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3D-Druck in der Medizintechnik: Vielleicht brauchen wir keine lebenden Organe mehr

Apr 07, 2019

Wenn Sie fragen möchten, welcher 3D-Druck in der medizinischen Industrie am häufigsten verwendet wird, ist es selbstverständlich, Gliedmaßen und Organe zu zählen.

3d printing in medcial

Im menschlichen Körper ist die am meisten austauschbare Natur die Gliedmaßen, Zähne und dergleichen. Die Hauptfunktionen dieser Teile helfen den Handlungen und dem Leben der Menschen, und ihre Funktionen sind einzeln, daher ist die Struktur relativ einfach. Darüber hinaus hat die Unvollständigkeit der Gliedmaßen theoretisch kaum einen wesentlichen Einfluss auf das menschliche Leben. Daher sind Prothetik und Zahnersatz üblich, und sobald die 3D-Drucktechnologie auf den Markt kommt, wird sie natürlich auf dieses Gebiet angewendet.


Derzeit ist die 3D-Druckprothesetechnologie sehr ausgereift und wird häufig eingesetzt. Ein Mädchen in England hat eine 3D-Handfläche, ein Wanderarbeiter hat einen Schädel, und sogar die australische Firma CSIRO kann ein Brustbein und Rippen aus Titan zuschneiden, um eine 3D-Brust zu erstellen.


Eine kürzlich durchgeführte Studie zeigte uns auch die Möglichkeit, KI- und 3D-Druck zu kombinieren. Ein Forscherteam der University of California in Berkeley und des Shuliwell Dental Laboratory bauten ein Universal Confrontation Network (GAN) auf, um automatisch neue Kronendesigns zu generieren. Sie sagt die Form der neuen Krone anhand eines Scans fehlender Zähne voraus. Zuerst wird die Seite des fehlenden Unterkiefers des Unterkiefers gescannt, um ein 2D-Bild zu erzeugen. Als nächstes wird auch die gegenüberliegende Seite der Backen abgetastet. GAN versteht den Abstand zwischen den fehlenden Zähnen und füllt die Lücke in 3D mit einem neuen Kronendesign.

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Es ist zu erwarten, dass der zukünftige 3D-Druck mit der Genauigkeit der GAN-Modellierung mehr im Einklang mit den physiologischen Eigenschaften und der funktionalen Ausrichtung des Menschen steht. Beispielsweise kann das Problem der Aufnahme des Hohlraums besser gelöst werden, so dass die Installation der Prothese komfortabler ist.


Wenn das Drucken von Gliedmaßen, Zähnen usw. einfach ist, kann das 3D-Druckorgan hart sein. Und damit zusammenhängende Forschung wird auch geordnet durchgeführt.


Die Schwierigkeit beim 3D-Druck von Organen ist auf die große Anzahl von Blutgefäßen in ihnen zurückzuführen, und auch die Organisation jedes Organs ist unterschiedlich. Beispielsweise besteht das Gehirn hauptsächlich aus einer großen Anzahl von Nervengewebe. Es gibt immer noch große technische Schwierigkeiten beim Drucken und Kultivieren von Nervengewebe.


Aber die gute Nachricht ist, dass 3D-Leber gedruckt wurde und überlebt hat. Das amerikanische Biotechnologieunternehmen Organovo hat die 3D-Drucktechnologie von Zellen verwendet, um das von der Leber benötigte Zellgewebe in der Zellkulturkammer zu bedrucken. Nachdem sie in einem Gefäß kultiviert wurde, kann sie zu einer normal geformten Leber gezüchtet und in den menschlichen Körper transplantiert werden. Die Zellen dieser Leber verlieren jedoch ihre Aktivität, nachdem sie gedruckt wurden, und werden zu toten Zellen.

