تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد (3DP)، والمعروفة أيضًا باسم التصنيع الإضافي (AM)، هي تقنية تستخرج البيانات لإعادة بناء نموذج كمبيوتر ثلاثي الأبعاد وتجميع الكائنات المطبوعة طبقة تلو الأخرى. من خلال توفير وضع الجمع الفعال، يمكن طباعة الكائنات في أي مادة وبأي شكل. تتيح هذه الميزة التقنية الفريدة لمواد الطباعة ثلاثية الأبعاد محاكاة بنية العظام الذاتية بدقة، والتي يمكن استخدامها للدقة والعلاج الشخصي في جراحة العظام، مما ينقل جراحة العظام إلى عصر جديد من التخصيص الفردي.
حاليًا، تشتمل مواد زرع العظام المطبوعة ثلاثية الأبعاد والتي تم وضعها في التطبيق السريري بشكل أساسي على بولي إيثر إيثر كيتون العضوي (PEEK) وسبائك التيتانيوم المعدنية. تتمتع سبائك التيتانيوم بتاريخ طويل من التطبيق، وقوة محددة عالية، وتوافق حيوي جيد، ومقاومة للتآكل، وتستخدم على نطاق واسع في الوقت الحاضر.
يمكن تنظيم سبائك التيتانيوم المطبوعة ثلاثية الأبعاد بدقة لبناء غرسات كلية وجزئية قريبة من أنسجة العظام الطبيعية بسرعة. تنقسم الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى ثلاث عمليات: أولاً، جمع بيانات الصور ثلاثية الأبعاد، وإنشاء نماذج رقمية ثلاثية الأبعاد، وما إلى ذلك؛ ثانيًا، يتم تحويل مسحوق سبائك التيتانيوم والسيتوكينات إلى "حبر حيوي"، وأخيرًا، تم تحسين هيكل وأداء الجسم المطبوع بيولوجيًا من خلال تطبيق الطابعة ثلاثية الأبعاد المطبوعة بيولوجيًا وفقًا للمعايير المتعلقة بالعظام، وأخيرًا تلبي زراعة العظام المتطلبات تم إنتاج المتطلبات. في الوقت الحاضر، يتم استخدامه غالبًا في الأطراف الاصطناعية للورك والركبة الاصطناعية والفقرات الاصطناعية وما إلى ذلك.
خصائص سبائك التيتانيوم
المكون الرئيسي لسبائك التيتانيوم هو Ti6Al4V، والذي يستخدم على نطاق واسع في جراحة العظام بسبب خصائصه الجيدة. يتكون العظم بشكل أساسي من عظم قشري في الطبقة الخارجية وعظم إسفنجي في الطبقة الداخلية، ويبلغ المعامل المرن حوالي 0.5 GPa و10 ~ 20GPa على التوالي. يبلغ المعامل المرن لسبائك التيتانيوم الكثيفة حوالي 110 جيجا باسكال، والمعامل المرن لمواد سبائك التيتانيوم بعد الطباعة ثلاثية الأبعاد أقل من معامل المرونة لسبائك التيتانيوم العادية، وهو أقرب إلى التركيب الفسيولوجي للعظام. تتمتع سبائك التيتانيوم بتوافق حيوي جيد، وتساعد على نمو العظام وتكامل العظام، وهي مناسبة لإعداد زراعة العظام. لا تتمتع سبائك التيتانيوم بالصلابة فحسب، بل تتمتع أيضًا بمرونة رائعة، وتتمتع بمقاومة جيدة للتعب، وهي مناسبة لدعم المفاصل ويمكن أن تحل محل المواد المعدنية الأخرى. سبائك التيتانيوم غير قابلة للذوبان في الأحماض والقلويات القوية، ولا تزال تتمتع بقوة محددة عالية عند 500 درجة مئوية، وغير سامة لجسم الإنسان، ولها ثبات كيميائي جيد، ومناسبة للزرع في جسم الإنسان. تتميز سبائك التيتانيوم بمقاومة جيدة للتآكل، ومقاومة التعب والثبات، مقارنة بالمواد المعدنية الأخرى، ومعاملها المرن أقرب إلى العظام، ومناسب لجراحة العظام.
