محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر درصددند با طراحی و توسعه نوع جدیدی از صفحات تثبیت کننده فک و همچنین با معرفی الیاژ نایتینول به عنوان بیومتریال جایگزین برای الیاژ تیتانیوم، راه حلی برای مشکلات پس از عمل جراحی بازسازی فک پایین توسعه دهند.
وی افزود: از این رو علم مهندسی پزشک برای بهبود نتایج عمل جراحی بازسازی فک و صورت، از ابزار‌هایی اعم از عکس برداری سی تی اسکن از جمجمه، نرم افزار‌های طراحی و تحلیل مهندسی، مدل سازی کامپیوتری استفاده و در مورد عمل بازسازی فک پایین، صفحات تثبیت کننده منحصر به شکل استخوان بیمار طراحی کرده است.
این دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر عنوان کرد: صفحات تثبیت کننده فک تجاری موجود در بازار، اغلب ساخته شده از جنس الیاژ تیتانیوم (Ti۶Ali۴V) و به صورت استاندارد هستند که استحکام تسلیم بالایی داشته و از نظر برهمکنش با بافت‌های بدن بسیار زیست سازگار هستند.
وی گفت: 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 داشته اند. 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 در نتیجه بیرون زدن صفحه از پوست صورت بیمار است، افزود: همچنین به دلیل تنش‌های پیاپی روی پیچ ها، احتمال تمرکز کرنش روی استخوان اطراف پیچ‌ها و در نتیجه شل شدن آن‌ها نیز بالاست.
آقای 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.
وی همچنین ادامه داد: «نایتینول (NiTi)» یک الیاژ 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 الیاژ نزدیکتر به استخوان بوده و می‌توان با ایجاد تخلخل مدول یانگ ان را با استخوان همتراز کرده تا توزیع تنشی مناسبتری روی استخوان و صفحه داشته باشیم.
آقای نیکو ادامه داد: صفحات سفارشی یا customized با استفاده از تصاویر عکس برداری پزشکی، نرم افزار‌های مهندسی و پرینتر‌های سه بعدی طراحی و ساخته شده و نسبت به صفحات استاندارد هم زمان عمل جراحی را کاهش داده و هم ریسک شکستگی را پایینتر اورده اند.
وی روش تحقیق خود را اینگونه عنوان کرد: با استفاده از تصاویر سی تی اسکن از جمجمه در نرم افزار میمیکس Mimics، یک نمونه مدل استخوان فک پایین انسان را مدل سازی کرده و با به کارگیری نرم افزار طراحی مهندسی سالیدورکس (Solidworks) و تریمتیک (۳-Matic) یک نمونه فک شکسته به همراه صفحه سفارشی سینوسی طراحی کرده و با تعیین شرایط حل مسأله، بارگذاری، شرایط مرزی و خواص اجزا، این مدل صفحه را ارزیابی کرده ایم.
آقای نیکو ادامه داد: در این مطالعه یکی از اهداف، بررسی معیار‌هایی از جمله 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 ۲-۴ ماه پس از عمل جراحی پیوند گرافت و تثبیت فک است. در دوره ترمیم بر اثر اضافه شدن پیش بار روی صفحه تثبیت کننده، احتمال تثبیت کافی گرافت افزایش یافته است.
آقای نیکو ادامه داد: در این دوره و دوره پس از ترمیم احتمال رخ دادن پدیده سپرتنشی روی گرافت و همین طور شکسته شدن صفحه تثبیت کننده در مدل بازسازی شد با صفحه نایتینولی نسبت به مدل تیتانیومی کاهش پیدا کرده است.
این محقق گفت: با افزایش بارگذاری، صفحه تیتانیومی هم از نظر احتمال شکست و هم از نظر احتمال بیرون زدن پیچ‌ها نسبت به صفحه نایتینولی به دلیل انعطاف پذیری کمتر، حساسیت بیشتری نشان داده است. پس از دوره ترمیم با اضافه کردن ایمپلنت روی گرافت، احتمال شکست صفحه تثبیت کننده 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.
آقای نیکو افزود: به طور کلی 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 تثبیت کننده در ایران و شرکت‌های داخلی خیلی گسترده نبوده است و تنها به پیچ و پلاک‌های ارتوپدی برای تثبیت فک یا استخوان‌های جمجمه محدود می‌شود، افزود: شرکت‌های مختلفی این پلاک‌های ارتوپدی را تولید می‌کنند؛ اما بازار شرکت‌های امریکایی و اروپایی برای این صفحات بازسازی کننده فک بسیار گسترده و فعال است.
آقای نیکو گفت: از جمله صنعت‌های پر درآمد در امریکا و اروپا صنعت تجهیزات ارتوپدی و ایمپلنت‌های فک و صورت است؛ در اصل این صنعت بین رشته‌های پزشکی و مهندسان پزشک بوده که با به کارگیری نرم افزار‌های مهندسی و تصاویر سی تی اسکن، پلاک یا صفحه تثبیت کننده یا بازسازی کننده مخصوص بیمار را طراحی کرده و با تکنولوژی پرینت سه بعدی فلزی ساخته و با کمک سیستم‌های کامپیوتری و به کارگیری جراحی به وسیله کامپیوتر، روی فک یا صورت بیمار از این صفحات ارتوپدی استفاده خواهند کرد.
گفتنی است، 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 برای مثال در مورد ایمپلنت‌هائی که در استخوان‌ها جاگذاری می‌شود سطح آن‌ها از تیتانیم، 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 بالا تنه 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 بتدریج 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 تثبیت شکستگی‌های ناشی از تصادفات طراحی شده است تا از استخوان آسیب دیده 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 شبیه سازی 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 می‌باشند و مهندسان علاوه بر استحکام آن‌ها باید به زیست سازگار (BIO COMPATIBLE) بودن ایمپلنت‌ها نیز دقت کنند. پیچ، پلاک، سیم و نیل نمونه‌ای از تثبیت کننده‌های داخلی پرکاربرد در جراحی‌های ارتوپدی هستند.