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Neben der Leber werden auch Organe wie Nieren und Pankreas untersucht. Die Forscher glauben im Allgemeinen, dass es mindestens 10 Jahre dauert, um wirklich funktionale und tragbare 3D-gedruckte Organe zu erreichen. Für die Entwicklung der menschlichen Organtransplantation sind 10 Jahre nicht lang, aber nicht zu kurz. Sobald diese Technologie zur Realität wird, werden die Änderungen revolutionär sein: Menschen, die operiert werden müssen, werden nicht verzweifelt sterben müssen, weil sie nicht auf lebende Organe warten können, und Organe werden zu Waren, die in Massenproduktion hergestellt werden können. Dies wird sich positiv auf die Beseitigung des Mangels an lebenden Organen auswirken, das Leben von Menschen verlängern und sogar eine neue industrielle Organkette schaffen.


Chirurgie kann wiederkommen: von "einmalig" bis "repetitiv"


3D-Druck Eine weitere Anwendung, die im medizinischen Bereich einen absoluten Vorteil hat, ist die assistierte Chirurgie.


Chirurgie ist eine sehr riskante Aufgabe, insbesondere für die innere Verarbeitung innerer Organe wie innerer Organe. Seit Tausenden von Jahren verfolgen Ärzte unermüdlich, wie sie die Erfolgsquote von Operationen verbessern und die Lebensqualität der Patienten verbessern können.


Wenn es kein visuelles medizinisches Gerät gibt, können Ärzte, die ein Problem mit einem bestimmten Teil haben, zunächst nur den Körper öffnen, dann den Ort der Läsion erkunden und die Operation durchführen. In diesem Prozess verlassen sich Ärzte auf ihre gesammelten Erfahrungen, um genau zu lokalisieren. Der menschliche Körper ist jedoch anders. Mit Hilfe von Instrumenten und elektronischen Geräten können Ärzte die Läsionen vor der Operation mit technischen Mitteln feststellen. Die Genauigkeit der Operation ist im Vergleich zur Erfahrung stark verbessert.


Egal, ob es sich um das erste Messer mit Einzelmesser oder um den Segen eines Sichtgerätes handelt, die Chirurgie hat eine Besonderheit: Einmalig.


Mit dem Aufkommen der 3D-Drucktechnologie hat die Chirurgie ein weiteres Merkmal: die Wiederholgenauigkeit.


Chirurgen im Northwest Community Medical Center in Chicago haben kürzlich eine Operation an einem Gehirntumor-Patienten durchgeführt, bei der es sich um die 3D-Technologie handelt. Im Allgemeinen können die Details des Gehirns nicht mit bloßem Auge gesehen werden, was die Entfernung von Gehirntumoren erheblich gefährdet. Nachdem das Gehirn gescannt und der Tumorort bestimmt worden war, erstellten die Ärzte ein 3D-Patientenmodell. Durch dieses Modell können Ärzte dann andere Bereiche des Gehirns als Tumore sehen und den gesamten Bereich der Chirurgie kennen. Am wichtigsten ist, dass sie durch die Konstruktion des Gehirnmodells vor der eigentlichen Operation mehrere Simulationsübungen durchführen können, um mögliche Notfälle zu bewältigen und dabei die gesunden Bereiche des Gehirns, die versehentlich verletzt werden könnten, nicht zu berühren. .


China hat auch technologische Durchbrüche in der Chirurgie bei 3D-Druckanwendungen gemacht. Im letzten Monat nutzte das Herz-Kreislauf-Zentrum des Zweiten Krankenhauses der Medizinischen Universität Nanjing die Technologie des 3D-gedruckten Herzens, um das Herz eines Herzpatienten zu replizieren, die komplexe Gefäßstruktur im Herzen zu entdecken und verschiedene chirurgische Verfahren zu simulieren. Schließlich wurde der beste Operationsplan entwickelt und reibungslos weitergeführt.


Wenn sich die Operation dann von "einem Hammer zum Klang" zu einem nachprüfbaren medizinischen Mittel ändert, wird dies zweifellos die Erfolgsrate der Operation erheblich verbessern und das Risiko verringern. Auf der anderen Seite wird durch die wiederholte Simulation des chirurgischen Eingriffs auch die operative Leistungsfähigkeit des Arztes erhöht, die Operationszeit wird erheblich verkürzt und der Patient vermeidet auch eine längere Operation.


