بزرگنمایی:

رفع مشکلات جراحی با نوع جدیدی از صفحات تثبیت‌کننده فک
عکس دریافتی است
محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر درصدد هستند با طراحی و توسعه نوع جدیدی از صفحات تثبیت‌کننده فک و همچنین با معرفی آلیاژ نایتینول به عنوان بیومتریال جایگزین برای آلیاژ تیتانیوم، راه حلی برای مشکلات پس از عمل جراحی بازسازی فک پایین توسعه دهند.

به گزارش ایسنا، علی نیکو، دانش‌آموخته رشته مهندسی پزشکی مقطع کارشناسی ارشد گرایش بیومتریال و مجری طرح «بررسی بیومکانیکی صفحات بازسازی کننده فک تیتانیومی و معرفی آالیاژ نایتینول به عنوان جایگزین» گفت: بیماری، سرطان و یا تصادف‌های مختلف از عواملی هستند که باعث برداشتن قسمتی و ناقص شدن آناتومی و مختل شدن عملکرد استخوان فک می‌شود.

وی افزود: از این رو علم مهندسی پزشکی برای بهبود نتایج عمل جراحی بازسازی فک و صورت، از ابزارهایی اعم از عکسبرداری سی تی اسکن از جمجمه، نرم‌افزارهای طراحی و تحلیل مهندسی، مدل‌سازی کامپیوتری استفاده کرده و در مورد عمل بازسازی فک پایین، صفحات تثبیت کننده منحصر به شکل استخوان فرد بیمار طراحی کرده است. 

این فارغ‌التحصیل دانشگاه صنعتی امیرکبیر عنوان کرد: صفحات تثبیت کننده فک تجاری موجود در بازار، اکثرا ساخته شده از جنس آلیاژ تیتانیوم (Ti6Ali4V) و به صورت استاندارد هستند که استحکام تسلیم بالایی داشته و از نظر برهمکنش با بافتهای بدن بسیار زیست سازگار هستند. 

به گفته وی، همچنین این صفحات استاندارد چون به وسیله دست جراح خم شده و روی فک قرار می‌گیرد، نقاطی پرتنش روی آن ایجاد خواهد شد؛ اما با توجه به مطالعات گذشته پس از عمل جراحی چند مشکل بزرگ به همراه داشته‌اند. از اساسی‌ترین مشکلات، به دلیل اختلاف زیاد بین مدول الاستیک تیتانیوم و استخوان تضعیف کردن بافت استخوان و در برخی موارد، ایجاد تمرکز تنش و شکستگی صفحات و درنتیجه بیرون زدن صفحه از پوست صورت بیمار است، افزود: همچنین به دلیل تنش‌های پیاپی روی پیچ‌ها، احتمال تمرکز کرنش روی استخوان اطراف پیچ‌ها و در نتیجه شل شدن آن‌ها نیز بالاست.

نیکو ادامه داد: برای حل این مشکلات راه حل پیشنهادی استفاده از یک بیومتریال با مدول یانگ پایین‌تر و طراحی صفحه سفارشی مخصوص بیمار است.

این محقق دانشگاه امیرکبیر همچنین ادامه داد: «نایتینول (NiTi) »یک آلیاژ تیتانیومی با ویژگی‌هایی مثل زیست سازگاری، استحکام نهایی تسلیم و خستگی بالا، ظرفیت دمپینگ و جذب شوک بالا است. علاوه براین، میزان مدول یانگ این آلیاژ نزدیکتر به استخوان بوده و می‌توان با ایجاد تخلخل مدول یانگ آن را با استخوان همتراز کرده تا توزیع تنشی مناسبتری روی استخوان و صفحه داشته باشیم.

وی ادامه داد: صفحات سفارشی یا customized با استفاده از تصاویر عکسبرداری پزشکی، نرم‌افزارهای مهندسی و پرینترهای سه‌بعدی طراحی و ساخته شده و نسبت به صفحات استاندارد همزمان عمل جراحی را کاهش داده و هم ریسک شکستگی را پایینتر آورده‌اند.

این پژوهشگر روش تحقیق خود را این‌گونه عنوان کرد: با استفاده از تصاویر سی‌تی‌اسکن از جمجمه در نرم‌افزار میمیکس Mimics، یک نمونه مدل استخوان فک پایین آسان را مدلسازی کرده و با به‌کارگیری نرم‌افزار طراحی مهندسی سالیدورکس (Solidworks) و تریمتیک (3-Matic) یک نمونه فک شکسته به همراه صفحه سفارشی سینوسی طراحی کرده و با تعیین شرایط حل مسئله، بارگذاری، شرایط مرزی و خواص اجزا، این مدل صفحه را ارزیابی کرده‌ایم.

به گفته وی، در این مطالعه یکی از اهداف، بررسی معیارهایی ازجمله ایجاد شکستگی روی صفحه، کاهش تنش روی استخوان (سپرتنشی یا stress shielding) و خارج شدن پیچ از داخل استخوان برای ارزیابی بیومکانیکی طراحی سفارشی پیشنهادی با نام سینوسی بوده است.

وی با اشاره به نتایج طرح افزود: دوره ترمیم 2-4 ماه پس از عمل جراحی پیوند گرافت و تثبیت فک است. در دوره ترمیم بر اثر اضافه شدن پیش‌بار روی صفحه تثبیت کننده، احتمال تثبیت کافی گرافت افزایش یافته است. 

نیکو ادامه داد: در این دوره و دوره پس از ترمیم احتمال رخ دادن پدیده سپرتنشی روی گرافت و همینطور شکسته شدن صفحه تثبیت کننده در مدل بازسازی شد و با صفحه نایتینولی نسبت به مدل تیتانیومی کاهش پیدا کرده است.

