Applications > Medical:

• Beyin ve Kafatası Cerrahisi
• Çene ve Yüz Cerrahisi
• Estetik ve Rekonstrüktif Cerrahi
• Diş Hekimliği
• Ortodonti: Braketsiz Tedavi
• İmplantoloji: Hastaya Özel İmplant Delme Klavuzları İmalatı
• Protetik Restorasyon Üretimi: WaxPro
• Yapay Doku İmalatı
• Alman Envisiontec GmbH firmasının geliştirdiği BioPlotter autofabrication cihazı canlı hücreleri inşa malzemesi olarak kullanarak suni doku üretebiliyor.
• Suni insan derisi imalatı yanık yaralarına karşı başarılı oluyor.
• Suni kemik imalatı (Plasti-bone)
• Ortopedi
• Diğer Uygulamalar
  • Eczacılık: Karmaşık iç geometriye ve özel malzeme dağılımına sahip ilaç kapsüllerinin inşası.
  • Kişiye özel kulak içi işitme protezi imalatı
  • Kalp Cerrahisi: Hastaya özel, kalp kapakçığı imalatı,
  • Eğitim: Tıp veya biyoloji eğitiminde kullanılacak model imalatı,
  • Araştırma: Kobayların kimyasallara karşı tepkilerinin modellenmesi,
  • Mikro teşhis ve tedavi cihazları: Mikro denizaltı inşası

Beyin ve Kafatası Cerrahisi Uygulamaları:

Yukarıda, Stereocol ismli özel bir fotopolimer reçine ile medikal modellerin istenilen kısımları yüksek lazer enerjiisine maruz bırakılarak renklendirilebilir (Ref. Materialise)

Sağda: Beyine ait yumuşak doku tomografi verisine bağlı olarak inşa edilmiş ve değişik renklerde modellenmiş. Bu sayede gelişmiş bir beyin ameliyatı planlaması yapılabilir.

Solda, kafatası modeli, sağda ise bu model yardımıyla üretilmiş bir protez görülmekte (Ref: Materialise, www.materialise.be)

1	2
3	4

Üstte: Dişleri ve çene kemiği arızaları konusunda ameliyat planlaması için tomografi verisine bağlı olarak inşa edilen çene kemiği ve diş modelleri: Sağdaki modelde, dişler rahat görünebilmesi için ayrı bir renk ile imal edilmişlerdir. Bu gibi modeller ameliyatı planlamakla sorumlu doktorlar için çok yararlı olmaktadır. Böyle renkli modellerin imalatı için, emilen lazer enerjisine bağlı olarak rengini değiştiren Stereocol isimi özel bir fotopolimer reçine kullanılmaktadır. İmalat sonrası güneş ışığındaki UV sebebiyle tüm modelin renk değiştirmesini önlemek için model yüzeyi UV bariyer görevi yapan ve steril de edilebilen özel bir vernikle kaplanır.

Sağda: EOS firması'nın autofabrication cihazı ile imal edilmiş bir çene kemiği modeli.

Resmin sağında, EOS'un geliştirdiği özel destek yapısı gözükmektedir.

Estetik ve Rekonstrüktif Cerrahi:
Hastanın kopan veya kanserli vs. olduğu için ameliyatla alınan bir uzvunu CT veya MR verisine bağlı olarak yeniden tasarlanıp autofabrication cihazları ile karmaşık geometriye sahip modeli rahatlıkla üretilir. Daha sonra bu model kullanılarak silikon kalıplama yöntemiyle uygun bir malzemeden protez imal edilir.

