پرینت سه بعدی فانتوم بدن انسان نمونه‌ای برای پرتودرمانی و کمکی برای بیماران سرطانی

همراه با ظهور بسیاری از دستگاه‌های پزشکی مختلف و ابزارهایی که به طور مداوم ایجاد می‌شوند، مدل‌های چاپ سه بعدی شده به پزشکان کمک می‌کند که بهتر به درمان بیماران خود بپردازند، به این صورت که جزئیات مربوط به بدن و بخش‌های بافت افرادی که تحت پرتودرمانی قرار می‌گیرند، را ارزیابی می‌کنند. از جمله تشخیص، آموزش بیماران و خانواده‌هایشان، جراحی در اتاق عمل.

این ابزار بسیار خاص هستند و اخیرا توسط دانشمندان دانشگاه پلی تکنیک تامسک طراحی شده است، زیرا آن‌ها با فانتوم‌های دزیمتری حاصل از پرینتر سه بعدی کار می‌کنند. این مدل‌ها برای آن‌ها این امکان را فراهم می‌کند تا قسمت‌هایی از بدن و یا شکل را به طور کامل مشاهده کنند تا بتوانند برنامه‌های پرتو‌درمانی را برای بیماران بررسی کنند به علاوه، فانتوم بدن انسان توسط یک محقق به نام مور پرینت شده است. که در ادامه، به پرینت سه بعدی فانتوم بدن انسان نمونه‌ای برای پرتودرمانی و کمکی برای بیماران سرطانی پرداخته شده است.

فانتوم

فانتوم، در علوم فیزیک پزشکی به دستگاه یا الگوی آزمایشی می‌گویند که بدن انسان یا قسمتی از بدن انسان را شبیه‌سازی می‌کند. از فانتوم‌ها برای دستگاه‌های تصویربرداری پزشکی و رادیوتراپی استفاده‌های زیادی می‌شود. تصویربرداری پزشکی، تکنیک و فرآیند مورد استفاده برای ساختن تصاویری از بدن انسان (یا بخش‌ها و عملکردهای آن) برای اهداف کلینیکی (روش‌های پزشکی که در جستجوی شناخت، درمان و بررسی بیماری‌ها هستند.) یا علوم پزشکی (شامل مطالعات آناتومیک و فیزیولوژیک) است. تصویربرداری پزشکی، تداخلی‌ است از چند شاخه‌ی علوم همانند فیزیک پزشکی، مهندسی پزشکی، زیست‌شناسی و اپتیک.

چاپگر سه بعدی کمکی برای برنامه‌ریزی محققان

مدل‌های حاصل از چاپگر سه بعدی دارای خاصیت بالینی هستند، به این معنی که پزشکان از این طریق می‌توانند به جای اینکه فقط از دستورالعمل‌های اساسی، به درمان بیماران بپردازند، با استفاده از پرینتر سه بعدی، به طور کامل‌تر و با دیدگاهی واضح‌تر با توجه به ویژگی‌های فردی بیماران، آن‌ها را درمان می‌کنند. دانشمندان موسسه تحقیقاتی Tomsk Cancer Research Institute of Tomsk National Research Medical Center در این پروژه مشغول به کار هستند و از روش‌های متعارف‌تر مدل‌سازی، با استفاده از ترکیبی از مواد نوآورانه و فن‌آوری، دورتر هستند. تکنیک‌های جدید، این امکان را فراهم می‌کند تا فانتوم‌های دزیمتری پیچیده‌تری را ایجاد کنند.

دلیل نیاز استفاده از فانتوم

Cherepennikov مدیر بخش چرخه سوخت هسته‌ای می‌گوید: “احتمالا در جریان هستید که پرتودرمانی یک دستکاری جدی پزشکی است که با خطرات خاصی همراه است. طرح دقیق‌تر درمان دقیقا مشخص شده و تأیید شده است، کارآتر خواهد بود و بافت سالم کمتر تحت تاثیر قرار خواهد گرفت. در حال حاضر، به طور متوسط ​​مدل‌های انسانی برای این منظور استفاده می‌شود. اگر چه همه می‌دانند که، به عنوان مثال، استخوان‌ها و عضلات چگالی‌های متفاوتی دارند و در برابر تابش عکس‌العمل متفاوتی دارند. نظر و پیشنهاد ما این است که مدل‌های خاصی از قطعات بدن را براساس داده‌های تصویری که قبل از پرتودرمانی جمع‌آوری شده است را فراهم کنیم و به این ترتیب، دیگر به هیچ‌گونه دستکاری اضافی نیاز نخواهیم داشت.”

