革新的な3Dプリント大腿骨は骨の修復と外科手術のトレーニングのモデルを変えるかもしれない

革新的な3Dプリント大腿骨は骨の修復と外科手術のトレーニングのモデルを変えるかもしれない
2024年11月1日、Antarctic Bearは、テキサス大学ダラス校(UTD)の研究チームが、整形外科手術の準備、生体力学的研究、骨の修復のための費用対効果が高くカスタマイズ可能なソリューションを提供することが期待される3Dプリント大腿骨モデルを開発したことを知りました。 UT サウスウェスタン医療センターの整形外科医と共同で作成された 3D プリント大腿骨は、手術計画とトレーニングを改善するための新しい患者中心のアプローチを表しています。
3Dプリントされた大腿骨のレプリカは、医師が手術の準備や腫瘍の治療法の開発に役立ちます。研究結果は「生体力学的試験のための3Dプリントされた大腿骨骨幹 - 最適化と検証」と題された論文で整形外科研究ジャーナルに掲載され、整形外科治療を促進する3Dプリント骨の可能性を強調しました。さらなる研究により、このモデルは改良され、骨組織の再生への潜在的な利用を含む他の臨床応用が検討される予定です。

論文リンク: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39101345/
従来の整形外科手術と 3D プリント ソリューションの課題<br /> 従来の診療では、整形外科医は死体または合成骨モデルを使用して手術技術を研究し、インプラントの有効性を評価します。しかし、死体骨は高価で入手が困難であり、市販の合成骨はカスタマイズされた治療に必要な解剖学的精度に欠ける場合があります。さらに、取得に時間がかかり、患者の特定の手術に必要な独自の形状を反映しない可能性があります。
博士課程の学生 Kishore Mysore Nagaraja 氏 (左) と機械工学助教授 Wei Li 博士は、3D プリントされた大腿骨モデルの機械的特性を評価するために実験室テストを実施しました。 (画像出典:UTD)
UTD 機械工学助教授の Wei Li 博士が率いる研究チームは、生分解性ポリマーのポリ乳酸 (PLA) から作られた 3D プリント大腿骨のプロトタイプを設計しました。この材料はコスト効率の高い生産を可能にし、大腿骨モデル 1 個あたりの印刷コストは約 7 ドルです。印刷された骨は長さ約8インチ、直径1インチで、人間の大腿骨の中央部分を再現しており、実験室でのテストでは天然の人間の骨と非常によく似た機械的特性を示した。
研究者らは3Dプリンターを使用して大腿骨のサンプルを作成し、大腿骨モデル1個あたりの製造コストは約7ドルと見積もった。 (画像出典:UTD)
3D プリント プロセスにより、エンジニアは患者の大腿骨の形状を正確に複製することができ、医師は患者の特定の状況に合わせてモデルをカスタマイズできます。この能力は骨腫瘍の治療にとって極めて重要であり、骨の患部を複製することで標的治療をテストするのに役立ちます。
研究者は、万能試験機を使用して 3D プリントされた大腿骨の設計を評価し、さまざまな材料および構造特性を評価します。 (画像出典:UTD)
応用と今後の方向性<br /> 3D プリントされた大腿骨は、生体力学研究や外科手術のトレーニングに費用対効果の高い代替手段を提供するだけでなく、より広範な影響を及ぼします。リー博士は、このポリマーモデルが将来、骨の修復に現在使用されているチタンなどの材料に取って代わる可能性があると述べた。もう一つの有望な応用として、研究者らはこれらのモデルに 3D プリントされた腫瘍を組み込み、シミュレーションされた骨構造上で直接、術前テストと治療法の開発を行うことを計画しています。
このプログラムには、テキサス大学サウスウェスタン医療センターの整形外科腫瘍外科医のロバート・ウェインシェンク博士や手および上肢外科医のリチャード・サマデ博士など、さまざまな分野の専門家が集まっています。両外科医はプロジェクトにエンジニアリングの専門知識をもたらし、新しい整形外科的ソリューションを模索する共同アプローチを強化しました。
研究が進むにつれ、UTD と UTSouthwestern のチームは、3D プリントが整形外科手術を変革し、より個別化された正確な治療を可能にすることに楽観的になっています。
3Dプリントされた大腿骨

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