Il femore in polimero stampato in 3D potrebbe aiutare i chirurghi a eseguire test biomeccanici / 3D-Printed Polymer Femur Could Help Surgeons Perform Biomechanical Testing
Il femore in polimero stampato in 3D potrebbe aiutare i chirurghi a eseguire test biomeccanici / 3D-Printed Polymer Femur Could Help Surgeons Perform Biomechanical Testing
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Gli ingegneri meccanici dell'Università del Texas a Dallas hanno progettato un femore stampato in 3D che potrebbe aiutare i medici a prepararsi agli interventi chirurgici di riparazione delle ossa ed a sviluppare trattamenti per i tumori ossei.
Gli ingegneri, che hanno lavorato in collaborazione con i chirurghi ortopedici dell'UT Southwestern Medical Center, hanno pubblicato il loro primo studio sul femore stampato in 3D il 5 agosto online sulla rivista Journal of Orthopaedic Research.
Lo studio, che si è concentrato sulla sezione centrale dell'osso, stabilisce parametri di stampa 3D per un femore da utilizzare nei test biomeccanici. I ricercatori hanno affermato che saranno necessari altri studi prima che la tecnologia possa essere disponibile per un uso diffuso.
Per studiare e convalidare impianti e tecniche chirurgiche innovative, i chirurghi eseguono studi biomeccanici utilizzando cadaveri donati od ossa sintetiche disponibili in commercio, che li aiutano a determinare la fissazione chirurgica ottimale ed a prevedere la risposta dell'osso. Le ossa sintetiche, utilizzate anche nella formazione chirurgica, possono essere costose, richiedere tempo per l'acquisizione e non sono in grado di fornire soluzioni specifiche per il paziente.
Due anni fa, i ricercatori della UT Southwestern si sono rivolti al dott. Wei Li, esperto di tecnologia di stampa 3D della UT Dallas, per collaborare a un'alternativa meno costosa e più rapida per gli studi biomeccanici ortopedici.
"Per pianificare l'intervento chirurgico, i chirurghi devono conoscere la geometria dell'osso", ha affermato Li, professore associato di ingegneria meccanica presso la Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science ed autore corrispondente del recente studio. "Con la stampa 3D, siamo in grado di stampare il campione di osso del femore con la stessa geometria del femore all'interno del corpo".
Attraverso tentativi ed errori, lo studente di dottorato in ingegneria meccanica dell'UTD Kishore Mysore Nagaraja ha sviluppato numerose iterazioni del femore. Mysore Nagaraja, che lavora nel Comprehensive Advanced Manufacturing Lab di Li, ha eseguito una serie di test su ogni osso artificiale per misurare le prestazioni meccaniche e le proprietà dei materiali per rendere i campioni il più possibile simili ai femori reali.
"Questa esperienza collaborativa è la cosa migliore che uno studente possa chiedere", ha affermato Mysore Nagaraja, che dovrebbe laurearsi a dicembre. "Ottenere una valutazione della mia ricerca sui test direttamente dai dottori che la utilizzeranno è un'ottima convalida della nostra ricerca".
La replica ossea è realizzata in acido polilattico, un polimero biodegradabile a basso costo e di origine biologica comunemente utilizzato nella stampa 3D. Il progetto, che rappresenta la sezione centrale del femore, è lungo quasi 8 pollici e ha un diametro di quasi 1 pollice. Nei test biomeccanici, ha funzionato bene quanto un femore umano. I ricercatori hanno stimato che ogni femore stampato in 3D costasse 7 $.
Li ha detto che le ossa stampate in 3D hanno una gamma di potenziali applicazioni. Il polimero, ad esempio, potrebbe sostituire altri materiali usati nella riparazione delle ossa, come il titanio. Li ha detto che i ricercatori potrebbero anche stampare tumori su ossa stampate in 3D e testare trattamenti sui campioni stampati, oppure le repliche potrebbero essere usate per aiutare a far crescere il tessuto osseo umano.
"Con la stampa 3D, siamo in grado di stampare il campione dell'osso del femore con la stessa geometria del femore all'interno del corpo."
Dott. Wei Li, professore associato di ingegneria meccanica presso la Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science
I ricercatori della UT Southwestern coinvolti nello studio includevano il primo autore, il dott. Robert Weinschenk, chirurgo oncologo ortopedico, e il dott. Richard Samade, chirurgo della mano e degli arti superiori, che gestiscono un laboratorio di stampa 3D. Entrambi sono professori associati di chirurgia ortopedica con incarichi secondari in ingegneria biomedica; Samade ha un incarico secondario in chirurgia plastica.