ویژگی پلیمر حاصل از پرینت سه بعدی

Cherepennikov توضیح می‌دهد که آن‌ها یک پلیمر ایجاد کرده‌اند که نه تنها مدل خاصی از بیمار را ایجاد می‌کند بلکه در واقع مدلی بسیار شبیه به بافت بدن را ارائه داده است. با استفاده از این پلیمر جدید، مواد افزودنی دیگری به تولید مدل‌های استخوانی، عضلات، چربی و سایر بافت‌ها نیز کمک می‌کند. چرپنیککو با کمک یک بورس تحصیلی رئیس جمهور اخیر سازمان ملل، توانست تحقیقات خود را گسترش دهد.

مزایای استفاده از پرینت سه بعدی

تیم تحقیقاتی قادرند از مزایای پرینت سه بعدی استفاده کنند. استادیار دانشکده مطالعاتی فرآیندهای انرژی بالا و سرپرست علمی این پروژه گفت:”در واقع، هزینه‌ی یک فانتوم بستگی به پیچیدگی آن دارد، اما؛ ما قصد داریم هزینه را به ۱۰۰۰۰ روبل کاهش دهیم، هزینه‌ای که به طور معمول ۱۷۵ دلار آمریکا است.”

یکی از بزرگ‌ترین ویژگی‌های ارائه شده بر روی تقاضای پرینت سه بعدی، توانایی تولید مدل‌ها و دستگاه‌ها در عرصه‌ی پزشکی، ارائه‌ی آن در زمان مناسب است. پیش از تکنولوژی پرینت سه بعدی، ایجاد فانتوم‌های معمولی دو روز طول می‌کشید. اما با استفاده از چاپ سه بعدی، می‌توان یک مدل را در مدت زمان ده ساعت تولید کرد. این مدل‌ها هم‌چنین می‌توانند برای دستگاه‌های پزشکی مانند ایمپلنت‌ها و دستگاه‌های ضربان‌دار استفاده کنند، سازگار باشند.

 

تحقیقات Meagan Moore و تولید فانتوم بدن انسان برای بیماران سرطانی

Meagan Moore

Meagan Moore، دانشجوی مهندسی زیست شناسی و کشاورزی دانشگاه ایالتی لوئیزیانا (LSU)، یک “فانتوم انسان” کامل را برای تحقیقات پرتو درمانی پرینت سه بعدی کرد. وی در اکتبر گذشته، در مرکز سیچلاتون پزشکی دانشگاه واشنگتن در سیاتل، جایی که محققان به آزمایش سریع نوترون در اوست علاقه‌مند شدند، آورده شدند. این نوع درمان، تخصصی و قدرتمند از پرتوهای خارجی است که اغلب برای درمان برخی از تومورهای مقاوم در برابر رادیوتراپی استفاده می‌شود، به این معنی که به طور معمول، استفاده از آن‌ها با استفاده از پرتودرمانی اشعه ایکس می‌تواند بسیار دشوار باشد.

پروژه فانتوم مور

پروژه فانتوم، از بیوپلاستی ساخته شده است که می‌تواند با آب پر شود تا چگالی متغیر، متناسب و مشابه با یک بیمار ایجاد شود و امکان آزمایش، توان قدرت یک انسان واقعی در برابر اشعه برای تشخیص بهترین زاویه‌ی توزیع دوز فراهم می‌شود. مور گفت: “فانتوم‌ها در دهه‌های گذشته به عنوان جایگزینی برای بافت انسانی در فیزیک پزشکی و سلامت مورد استفاده قرار گرفته است. “موضوع این است که اکثر مدل‌های دزیمتری در حال حاضر طبق یک نوع استاندارد خاص ساخته شده است، ولی برای شخص مبتلا به سرطان، هیچ فانتوم فردی خاصی در حال حاضر وجود ندارد.”

مقایسه فانتوم‌های فعلی و فانتوم‌های حاصل از پرینتر سه بعدی

فانتوم‌های فعلی ۴۰،۰۰۰ دلار هزینه دارند و برای هر نوع بدنی متناسب نیست. این در حالی است که مور، فانتومی با بدن کامل و با اندام ساخته است و تنها ۵۰۰ دلار برای تولید آن هزینه کرده است.

فرآیند پرینت سه بعدی فانتوم

ماری، با استفاده از اسکن سه بعدی از پنج زن واقعی و طراحی سه بعدی، مدل‌سازی کرده است. پرینت سه بعدی ۴ بخش ۱۳۶ ساعت طول کشید این بخش‌ها با استفاده از پرینتر سه بعدی BigRep، تولید شده است که ۵ فوت و ۱ اینچ قد و ۱۵ پوند وزن دارند. او می‌تواند ۳۶ گالن آب را تا ۴۱.۲ ساعت نگه دارد. مور گفت: “من به طور خاص می‌خواستم با یک زن کار کنم، ولی به دلایل گوناگون، کار با یک زن اطلاعات دقیقی را فراهم نمی‌کند، در نتیجه، من از فردی با پیچیده‌ترین هندسه استفاده کردم.”