و کارآمد برای تبدیل پرونده های DICOM – قالب پرونده اختصاصی اسکن های CT – به پرونده های STL قابل چاپ سه بعدی بود.

Brouwers با استفاده از پورتال Philips IntelliSpace، می تواند بطور مستقیم یک مدل سه بعدی سی تی اسکن را صادر کند. در مرحله بعد، او مدل را در Ultimaker Cura برش می دهد و آن را به دستگاه Ultimaker 3 می فرستد. شیء چاپی ظرف یک روز آماده خواهد بود و توسط جراحان برای برنامه ریزی عمل و توضیح روند برای بیمار قبل از وقوع استفاده میشود.

به لطف چاپ سه بعدی ، نمره بالاتر کاپا در بین جراحان

تأثیر مثبت دیگر از اتخاذ چاپ سه بعدی در بیمارستان تروما بر نمره کاپا است.

هنگامی که یک بیمار شکستگی دارد ، پزشکان اشعه ایکس یا اسکن 2DCT را تجزیه و تحلیل می کنند و در مورد یک درمان مناسب تصمیم می گیرند. هرچه درک اوضاع بهتر باشد، می توان روش صحیح را نیز دقیق تر تعیین کرد. جراحان با استفاده از سیستم امتیاز دهی توافق نامه، معروف نمره Kappa، به راه حل می رسند. به طور متوسط ، جراحان با تجربه کمی با استفاده از تصاویر سنتی 2DCT ، در حدود 0.2 نمره Kappa دارند. جراحان با سالها تجربه بیشتر ، امتیاز کاپا را در حدود 0.4 دارند.

Brouwers هنگامی که جراحان از تکنیک های دیگری مانند 3DCT ، چاپ سه بعدی و تجسم VR استفاده نمودند، نمره توافق را آنالیز کردند. با استفاده از یک مدل چاپ سه بعدی، هر دو جراحان جدید و باتجربه یک کاپا بین 0.6 تا 0.7 را به دست آوردند که این بالاترین امتیاز در بین همه روشهاست.

افزایش نمره کاپا نشان دهنده ارزش افزوده بسیار بالای 3D Printer در فرآیند تصمیم گیری است. دکتر Brouwers در تحقیقات خود به دنبال اثبات آنست که نشان دهد فناوری پرینت سه بعدی می تواند ارزش افزوده ای تاثیرگذار در روند رضایت بیمار، رضایت جراحی، زمان عمل و کیفیت زندگی مرتبط با سلامتی برخوردار باشد.

منابع:

https://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B2%DB%8C%D8%B3%D8%AA%E2%80%8C%DA%86%D8%A7%D9%BE

https://all3dp.com/research-3d-printing-trauma-hospital

https://all3dp.com/1/case-study-why-hospitals-need-3d-printers

آکادمی توسعه گران بعد سوم