• Bir kulağını kaybetmiş bir hastaya, diğer kulağının 3D verisine bağlı olarak yeniden kulak protezi yapılabilir: Yukarıdaki resimlerde kanserli dokunun alınması için yapılan ameliyatla sol kulağını kaybeden bir hastaya ABD'ndeki Chigago Üniversitesi'nin koordinasyonunda yapılan sağ kulak protezinin safhaları görülmektedir: İlk resimde sağ kulağın lazer ile tarama sonuçları görülmekte. İkinci resimde, 3D CAD programı kullanılarak "ayna görüntüsü" (mirror image) alınan bu tarama versine bağlı olarak Stereolitografi tekniği ile üretilmiş sol kulak modeli görülmekte. Üçüncü resimde, önceki model kullanılarak yapılmış bir kalıp ve bu kalıba dökülmüş silikon protez görülmektedir. Son resimde ise renklendirme sonrası hastaya başarıyla uygulanmış sol kulak protezi görülmekte. Ref: Marshall Burns, Sayfa 140.
• Kanser sebebiyle boğaz etinin bir kısmı alınmış olan hastanın kalan boşluğuna 3D CT verisine bağlı olarak bir protez yapılıp yerleştirilir. Önceleri hastanın bu boşluğuna macun halinde malzeme sıkıştırılarak kalıbı alınıyordu ama macunun oluşturduğu basınç, boşluğu esneterek gerçek geometriye uygun protez yapılmasını engelliyordu. Artık 3D CT verisine bağlı olarak, hastaya dokunmadan protez tasarlanıp imal edildiği için bu problem çözülmüştür.

Ortodonti: Braketsiz Tedavi
(Eğri dişleri düzeltmek için metal tel yerine şeffaf plastikten diş doğrultma kılıfları imalatı):
Invisalign (ABD) firması anlaşmalı olduğu diş hekimleri ve ortodontistlerin hastalarından elde ettikleri ölçüleri almaktadır. Negatif ölçüden pozitif model elde edildikten sonra bu model bir 3D sayısallaştırıcıyla hassas bir şekilde taranarak hastanın diş arklarının 3D modeli bilgisayara aktarılır. Daha sonra ortodontik tedavi sonunda dişlerin ark içinde alması gereken düzgün pozisyonu ve bu pozisyona ulaşıncaya kadar gerçekleşecek olan tüm ara durumlar özel geliştirilmiş bir CAD yazılımı (ClinCheck) ile hesaplanmaktadır. ClinCheck programı ile ortodontik tedavi planı yapılmakta, bu plan çerçevesinde kaç tane ara durum olacağı hesaplanmakta ve bu ara durum sayısına göre 'Aligner' üretilmektedir. 'Alignerlar', yaklaşık iki haftada bir değiştirilecek olan; beyazlatma apareylerinde kullanılanlara benzer apareyler olup, termoform kalıp şeklinde SLA cihazları ile direkt olarak imal edilmektedir. Ortodontik tedavi amacıyla üretilen Alignerlar yaklaşık iki hafta süre ile sırasıyla hasta tarafından kullanılmak suretiyle hedeflenen ortodontik tedavi bitirilmektedir. Her Aligner, termoform kalıplama ile şeffaf, medikal uyumlu bir plastikten üretilmektedir.

Alignerlar hareketli apareyler olduğu için hastanın periodontal bakımını yapabilmesi mümkün olmakta ve konvansiyonel ortodontik tedavi sırasında görülen gingival enflamasyonlarla karşılaşılmamaktadır. Ayrıca 'görünmez braketler' şeklinde tanımlanan Invisalign ortodontik tedavi sistemi estetik olması açısından hastalar tarafından tercih edilmektedir. Bu estetik ve hijyenik sistem şimdilik sadece erişkinlerde, orta dereceli çapraşıklıkların düzeltilmesi amacıyla kullanılmaktadır, ancak firma çocuk hastalar için de ayrı bir çalışma yürütmektedir.

2001 ilk yarıyılı itibariyle bu teknoloji yalnız ABD ve Kanada'da kullanılmaktadır. Halen 10 adet SLA 7000 cihazı kullanan Invisalign firması bu uygulamalar için 3D Sytems firmasından, liste fiyatı 700,000$ civarında olan, 39 adet daha SLA 7000 siparişi vererek, 3D Systems firmasından şimdiye kadar en çok sayıda sipariş veren firma konumuna gelmiştir... Kullanılan özel yazılım Geomagic firması tarafından geliştirilmiştir:
www.geomagic.com/advantage/healthcare/invisalign-index.php3

Ortodontik düzensizliğin derecesine göre her tedavi ortalama 20, en fazla ise 60 çift farklı düzeltici Aligner gerektirmektedir. Termoform kalıbı imalatında, bu işe uygun olarak özelleştirilmiş ve 3 kat daha hızlı bir SLA 7000 sistemi kullanılmaktadır. Termoform işleminin basınç ve sıcaklığına dayanabilecek, bu uygulamaya özel bir fotopolimer malzeme de geliştirilmiş ve kullanılmaktadır.