"Mi sono rivolto al dott. Li ed al suo gruppo e, fortunatamente, si è trasformata in un'eccellente collaborazione tra noi", ha affermato Weinschenk. "Con le conoscenze e le competenze che il dott. Samade ed io abbiamo come chirurghi, entrambi con background ingegneristici, in combinazione con la straordinaria conoscenza e competenza del dott. Li nei test meccanici e le sue straordinarie risorse, il nostro gruppo collaborativo è in una posizione unica per cercare di affrontare questo tipo di sfide".
ENGLISH
UT Dallas engineers created a 3D-printed femur to aid surgical planning and treatment for bone tumors.
University of Texas at Dallas mechanical engineers have designed a 3D-printed femur that could help doctors prepare for surgeries to repair bones and develop treatments for bone tumors.
The engineers, who worked in collaboration with UT Southwestern Medical Center orthopedic surgeons, published their first study on the 3D-printed thigh bone online Aug. 5 in the Journal of Orthopaedic Research.
The study, which focused on the middle section of the bone, establishes 3D-printing parameters for a femur for use in biomechanical testing. Researchers said more studies will be needed before the technology could be available for widespread use.
To study and validate innovative surgical implants and techniques, surgeons perform biomechanical studies using donated cadavers or commercially available synthetic bones, which help them determine optimal surgical fixation and predict the response of the bone. Synthetic bones, also used in surgical training, can be expensive, take time to acquire and lack the ability for patient-specific solutions.
UT Southwestern researchers approached Dr. Wei Li, a UT Dallas expert in 3D-printing technology, two years ago to collaborate on a less costly and faster alternative for orthopedic biomechanical studies.
“To make plans for surgery, surgeons need to know the geometry of the bone,” said Li, assistant professor of mechanical engineering in the Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science and corresponding author of the recent study. “With 3D printing, we’re able to print out the femur bone sample with the same geometry of the femur inside the body.”
Through trial and error, UTD mechanical engineering doctoral student Kishore Mysore Nagaraja developed many iterations of the femur. Mysore Nagaraja, who works in Li’s Comprehensive Advanced Manufacturing Lab, performed a series of tests on each artificial bone to measure mechanical performance and material properties to make the samples as similar as possible to real femurs.
“This collaborative experience is the best thing a student could ask for,” said Mysore Nagaraja, who is expected to graduate in December. “To get an evaluation of my testing research directly from the doctors who are going to use it is a very good validation of our research.”
The bone replica is made of polylactic acid, a bio-based, low-cost biodegradable polymer commonly used in 3D printing. The design, which represents the midsection of the femur, is almost 8 inches long and nearly 1 inch in diameter. In biomechanical tests, it performed as well as a human femur. Researchers estimated each 3D-printed femur cost $7 to make.
Li said 3D-printed bones have a range of potential applications. The polymer, for example, might replace other materials used in bone repair, such as titanium. Li said researchers also could print tumors onto 3D-printed bones and test treatments on the printed samples, or the replicas might be used to help grow human bone tissue.
“With 3D printing, we’re able to print out the femur bone sample with the same geometry of the femur inside the body.”
Dr. Wei Li, assistant professor of mechanical engineering in the Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science
UT Southwestern researchers involved in the study included first author Dr. Robert Weinschenk, an orthopedic oncology surgeon, and Dr. Richard Samade, a hand and upper extremity surgeon, who run a 3D-printing lab. Both are assistant professors of orthopedic surgery with secondary appointments in biomedical engineering; Samade has a secondary appointment in plastic surgery.
“I reached out to Dr. Li and his team, and fortunately this has turned into an excellent collaboration between us,” Weinschenk said. “With the knowledge and skill sets Dr. Samade and I have as surgeons — both with engineering backgrounds — in combination with Dr. Li’s tremendous knowledge and expertise in mechanical testing and his amazing resources, our collaborative team is uniquely poised to try to tackle these types of challenges.”
Da:
https://www.technologynetworks.com/applied-sciences/news/3d-printed-polymer-femur-could-help-surgeons-perform-biomechanical-testing-392675
Commenti
Posta un commento