Wenn Sie die Hügel überqueren, müssen Sie windwärts gehen


Darüber hinaus wird die 3D-Drucktechnologie sogar in der pharmazeutischen Industrie eingesetzt, um Patienten die Möglichkeit zu geben, Medikamente nach Bedarf zu drucken. Herstellung von Rehabilitationsgeräten wie orthopädische Einlagen, Hörgeräte; Druckimplantate wie Knochen. Man kann sagen, dass die 3D-Drucktechnologie die Ausrichtung der medizinischen Industrie in jeder Hinsicht beeinflusst.


Die medizinische 3D-Behandlung ist jedoch nicht perfekt und es gibt immer noch einige Probleme bei der Werbung.


1. Materielle Probleme. In früheren chirurgischen Fällen gab es häufig Probleme mit Implantaten im Körper, die dazu führten, dass der Patient sekundäre Schmerzen hatte oder Probleme mit dem Implantat oder Schäden am menschlichen Körper, die durch das Implantat verursacht wurden. Als aufstrebende Technologie muss die 3D-Drucktechnologie auch dieses Problem berücksichtigen. Wenn es nur zum Drucken ist, ist es vielleicht etwas klein. Wenn sie Materialien erforschen kann, die für den menschlichen Körper besser geeignet sind, wird dies auch zu einem wichtigen Teil des technologischen Schicksals.


2. Fragen der Vermarktungsförderung. Wenn eine Technologie nur eine Vase ist, muss ihr Schicksal von Dauer sein. Für den 3D-Druck gibt es sie in einigen Krankenhäusern noch immer mit einer starken Finanzkraft. Die durchschnittliche 3D-Druckausrüstung auf dem Markt beträgt Hunderttausende von Dollar, und die Kosten für Ausrüstung in Krankenhäusern mit höheren Genauigkeitsanforderungen sind höher. Zum Beispiel sind die medizinischen Anforderungen an die Genauigkeit des 3D-Drucks, die von einem japanischen Hersteller gedruckten Blutgefäße auf der 3D-Leber deutlich sichtbar, und die Ausrüstung, die eine solche Präzision erreicht, ist für Krankenhäuser im Allgemeinen nicht akzeptabel. Die Stärkung der Forschung und Entwicklung der Technologie und die Senkung der Ausrüstungskosten könnten daher die Schlüsselfaktoren für ihre schnelle Sinkförderung sein.


3. Drucken Sie die kinetische Energie des Organs. Obwohl eine kurzlebige Leber durch Überlagerung von Zellen gebildet werden kann, ist dies nicht eine Funktion, die nicht bedeutet, dass sie Leberfunktion hat. In der Tat ist die Umgebung wie Utensilien für den menschlichen Körper nicht vergleichbar, so dass es Unterschiede bei pharmakologischen Tests geben wird. Darüber hinaus bleibt es ein Problem, wie Blutgefäße hergestellt werden, die Sauerstoff und Nährstoffe transportieren. Wenn dieses Problem nicht gelöst wird, überleben die Zellen lange Zeit nicht. Darüber hinaus steht dieses 3D-Druckorgel in Zukunft auch vor dem Problem der Ablehnung durch den menschlichen Körper. Ist es besser, sich an den Körper anzupassen als an das derzeit lebende Organ, oder wird es nicht akzeptiert? Wir sind alle unbekannt.

Und sobald ein Organ beteiligt ist, spricht jemand über ethische Fragen. Da es jedoch darum geht, Leben besser zu retten, sollte die Kontroverse über dieses Thema nicht besonders heftig sein.


Der 3D-Druck ist für die Medizinbranche noch etwas Neues. Wir haben festgestellt, dass die medizinische Industrie immer dann warten kann, wenn eine neue Technologie entwickelt wird. Dieser Aspekt spiegelt die Verschiedenartigkeit und Komplexität medizinischer Probleme wider und spiegelt andererseits die menschliche Achtung und Ehrfurcht vor dem Leben wider. Und dieser Respekt vor dem Leben wird auch eine unerschöpfliche Antriebskraft für Mediziner sein, die Technologie nutzen, um die Hügel zu überqueren.