التطبيق السريري لسبائك التيتانيوم المطبوعة ثلاثية الأبعاد في جراحة العظام
تم استخدام سبائك التيتانيوم المطبوعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع في جراحة العظام، مثل جراحة العمود الفقري، وجراحة الصدمات، وجراحة المفاصل، وجراحة أورام العظام، وما إلى ذلك. تُستخدم سبائك التيتانيوم المطبوعة ثلاثية الأبعاد بشكل أساسي في تصنيع الأطراف الاصطناعية، والتثبيتات الداخلية، وأجهزة الدمج بين الأجسام، ولوحات التوجيه، والتربيق العظمية الاصطناعية، وما إلى ذلك.
ملخص واحتمال
تتمتع تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بمزايا رائعة للتخصيص الشخصي والدقيق. إلى جانب الخصائص الممتازة لسبائك التيتانيوم، يتم تخصيص الزرعة وفقًا للبنية العظمية الأصلية للمريض، ويتم تصنيع الزرعة بما يتوافق مع شكل العظام الخاص بها والبنية المجهرية المماثلة. يمكن استخدام ميزة مطابقة الشكل لاستعادة الميكانيكا الحيوية إلى أقصى حد، وتقصير عملية إعادة تكيف الأنسجة الرخوة، وتحقيق نمو العظام بشكل أفضل. أسرع في شفاء العظام.
في الوقت الحاضر، التطبيق السريري لتكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد له أيضًا حدوده: (1) تعتمد الطباعة ثلاثية الأبعاد الدقيقة والشخصية بشكل كبير على بيانات التصوير، الأمر الذي يتطلب دقة عالية لبيانات الصورة. في بعض الحالات الخاصة التي يكون فيها الحصول على بيانات التصوير محدودًا، سيتأثر تنفيذ مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد. (2) يتطلب جمع بيانات الصور وإجراء طباعة ثلاثية الأبعاد لسبائك التيتانيوم طابعات ثلاثية الأبعاد، ودعم أجهزة التصوير المقطعي والتصوير بالرنين المغناطيسي، ومواد سبائك التيتانيوم، وأنظمة النمذجة والبرمجيات، وتكلفة المواد مرتفعة، وهو أمر يصعب على بعض المرضى تحمله؛ يتطلب إدخال واستخدام المعدات تعاون الأطباء والمهندسين، والتنسيق والمشاركة بين التخصصات المتعددة؛ في الوقت الحاضر، وبسبب محدودية التكنولوجيا، فإن دورة الإنتاج طويلة، ومن الصعب تطبيقها في الجراحة الطارئة. (3) في صناعة غرسات العظام، لا تزال الميكانيكا المثالية وقابلية التحلل وحجم المسام وحجم الفراغ لسبائك التيتانيوم المطبوعة ثلاثية الأبعاد بحاجة إلى مزيد من الدراسة. (4) يعد التأثير قصير المدى لسبائك التيتانيوم للطباعة ثلاثية الأبعاد مرضيًا، ولكن نظرًا لقصر وقت التطبيق، لا يزال هناك نقص في نتائج المتابعة على المدى الطويل وعلاج المضاعفات. باختصار، على الرغم من أنه لا يزال هناك العديد من المشكلات التي يتعين حلها في تكنولوجيا سبائك التيتانيوم للطباعة ثلاثية الأبعاد، إلا أن هذه التكنولوجيا تتمتع بمزايا فريدة، بما يتوافق مع مفهوم الطب الدقيق الذي يتم الدعوة إليه حاليًا، ولها قيمة بحثية كبيرة في مجال جراحة العظام. من المعتقد أنه مع التطوير المتعمق المستمر للتكنولوجيا، يمكن لسبائك التيتانيوم المطبوعة ثلاثية الأبعاد التغلب على عيوبها الحالية وتحقيق قفزة نوعية.
