در سال‌های اخیر توان بالاقوه‌ی چاپ سه‌بعدی در آینده‌ی پزشکی به روشنی آشکار شده و توسعه‌ی این فناوری توقف ناپذیر است. در این مقاله به توصیف برخی از مواد مراقبت‌های بهداشتی و تجهیزات پزشکی که به کمک چاپ سه‌بعدی تولید شده است، می‌پردازیم.

چاپ سه‌بعدی چگونه کار می‌کند؟

چاپ سه‌بعدی بخشی از یک فرآیند خلاقانه به نام تولید افزودنی (additive manufacturing) است، به این معنی که تولید اجسام جامد سه‌بعدی از یک فایل دیجیتال هدایت می‌شود. چاپگر از یک نوع روش لایه‌بندی استفاده می‌کند که در آن، لایه‌ها تا زمانی که جسم مورد نظر حاصل شود، یکی پس از دیگری روی هم قرار می‌گیرند. این روش به طراحان و مهندسان کمک می‌کند تا مدل‌های اولیه‌ی خود را خیلی ارزان‌تر و سریع‌تر از سایر روش‌های مدل‌سازی ایجاد کنند. در حال حاضر رشد سریع فناوری، شرکت‌های نوپا و سایر شرکت‌ها را قادر ساخته است تا فناوری چاپ‌ سه‌بعدی را از کارخانه‌ها خارج نموده و آن را به کسب و کارهای کوچک تبدیل کنند و یا حتی آن را به صورت شخصی در اختیار مردم قرار دهند.

نخستین گام در فرایند چاپ سه‌بعدی، ایجاد یک طرح اولیه از جسم مورد نظر است. برای انجام این مرحله می‌توان از نرم‌افزارهای مدل‌سازی استفاده کرد یا از طرح‌های سه‌بعدی که دیگران در تارنماهای‌های مختلف قرار داده‌اند بهره برد. پس از پایان طراحی، طرح مورد نظر به چاپگر ارسال می‌شود. برای نمونه می‌توان به چاپگر سه بعدی MakerBot Replicator اشاره کرد. در پشت دستگاه قرقره‌های بیوپلاستیکی که قابلیت جابجایی دارند، قرار گرفته است. زمانی که چاپگر اطلاعات را دریافت کند، مواد مذاب را از طریق یک لوله به صفحه‌ی اصلی می‌فرستد و این مواد با قرار گرفتن بر روی این صفحه بلافاصله سرد می‌شوند. چاپگر این فرایند را تا پایان تولید مدل مورد نظر تکرار می‌کند.

در حوزه‌ی مراقبت‌های بهداشتی و پزشکی، چاپ سه‌بعدی نه تنها توانست باعث ایجاد تغییراتی در تولید داروها و تجهیزات پزشکی شود، بلکه روش‌هایی جدید برای آزمون و خطاهای پزشکی و بهینه‌سازی زنجیره‌های تولید ایجاد کرده و خدمات ارزان و شخصی پزشکی را ارائه داده است. در ادامه نمونه‌های امیدوار کننده‌ای از این پروژه‌ها را می‌بینید.

تولید تجهیزات پزشکی به روشی سریع و ارزان

تجهیزات پزشکی اغلب گران قیمت هستند. به گفته‌ی انجمن فناوری پزشکی پیشرفته (AdvaMed)، مجموع هزینه‌های تجهیزات پزشکی ایالات متحده در سال 2012، 150 میلیارد دلار بوده است. بنابراین آتل‌بندهای چاپ شده‌ی سه‌بعدی، مدل‌های پزشکی مورد استفاده قبل از عمل جراحی و سایر وسایل ضروری برای بهبودی بیماران که به وسیله‌ی چاپ سه‌بعدی تولید شده‌اند، می‌تواند منجر به کاهش این هزینه‌های سنگین شوند. در حال حضر نمونه‌هایی از این تجهیزات در بازار موجود است.

آتل‌های انگشت

Ian McHale، دانش‌آموز دبیرستان Steinert در ایالات متحده، طرحی برای تولید آتل‌بندهای انگشت ارائه داده است. یک چاپگر سه‌بعدی با کیفیت پایین می‌تواند این آتل‌ها را به سرعت و با هزینه‌ای مقرون به صرفه تولید کند. برای کشورهای در حال توسعه که توان تولید این آتل‌ها را ندارند و آن‌ها را به صورت عمده از کشورهای خارجی خریداری می‌کنند، چاپ سه بعدی می‌تواند ارزان‌ترین راه‌حل برای جوامع فقیر باشد.

مدل‌های تومور

چاپ سه‌بعدی می‌تواند به پژوهش‌های پزشکی به ویژه در موارد پیچیده و خاص کمک کند. پژوهشگران در چین و آمریکا هر دو مدل چاپ سه‌بعدی از تومورهای سرطانی را در اختیار دارند. این راه‌حلی مناست برای کشف داروهای ضد سرطان جدید و درک چگونگی رشد و گسترش تومورها است.

