整形外科における3Dプリントの応用と限界

南極のクマの紹介: IT 革命は World Wide Web の出現とともに始まり、それ以来、世界はテクノロジーの急速な変化を目撃してきました。私たちの生涯の中で、いくつかの技術は時代遅れとなり、さまざまな新しい技術や革新的な製品に置き換えられます。近年、医療界に旋風を巻き起こした技術開発の一つが 3D プリンティングです。

3D プリントは、層ごとに立体的なオブジェクトを作成します。 3D プリントのプロセスは、印刷するオブジェクトのグラフィックモデルを作成することから始まります。これらは通常、コンピュータ支援設計 (CAD) ソフトウェアパッケージを使用して設計され、その後、モデルがスライスされ、その他の操作が実行され、3D プリンターがスライス情報に従ってオブジェクトを製造します。 3D プリントの主な利点は、ほぼあらゆるものの迅速なプロトタイプ作成を可能にすることであり、その使用における唯一の本当の制限は、おそらくユーザーの想像力です。 3D プリント製造プロセスは、部品が複雑すぎて CNC フライス加工や成形などの従来の製造方法では作成できない場合に選択されます。また、他の多くの従来の製造方法よりも経済的です。今日、Antarctic Bear は整形外科の分野に焦点を当て、医療における 3D プリントの使用について詳しく紹介します。

Journal of Global Healthに掲載された研究によると、3Dプリントで作成された3Dモデルは、医療部品の開発コストと手術計画時間を削減します。

●3D プリントと整形外科を組み合わせることで、患者の外傷部位を特定して理解するのに役立ち、手術の成功の保証が高まります。この技術により、医師は手術をより正確に、慎重に、そして経済的に設計、製作、再構築、計画することが可能になります。全体として、3D プリントの革新は、医療処置の設計と実行に新たな道を開いています。

● 整形外科用 3D プリントは、正確な解剖学的形状の設計に役立ち、透過性骨代替製品を患者の体内に統合して、長期安定性を備えたインプラントを作成できます。

3D プリントは整形外科の分野で使用できます。

●正確な骨データ

骨がひどく損傷すると、特に骨の変形が起こると、診断と治療のプロセスが行き詰まることがよくあります。整形外科手術ではX線がよく使用されますが、骨の欠損の程度に関する正確なデータは不足しています。ここで 3D プリントが役立ち、必要な特定のデータを提供することができます。

手術計画

3D プリントされたモデルは、骨の修復手術の補助として使用できます。3D を使用して患者の患部の正確なレプリカを生成し、医師が慎重に確認して研究することができます。股関節、膝関節、肩関節のさまざまな印刷モデルを使用して、損傷した部位の特定のデザインをカスタマイズし、患者固有のインプラントとして使用することができます。

●リバースエンジニアリング手術検証

3D プリントのもう 1 つの用途は、3D スキャナーを使用したリバースエンジニアリングの支援により矯正器具を識別することです。このアプローチは患者の生命維持システムに適応し、治療プロセスと材料の選択を簡素化することができます。

●その他

AM は、プロジェクトを事前に変更することで進捗時間を短縮します。ラピッドプロトタイピング (RP) を使用すると、計画されたプログラム内でアイテムを時間どおりに設計、製造、組み立てることができ、エラーを修正したり変更を経済的に行うことができます。フォルティス病院の手および上肢外科（整形外科）コンサルタントのヴィカス・グプタ博士は、腫瘍を除去する際、従来の石膏ギプスを使った方法では腫瘍が大きくなる可能性があるため時間がかかるが、3Dプリントではプロセスが迅速であるためこの問題を効果的に解決できると指摘した。

3D プリントは、コスト効率と時間の節約という要素に加えて、患者固有の製品の作成も可能にし、個々の患者のニーズに合わせて大幅に変更することができます。さらに、3D プリントはプリンターと材料だけが必要なので、高価でかさばる機器を持ち運ぶ必要がなく、遠隔地でも使用できます。

ただし、ほとんどの最新テクノロジーと同様に、その使用には以下に示すような一定の制限があります。

清掃制限

3D プリントは、インプラントの作成者や製造者にいくつかの新たな困難をもたらします。巨大な幾何学的柔軟性によって課せられる洗浄の制約も厳しいため、発起者と製造者は機器の洗浄条件を考慮し、それを計画段階に組み込む必要があります。

●バイオプリント可能な材料に関する制限

最先端の 3D プリンティング、特にインプラント型バイオメディカルデバイスの製造においては、印刷できる材料によって大幅に制限されます。したがって、効果的に印刷できない材料に対処するには、選択的な材料処理技術が必要です。

●政府の要件、標準化、規制上の制限

3D プリントの制度化と標準化は現在も進行中のプロセスです。特に医療分野では政府の監督が必要です。

● 生分解性と毒性の制限

3D プリントでは材料の劣化が重大な問題となります。分解性材料を使用すると、システム内で低酸素症やアシドーシスを引き起こし、細胞に害を及ぼす可能性があります。

この技術の限界にかかわらず、3D プリントは外科手術の手順に革命をもたらし、他の既存の技術に比べて高い成功率を保証します。この技術の将来について、グプタ博士は次のように語っています。「バイオインクとマトリックスはますます一般的になりつつあります。幹細胞を含む細胞は、生物学的マトリックス内で成長するように誘導することができます。そのため、近い将来、臓器も印刷できるようになり、医療界の発展を大きく促進します。臓器移植の長い待ち時間は、すぐに過去のものになるでしょう。」アンタークティック・ベアは、3Dプリントには多くの利点があり、継続的な進歩により医療界に欠かせない技術になると考えています。

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