به گفته این محقق، با افزایش بارگذاری، صفحه تیتانیومی هم از نظر احتمال شکست و هم از نظر احتمال بیرون زدن پیچ‌ها نسبت به صفحه نایتینولی به دلیل انعطاف‌پذیری کمتر، حساسیت بیشتری نشان داده است. پس از دوره ترمیم با اضافه کردن ایمپلنت روی گرافت، احتمال شکست صفحه تثبیت‌کننده در هر دو مدل کاهش و احتمال ایجاد ناحیه کم تنش روی گرافت و پدیده سپرتنشی افزایش خواهد یافت. با تغییر گرافت یک تکه به دوتکه و یا افزایش ضخامت صفحه استاندارد، احتمال شکست صفحه و همچنین پدیده سپرتنشی روی گرافت کاهش پیدا کرده است.

نیکو افزود: به طورکلی با مقایسه طراحی استاندارد و سفارشی، می‌توان گفت از لحاظ احتمال شکست و بیرون زدن پیچ و همین‌طور حساسیت به بارگذاری بهتر عمل کرده است.

وی با بیان اینکه بازار این صفحات تثبیت‌کننده در ایران و شرکت‌های داخلی خیلی گسترده نبوده و تنها به پیچ و پلاک‌های ارتوپدی برای تثبیت فک یا استخوان‌های جمجمه محدود می‌شود، افزود: کمپانی‌های مختلفی این پلاک‌های ارتوپدی را تولید می‌کنند؛ اما بازار شرکتهای امریکایی و اروپایی برای این صفحات بازسازی کننده فک بسیار گسترده و فعال است. 

به گفته وی، از جمله صنعت‌های پردرآمد در امریکا و اروپا صنعت تجهیزات ارتوپدی و ایمپلنت‌های فک و صورت است؛ در اصل این صنعت بین رشته‌های پزشکی و مهندسین پزشکی بوده که با به کارگیری نرم‌افزارهای مهندسی و تصاویر سی تی اسکن، پلاک یا صفحه تثبیت‌کننده یا بازسازی کننده مخصوص بیمار را طراحی کرده و با تکنولوژی پرینت سه‌بعدی فلزی ساخته و با کمک سیستم‌های کامپیوتری و به‌کارگیری جراحی به وسیله کامپیوتر، روی فک یا صورت بیمار از این صفحات ارتوپدی استفاده خواهند کرد. 

به گزارش روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، پلاکهای ارتوپدی ابزارهای پزشکی هستند که برای حمایت از یک ساختار زیستی آسیب‌دیده یا تقویت ساختار در بخشی از بدن مورد استفاده قرار می‌گیرند. سطح خارجی ایمپلنت‌ها با بافت زنده در تماس بوده و بوسیله مواد بیولوژیک و یا مواد آلیاژی مقاوم در مقابل محیط یونی بدن ساخته می‌شود که در اصطلاح به این دسته از مواد زیست سازگار اطلاق می‌شود، مثلاً در مورد ایمپلنت‌هایی که در استخوان‌ها جاگذاری می‌شود، سطح آنها از تیتانیوم، کروم و یا آپاتیت تشکیل شده که هیدروکسی آپاتیت از اجزای اصلی تشکیل دهنده بافت استخوان است. پس استخوان با آن وارد واکنش شیمیایی نمی‌شود. پلاک‌ ارتوپدی به طور گسترده برای فیکس کردن شکستگی‌های دیافیز بالاتنه و شکستگی‌های متافیز و مفصلی (آرتیکولار) به کار برده می‌شود.

به این تجهیزات بطور عمده پیچ و پلاک ارتوپدی (screws & plates) می‌گویند. اما تعداد و تنوع این ابزارها زیاد بوده و به‌تدریج در حال افزایش است. از طرفی هریک از آنها کاربرد مخصوص به خود را داشته و در شکستگی‌ها و جراحی‌های ترمیمی مختلف ارتوپدی بکار گرفته می‌شوند. تنوع زیاد این پیچ و پلاک‌های ارتوپدی که بطور عام به آنها پلاتین نیز گفته می‌شود، باعث شده تا خیلی از پرستاران و کارشناسان اتاق عمل نیاز به مرور و آموزش کافی در این زمینه داشته باشند.

پلاک‌های ارتوپدی از جمله وسایل پزشکی هستند که برای جایگزینی در مفاصل و استخوان‌های بدن و ثبیت شکستگی‌های ناشی از تصادفات طراحی شده‌اند تا از استخوان آسیب‌دیده حمایت کنند. جنس عمده پلاک‌های ارتوپدی از فولاد ضد زنگ یا از آلیاژهای تیانیوم است که با استفاده از یک پوشش پلاستیکی بر روی ایمپلنت غضروف مصنوعی را به نوعی می‌توان شبیه‌سازی کرد. کاشت ایمپلنت را به علت پیر شدن جامعه ایران می‌توان از شایع‌ترین جراحی‌های ارتوپدی البته بعد از تصادفات ناشی از پراید دانست. ایمپلنت‌های ارتوپدی با توجه به نوع کاربرد و جایگزینی در مکان مورد نظر نیازمند به طراحی استحکام مورد نیاز و منحصر به فرد خود هستند و مهندسین علاوه بر استحکام آنها باید به زیست سازگار (BIO COMPATIBLE) بودن ایمپلنت‌ها نیز دقت کنند. پیچ، پلاک، سیم و نیل نمونه‌ای از تثبیت‌کننده‌های داخلی پرکاربرد در جراحی‌های ارتوپدی هستند.