מהנדסי מכונות של אוניברסיטת טקסס בדאלאס תכננו עצם הירך בהדפסה תלת-ממדית שיכולה לעזור לרופאים להתכונן לניתוחים לתיקון עצמות ולפיתוח טיפולים לגידולי עצמות.
המהנדסים, שעבדו בשיתוף פעולה עם מנתחים אורתופדיים של UT Southwestern Medical Center, פרסמו את המחקר הראשון שלהם על עצם הירך המודפסת בתלת-ממד באינטרנט ב-5 באוגוסט ב- כתב עת למחקר אורטופדי.
המחקר, שהתמקד בחלק האמצעי של העצם, קובע פרמטרים של הדפסת תלת מימד עבור עצם הירך לשימוש בבדיקות ביומכניות. חוקרים אמרו כי יהיה צורך במחקרים נוספים לפני שהטכנולוגיה תהיה זמינה לשימוש נרחב.
כדי ללמוד ולאמת שתלים וטכניקות כירורגיות חדשניות, מנתחים מבצעים מחקרים ביו-מכאניים באמצעות גופות שנתרמו או עצמות סינתטיות זמינות מסחרית, המסייעים להם לקבוע קיבוע ניתוחי אופטימלי ולחזות את תגובת העצם. עצמות סינתטיות, המשמשות גם בהכשרה כירורגית, עשויות להיות יקרות, לקחת זמן לרכישה וחסרות את היכולת לפתרונות ספציפיים למטופל.
חוקרי UT Southwestern פנו לפני שנתיים לד"ר Wei Li, מומחה ב-UT Dallas בטכנולוגיית הדפסת תלת מימד, כדי לשתף פעולה בחלופה פחות יקרה ומהירה יותר למחקרים ביו-מכניים אורטופדיים.
"כדי לתכנן תוכניות לניתוח, מנתחים צריכים לדעת את הגיאומטריה של העצם", אמר לי, עוזר פרופסור להנדסת מכונות בבית הספר להנדסה ומדעי המחשב אריק ג'ונסון ומחבר מקביל של המחקר האחרון.
עם הדפסת תלת מימד, אנו מסוגלים להדפיס את דגימת עצם הירך עם אותה גיאומטריה של עצם הירך בתוך הגוף."
ד"ר ווי לי, אוניברסיטת טקסס בדאלאס
באמצעות ניסוי וטעייה, דוקטורנט להנדסת מכונות UTD Kishore Mysore Nagaraja פיתח איטרציות רבות של עצם הירך. Mysore Nagaraja, שעובד במעבדת הייצור המתקדם המקיף של Li, ביצע סדרה של בדיקות על כל עצם מלאכותית כדי למדוד ביצועים מכניים ותכונות חומר כדי להפוך את הדגימות דומות ככל האפשר לעצם הירך האמיתית.
"החוויה השיתופית הזו היא הדבר הטוב ביותר שסטודנט יכול לבקש", אמר מייסור נגרג'ה, שצפוי לסיים את לימודיו בדצמבר. "לקבל הערכה של מחקר הבדיקות שלי ישירות מהרופאים שהולכים להשתמש בו הוא אימות טוב מאוד למחקר שלנו."
העתק העצם עשוי מחומצה פולילקטית, פולימר מתכלה על בסיס ביו ובעלות נמוכה הנפוץ בהדפסת תלת מימד. העיצוב, המייצג את החלק האמצעי של עצם הירך, הוא באורך של כמעט 8 אינץ' וקוטר של כמעט 1 אינץ'. בבדיקות ביומכניות, הוא ביצע כמו גם עצם הירך האנושי. חוקרים העריכו כי כל עצם הירך מודפס בתלת-ממד עולה 7 דולר.
לי אמר שלעצמות המודפסות בתלת מימד יש מגוון של יישומים פוטנציאליים. הפולימר, למשל, עשוי להחליף חומרים אחרים המשמשים לתיקון עצמות, כגון טיטניום. לי אמר שהחוקרים יכולים גם להדפיס גידולים על עצמות מודפסות בתלת מימד ולבדוק טיפולים על הדגימות המודפסות, או שהעותקים עשויים לשמש כדי לעזור לגדל רקמת עצם אנושית.
חוקרי UT Southwestern המעורבים במחקר כללו את המחבר הראשון ד"ר רוברט ויינשנק, מנתח אורטופדי אונקולוגי, וד"ר ריצ'רד סמאד, מנתח כף היד והגפיים העליונות, המנהל מעבדה להדפסת תלת מימד. שניהם עוזרי פרופסור לכירורגיה אורטופדית עם מינויים משניים בהנדסה ביו-רפואית; לסמדה יש מינוי משני בכירורגיה פלסטית.
"הגעתי לד"ר לי ולצוות שלו, ולמרבה המזל זה הפך לשיתוף פעולה מצוין בינינו", אמר ויינשנק. "עם מערכי הידע והמיומנויות שיש לד"ר סמדה ולי כמנתחים -; שניהם בעלי רקע הנדסי -; בשילוב עם הידע והמומחיות האדירה של ד"ר לי בבדיקות מכניות והמשאבים המדהימים שלו, הצוות השיתופי שלנו ערוך בצורה ייחודית לנסות להתמודד עם אתגרים מסוג זה".