İmplantoloji: Hastaya Özel İmplant Delme Klavuzları İmalatı:

Materialise (Belçika) firması, SimPlant yazılımı yardımıyla implant uygulama tasarımı yapmaktadır. İmplant cerrahisinin planlanmasında kemik densitesi, kompakt/spongiöz kemik oranı ve anatomik oluşumlar açısından 3 boyutlu olarak çene kemiği analizi önem taşımaktadır. Tüm radyografik tetkik tekniklerinin avantajlarını bir arada bulunduran SimPlant yazılımı sayesinde kişiye özel hassas implant cerrahisi planlaması yapılabilmektedir.

Yapılan planlamaya göre hassas ve hatasız bir şekilde cerrahinin gerçekleştirilebilmesi için hastaya ait özel delme kılavuzlarının 3D olarak tasarlanmasını sağlamaktadır. Daha sonra bu klavuzlar SLA cihazları yardımıyla üretilmektedir. Bu klavuz apareyler sayesinde frez giriş yolu gibi implant cerrahisinin başarısını etkileyen birçok parametre, 3 boyutlu olarak önceden saptanmış olur. Dolayısı ile implant cerrahisi sırasındaki birçok olası komplikasyon bu şekilde önlenebilmektedir.

1- 3D Görüntüleme ve implant yerleştirme planlaması
2- Hastaya Özel delme klavuzu SLA ile imal edilmiş ve damak modeli üzerine oturtulmuş
3- Kesit: Çene kemiğine klavuz ile delme. Kırmızı renkle gösterilen parça, hastaya özel yapılmış olan delme klavuzudur.

-1-

-2-

-3-

Opersayon öncesi

Delme klavuzları yerleştirilmiş

Delme işlemi

CYNOVAD (Kanada) ile 3D Systems arasında yapılan ve 26 Eylül 2001'de duyurulan bir anlaşmayla ThermoJet cihazları WaxPro markası altında diş laboratuvarlarında protetik restorasyon üretimi için pazarlanmaya başlamıştır. Önceleri el işçiliği gerektiren mum model hazırlama işi böylece otomatize edilmiştir. Bu iş için CYNOVAD tarafından geliştirilmiş olan özel bir 3D tarayıcı cihaz ve dental protez tasarım yazılımı kullanılmaktadır. Daha önceleri dental teknisyenin bilgisi, gösterdiği özen, ayırdığı zaman, kullandığı materyal ve ekipmanın kalitesi gibi faktörlerlerden etkilenen sabit protetik restorasyon üretimi bu sistem sayesinde standardize edilmiş ve insan hatası olasılığı ortadan kaldırılmıştır. Ayrıca konvansiyonel laboratuar işlemleri çok hassas ve zor olan materyallerin de bu sistem dahilinde sorunsuz ve kolay bir şekilde işlenebiliyor olması dental alanda biyolojik uyumluğu yüksek olan materyal sınıfının yaygın ve etkin kullanılmasını mümkün kılmaktadır. Bunların yanında dental laboratuarlarla yaşanan zamanında iş teslimi problemi de aşılıp bu konuda da bir takım standartlara ulaşılmış olması diş hekimlerinin hastalarına daha kısa zamanda dental protezlerini takabilme olanağını sağlamaktadır. Tüm bu faktörler sayesinde CYNOVAD sistemi ile daha kısa zamanda, biokompatıbl ve gnatolojik kurallara uygun sabit protez yapımı mümkün olabilmektedir.

Yapay Deri veya Doku İmalatı:

autofabrication teknolojisiyle yapay doku imalatı 2003 yılı itibarıyla henüz araştırma safhasındadır. Bu uygulamalarda prensip olarak aşağıdaki şekilde görüldüğü üzere gözenekli yapıda bir iskelet yapı (scaffold) autofabrication teknolojisiyle oluşturulur. Ardından hastadan alınan hücreler bu yapıya emdirilerek uygun sıcaklıkta steril bir ortamda hücrelerin büyümesi sağlanır. Son olarak, hazırlanan implant hastaya bir ameliyat ile nakledilebilir:

