Εφαρμογές της τρισδιάστατης εκτύπωσης στην ιατρική

Στεφανίδου, Γεωργία

Applications of 3D printing in medicine

Διπλωματική εργασία

Author

Στεφανίδου, Γεωργία

Date

2023-07-18

Advisor

Michail, Christos

Διπλωματική εργασία (2.498Mb)

Keywords

Τρισδιάστατη εκτύπωση ; Βιοεκτύπωση ; Βιοϋλικά ; Τρισδιάστατοι εκτυπωτές

Abstract

Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι μία τεχνολογία προσθετικής κατασκευής (AM) που πρωτοεμφανίστηκε στις αρχές της δεκαετίας του 80΄. Η μεθοδολογία αυτή περιλαμβάνει την σχεδίαση του αντικειμένου σε ψηφιακό περιβάλλον, σε υπολογιστικό πρόγραμμα CAD (Computer aided design), το οποίο έπειτα μετατρέπει το αρχείο της τρισδιάστατης εικόνας σε ένα αρχείο STL (Standard triangulation language) για να φορτωθεί και διαβαστεί από τον εκτυπωτή. Υπάρχουν πολλές τεχνικές τρισδιάστατης εκτύπωσης, ανάλογα με το επιθυμητό τελικό προϊόν εκτύπωσης, επιλέγεται η συγκεκριμένη μέθοδος με το κατάλληλο μηχάνημα, καθώς και τα υλικά που θα χρησιμοποιηθούν. Η ραγδαία εξέλιξη της στον τομέα την ιατρικής βιομηχανίας έχει επιφέρει πολλές νέες εναλλακτικές αντιμετώπισης, θεραπείας και αποκατάστασης των ασθενειών. Έχει συμβάλει στην ταχεία ανάπτυξη των τομέων της μηχανικής ιστών και της ιατρικής αναγέννησης μέσω της τρισδιάστατής βιοεκτύπωσης. Είναι ένας κλάδος που έχει βοηθήσει στο κομμάτι των ερευνών και μελετών πάνω στην βιοσυμβατότητα, καλλιέργεια των ικριωμάτων, των κυττάρων, των ιστών και των αυξητικών παραγόντων για την δημιουργία βιοϋλικών για την χρήση τους ως βιοεκτυπωμένο μελάνι στην τρισδιάστατη εκτύπωση οργάνων. Επίσης χρησιμοποιείται για την εκτύπωση ανατομικών μοντέλων, που βοηθούν στην προ εγχειρητική μελέτη της διαδικασίας, δίνοντας μια καθαρή και ρεαλιστική εικόνα στον χειρούργο. Τα μοντέλα αυτά χρησιμοποιούνται εκτός αυτού και για εκπαιδευτικούς σκοπούς για την εκμάθηση των φοιτητών της ιατρικής. Περισσότερες από τις εφαρμογές της τρισδιάστατης εκτύπωσης και βιοεκτύπωσης αναλύονται στην παρούσα εργασία. Όπως ήταν σημαντικό να συμπεριληφθούν και η ιστορική αναδρομή και η πορεία της στο πέρας τον χρόνων, να περιγράφουν οι βιοϊατρικές επιστήμες και να αναλυθούν τα διάφορα υλικά εκτύπωσης και βιοεκτύπωσης και οι έρευνες που έχουν διερευνηθεί πάνω σε αυτά. Γίνονται αναφορές σε κάποιες από τις πρόσφατες εφαρμογές της τρισδιάστατης εκτύπωσης και τα οφέλη αυτών στον τομέα της βιομηχανικής ιατρικής. Τέλος, γίνεται συζήτηση σχετικά με τη μελλοντική εξέλιξη της τρισδιάστατης εκτύπωσης και τις πιθανές βελτιώσεις και εναλλακτικές μέθοδοι για την επίτευξη της παραγωγής μαζικών βιοεκτυπώσεων που θα ακολουθήσουν στην λύση του προβλήματος των μεταμοσχεύσεων.

Abstract

3D printing is an additive manufacturing (AM) technology that first appeared in the early 1980s. This methodology involves designing the object in a digital environment, in a computer aided design (CAD) program, which then converts the 3D image file into an STL (Standard triangulation language) file to be loaded and read by the printer. There are many 3D printing techniques, depending on the desired final print product, the specific method is selected with the appropriate machine, and the materials to be used. Its rapid development in the medical industry has brought many new alternatives for the treatment, cure and rehabilitation of diseases. It has contributed to the rapid development of the fields of tissue engineering and medical regeneration through 3D bioprinting. It is an industry that has helped in the part of research and studies on biocompatibility, cultivation of scaffolds, cells, tissues and growth factors to create biomaterials for use as bio-printing ink in 3D organ printing. It is also used to print anatomical models to aid in preoperative study of the procedure, giving a clear and realistic image to the surgeon. These models can be also used for educational purposes for teaching medical students. The majority of the applications of 3D printing and bioprinting are discussed in this thesis. As it was important to include the historical background and its progression over the years, to describe the biomedical sciences and to analyze the various printing and bioprinting materials and the researches that have been investigated on them. References are made to some of the recent applications of 3D printing and their benefits in the field of industrial medicine. Finally, there is a discussion on the future development of 3D printing and the possible improvements and alternative methods to achieve mass production of bio-prints that will follow addressing the problem of transplantation.