چگونه تجهیزات پزشکی چاپ سه‌بعدی زندگی انسان را حفظ می‌کند؟

Kaiba Gionfriddo در سال 2012 به صورت زایمان زودرس به دنیا آمد. پس از گذشت 8 ماه، مشکلات ریه‌ی این کودک نگرانی‌هایی را ایجاد کرد. با این حال Kaiba تنفسی طبیعی داشت و از بیمارستان مرخص شده بود. 6 هفته بعد، تنفس Kaiba متوقف شد. او به tracheostomy مبتلا شده بود و در اثر آن تقریبا هر روز با توقف تنفس و ضربان قلب مواجه می شد. پزشکان برای Kaiba یک دستگاه بیولوژیک به وسیله‌ی چاپ سه‌بعدی ساختند که به او در تنفس کمک می‌کرد.

نوزادی نه ماهه با یک نقص قلب کشنده در چین متولد شد. روند درمان برای این نوزاد بسیار پیچیده بود. گروهی از پزشکان باتجربه تصمیم گرفتند برای پیشبرد این جراحی پیچیده یک مدل کامل از قلب او را به وسیله‌ی چاپگر سه‌بعدی بسازند. این اولین بار بوده که کسی چنین روشی را در چین به کار برده است. پزشکان این جراحی خطرناک و پیچیده را در مارس 2016 به پایان رساندند. آن‌ها موفق شدند و انتظار می‌رود این نوزاد دیگر با هیچ عوارضی از بیماری درگیر نشود.

ایمپلنت‌های چاپ سه‌بعدی پلاستیکی

علاوه بر اندام مصنوعی، امکان چاپ سه‌بعدی ایمپلنت(implant)، که یک جزء جراحی است که با استخوان فک و یا جمجمه برای پشتیبانی از یک پروتز درگیر می‌شود به صورت شخصی وجود دارد. برای نمونه جراحان هلندی تمانی قسمت‌های جمجمه‌ی یک زن 22 ساله را با implant چاپ شده‌ی پلاستیکی جایگزین کردند. این بیمار 22 ساله مبتلا به یک بیماری نادر شده بود که باعث می‌شد در داخل جمجمه‌ی او استخوان اضافی رشد کند و مغز او تحت فشار قرار بگیرد. سردردهای شدید و ضعف بینایی موجب شده بود تا به پزشک مراجعه کند. در صورتی که این بیماری درمان نمی‌شد، می‌توانست منجر به مرگ او شود.

گچ‌گیری عضو شکسته به صورت شخصی

چاپ سه‌بعدی قالب اعضای شکسته، دگرگونی بزرگی در این حوزه است. در سال 2014، طراحان به صورت آزمایشی یک مچ‌بند به وسیله‌ی چاپ سه‌بعدی ساختند که حرارت آب داغ آن را خم می‌کرد. همچنین یک دانش‌آموز هلندی به نام Pieter Smakman، به وسیله‌ی یک اشاره‌گر لیزری، 32 دوربین و یک رایانه‌ی Raspberry Pi، یک اسکنر ساخت. سامانه‌ی او قادر است، به دقت دست و انگشتان را اسکن کند و به صورت اطلاعات دیجیتالی وارد رایانه نماید. همچنین ممکن است در تجهیز دستگاه‌های اندام ساختنی به هر فردی یاری برساند.

Scott Summit مدیر طراحی شرکت DSystems3 است. مچ دست او به صورت مداوم مشکلاتی داشت. Scott در نهایت یک مچ‌بند چاپی سه‌بعدی برای خودش طراحی کرد. شاید او جزء نخستین افرادی باشد که بدون کیسه‌های پلاستیکی پیچیده شده به دور دستش دوش می‌گیرد. مچ‌بند دقیقا منطبق بر مچ دستش چاپ شده بود. به همین دلیل پزشک می‌توانست در عرض چند ثانیه آن را باز کند و معاینه نماید. انجام این پروژه برای Scott حدود 50 دلار هزینه می‌برد.

شرکت اسپانیایی Exovite در حوزه‌ی چاپگرهای سه‌بعدی فعالیت می‌کند. محصول آن‌ها شامل یک اسکنر سه‌بعدی است که قادر است مدلی دقیق از اندام بیمار ایجاد کند. چاپ این مدل‌ها تنها چند دقیقه زمان می‌برد. این سامانه همچنین شامل یک ماژول توانبخشی است که عضلات زیر قالب را با سیگنال‌های الکتریکی تحریک می‌کند. این سامانه روند بهبود را تسریع می‌بخشد و از آتروفی عضلانی جلوگیری می‌کند.