Ref: http://wtec.org/additive/workshop/06-hollisteraddsub.htm

Bioplotter

Kulak için implant uygulaması

Bioplotter implant uygulaması iş akışı (büyük resim)

Henüz (Eylül-2001) geliştirme safhasında olan bu teknolojide steril bir sıvı/jel ortamında, canlı hücreler inşa malzemesi olarak kullanılarak üç boyutlu suni doku üretilebiliyor. Solda, sıvayarak harç yığma prensibine göre çalışan Bioplotter autofabrication cihazı görülmektedir. Başlıca uygulama alanlarından biri, ortadaki resimde görüldüğü gibi doku kaybı olan bir uzvun estetik ameliyatı sırasında kullanılmak üzere implant üretmektir. Gerekli hücreler hastanın kendisinden alınabilir. Hücrelerin direkt inşa malzemesi olarak kullanılmasının yanısıra, büyümelerine müsait maddelerden Bioplotter ile üretilen gözenekli bir yapıya sonradan yerleştirilerek de implant üretilebilir. Cihaz için gerekli 3D geometri verisi CT veya MR tarama verilerine dayanarak özel 3D tasarım yazılımlarıyla yapılıyor.

Harç Yığma > Sıvayarak > Bioplotter

3D Printing ile yapay organ inşası araştırmaları:

Üç boyutlu yapay doku imali hedefiyle, modifiye edilmiş mürekkep püskürtmeli yazıcılarda inşa malzemesi olarak hücre kullanma üzerine ABD / South Carolina eyaletinde bulunan "Medical University of South Carolina" ile Clemson Üniv.'sinden araştırmacıların ortak yürütüğü bazı çalışmalar da yapılmaktadır. İnşa ortamında Washington'da bulunna "Pacific Northwest National Laboratory" de geliştirilen ve ısındığında katı halden sıvı hale geçen özel bir jel (thermo-reversible gel) kullanılmaktadır. Biyolojik olarak degrade olabilen bu jel 20 °C altında sıvı olmasına rağmen 32 °C üzerinde katılaşmaktadır.
Jell ve hücreler farklı memelerden inşa yüzeyine püskürtülerek istenilen geometri oluşturulabilir. Hücreler kaynaştıktan sonra yapı soğutularak jelin erimesi sağlanır. Bu sayede canlı dokuya zarar vermeden destek yapısı temizlenmiş olur. Bu teknikle kobay hücreleri kullanılarak başarılı bazı çalışmalar yapılmıştır...

Kaynak: (benzer araştırmalar konusunda daha fazla bilgi) Ink-jet printing creates tubes of living tissue, NewScientist.com, 22-01-2003 > www.newscientist.com/news/news.jsp?id=ns99993292

Suni insan derisi imalatı:
Aşağıdaki adreslerden detayına ulaşabileceğiniz gibi, autofabrication teknolojisinin yeni uygulamalarında suni deri imalatıyla, hastanın derisindeki yanık yaralarının daha hızlı düzelmesinde başarılı olunmuştur:
http://www.molec-geodesics.com
http://www.memagazine.org/contents/current/features/skin/armor.html

Suni kemik imalatı (Plasti-bone):
ABD / Arizona'da bulunan Advanced Ceramics Research (ACR), Inc. tarafından ordu testeğiyle geliştirilen bu metodla modifiye edilmiş bir FDM cihazında inşa malzemesi olarak kalsiyum fosfatlı bir polimer kullanılarak suni kemik üretilebilmektedir; Kazalar veya kanser sebebiyle kaybedilen kemik parçası yerine yeni bir parça CT/MR ve 3D CAD ile tasarlanır. Oluşan boşluğa bu implant yerleştirildiğinde kalsiyum fosfat kemik hücrelerinin büyümesi için uygun bir ortam oluşturur. Bunun için inşa sırasında implant içinde kontrollü olarak mikro boşluklar bırakılır (micro porosity). Sonuçta kalsiyum fosfat kaplanmış mikro boşluklu polimer bir implant elde edilir. Uygulamadan 8 hafta sonra kemik implanta bağlanır, 18 ay sonunda ise kemik hücreleri seramik-polimer implant ile tamamiyle yer değiştirir.
Şimdilik askeri uygulamalar için geliştirilen bu teknolojinin yakın bir zamanda sivil uygulamalarının da olacağı tahmin edilmektedir.
Daha fazla bilgi için:
www.onr.navy.mil/media/tipoff_display.asp?ID=43
(13/6/2003 tarihli bu yazıda prosesi gösteren daha detaylı bir resim de bulunmaktadır).

Eczacılık: Karmaşık iç geometriye ve özel malzeme dağılımına sahip ilaç kapsüllerinin inşası:

Therics (ABD) firması, orijinal olarak MIT'de geliştirilen 3DP teknolojisinin ilaç kapsülü yapımında kullanılması konusundaki lisansını almıştır (inşa hammaddesi olarak çeşitli ilaç tozları ve bağlayıcılar kullanılır). Böylelikle birden fazla malzemeden oluşan özel bir kapsül imal edilip hastaya yerleştirilecek ve ilaç maddesi 6 ay veya 1 sene bir sürede yavaş yavaş hastanın kanına karışacaktır. Bu sayede sürekli ilaç kullanması gereken hastalar için büyük kolaylık olacaktır.

Sağda Theriform 3100 cihazı görülmektedir. Bu cihaz 32 memeden malzeme püskürtebilmektedir ve saatte 60,000 adet tablet üretme kapasitesine sahiptir.

Kulak içine özel macun baskısıyla elde edilen kalıplar bir 3D sayısallaştırma sistemi ile taranır.	Tarama verisi Geomagic eShell yazılımına aktarılır. Burada elektronik devrenin yerleşmesi için gerekli kabuk tasarımı yapılır.	autofabrication cihazları ile kişiye özel işitme protezi gövdesi imal edilir ve direkt montaj sonrası hastada kullanılır.

Daha fazla bilgi için: www.geomagic.com/products/eshell

Mikro teşhis ve tedavi cihazları:

Sağda resmi görülen ve microTEC tarafından henüz geliştirme safhasında olan 0.65mm çapında ve 4mm boyundaki bu minik denizaltı, gerekli sensör ve kontrol-haberleşme sistemleriyle donatıldığında birçok küçük ve dar alanlarda keşif yapmakta kullanılabilecektir. Kuşkusuz bunun en büyük pazarı medikal tanı, teşhis ve tedavi uygulamaları olacaktır:

• Sinir sisteminin tahribatının tesbiti
• Gerekli dokulara direkt ilaç taşınması
• Tümürlere direkt radyoterapi uygulanması
• Böbrek ve safra kesesi taşlarının düşürülmesi veya kırılması
• Hastanın sağlık durumunun içerden eş zamanlı olarak ölçümü ve takibi...

Stereolithographic (SL) biomodelling is a new technology that allows three-dimensional (3-D) computed tomography (CT) data to be used to manufacture solid plastic replicas of anatomical structures (biomodels). A prospective trial with the objective of assessing the utility of biomodelling in complex surgery has been performed. Forty-five patients with craniofacial, maxillofacial, skull base cervical spinal pathology were selected. 3-D CT or MR scanning was performed and the data of interest were edited and converted into a form acceptable to the rapid prototyping technology SL. The data were used to guide a laser to selectively polymerize photosensitive resin to manufacture biomodels. The biomodels were used by surgeons for patient education, diagnosis and operative planning. An assessment protocol was used to test the hypothesis that 'biomodels in addition to standart imaging had greater utility in the surgery performed than the standart imaging alone'. Biomodels significantly improved operative planning (images 44.09%, images with biomodel 82.21%, P < .01) and diagnosis (images 65.63%, images with biomodel 95.23%, P < .01). Biomodels were found to improve measurement accuracy significantly (image measurement error 44.14%, biomodel measurement error 7.91%, P < .05). Surgeons estimated that the use of biomodels reduced operating time by a mean of 17.63% and were cost effective at a mean price of $1031 AUS. Patients found the biomodels to be helpful for informed consent (images 63.53%, biomodels 88.54%, P < .001). Biomodelling is an intuitive, user-friendly technology that facilitated diagnosis and operative planning. Biomodels allowed surgeons to rehearse procedures readily and improved communication between colleagues and patients.

BACKGROUND: Stereolithographic (SL) biomodelling allows 3D CT to be used to generate solid plastic replicas of anatomical structures (biomodels). Case reports in the literature suggest that such biomodels may have a use in craniofacial surgery but no large series or assessment of utility has been reported. A prospective trial to assess the utility of biomodelling in craniofacial surgery has been performed. METHODS: Forty patients with complex craniofacial abnormalities were selected and 3D CT scanning performed. The data of interest was used to guide a laser to selectively polymerise photosensitive resin to manufacture SL biomodels. The biomodels were used for patient education, diagnosis and operative planning. An assessment protocol was designed to test the hypothesis that biomodels in addition to standart imaging had greater utility in the surgery performed than the standart imaging alone. RESULTS: Anecdotally surgeons found biomodelling useful in 40 complex craniofacial operations. The formal assessment of the first 10 cases suggested biomodels improved operative planning (image 76%, image with biomodel 97%, P < 0.01) and diagnosis (image 82.5%, image with biomodel 99.25%, P < 0.01). Surgeons estimated that the use of biomodels had reduced operating time by a mean of 16% and were cost effective at a mean price of $1100 AUS. CONCLUSION: Biomodelling was reported as an intuitive, user-friendly technology that facilitated diagnosis, operative planning and communication between colleagues and patients. Limitations of the technology were manufacturing time and cost.

The purpose of this study was to assess the importance of stereolithographic models (SLMs) for preoperative diagnosis and planning in craniofacial surgery and to examine whether these models offer valuable additional information as compared to normal CT scans and 3D CT images. Craniofacial SLMs of 20 patients with craniomaxillofacial pathology were made. A helical volume CT scan of the anatomic area involved delivered the necessary data for their construction. These were built with an SLA 250 stereolithography apparatus (3D-Systems, Valencia, CA, USA), steered by FORM-IT/DCS software (University of Zurich, Switzerland). The stereolithography models were classified according to pathology, type of surgery and their relevance for surgical planning. Though not objectively measurable, it was beyond doubt that relevant additional information for the surgeon was obtained in cases of hypertelorism, severe asymmetries of the neuro- and viscerocranium, complex cranial synostoses and large skull defects. The value of these models as realistic "duplicates" of complex or rare dysmorphic craniofacial pathology for the purpose of creating a didactic collection should also be emphasized. The models proved to be less useful in cases of consolidated fractures of the periorbital and naso-ethmoidal complex, except where there was major dislocation.

Stereolithography (STL) is a method of organ-model-production based on computed tomography scans which enables the representation of complex 3-dimensional anatomical structures. Surfaces and internal structures of organs can be produced by polymerization of UV-sensitive liquid resin using a laserbeam. In oral and maxillofacial surgery this technique is advantageous for reconstruction of severe skull defects because a more accurate  preoperative planning is possible. Using recently developed software we are able to reconstruct unilateral bony defects by virtual mirror imaging of the contralateral side and production of a STL mirror model as well as the reconstruction of non-mirrorable defects by superposition. Advantages of STL are the representation of complex anatomical structures, high precision and accuracy, and the option to sterilize the models for intraoperative use. More accurate planning using this method improves postoperative results, decreases risks and shortens treatment time.

A new technique of manufacturing three-dimensional (3D) hard tissue biomodels is described. The models, derived from computed tomography data, were constructed by a computer-controlled manufacturing device known as stereolithography apparatus (SLA). Selected cases of patients with facial deformities were presented to illustrate clinical applications of the SLA biomodelling. Physical demonstration of the bony internal anatomy in these patients promoted better conceptualization of the disease process, allowing optimal input into the management decision, pre-operative planning and choice of surgical technique with a consequent reduction in operating time and potential reduction in peri-operative morbidity. Limitations of the solid modelling technique include cost, a lengthy production time which renders it unsuitable for emergency cases, and radiation exposure of the patient. With wider use and further technological development, these drawbacks will be minimized. The 3D SLA biomodels may in future become an adjunct, not only to maxillofacial surgery, but also to other medical specialties.

The authors report the clinical applications of biomodelling with the stereolithography apparatus, a computer- controlled manufacturing technique that builds anatomically accurate skeletal models from sectional radiological data. Reference to several individual cases demonstrates how pre-operative 3-D modelling can refine the accuracy of diagnostic information, facilitate preoperative planning and surgical technique, and reduce operating time.