Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
רעיון מרכזי פורסם: 24 באוגוסט, 2021

התגשמות! מה רופאי שיניים יכולים לעשות עם מדפסות תלת-ממד?

תַקצִיר

דמיינו שאתם יכולים ליצור כל כלי שאתם צריכים באמצעות קליק אחד בלבד! נשמע כמו מדע בדיוני. הדפסה בתלת-ממד היא כלי חדשני שישנה את החוויה שלכם אצל רופא השיניים. כיום אנו יכולים להדפיס פלסטיק, קרמיקה, מתכת ואפילו תאים חיים. הדפסת שיניים יכולה להיות המטרה האולטימטיבית עבור רופאי שיניים. נכון להיום כבר הודפסו מודלים תלת-ממדיים של שיניים ושל לסתות של מטופלים. המודלים האלה משמשים לתכנון טיפול השיניים, להראות למטופל את התוצאות הצפויות ולטפל בבעיות שיניים מסוימות. התוצאות יכולות להיות מוצגות במחשב באופן דיגיטלי או כמודל תלת-ממדי מודפס. זה מעלה את ההתלהבות והמעורבות של מטופלים בטיפולים שלהם. נוסף על כך סטודנטים לרפואת שיניים מוסמכים באמצעות מודלים תלת-ממדיים. הדפסה בתלת-ממד יכולה לשמש לייצור חלקים לטיפול בשברי עצמות או לחפּוֹת על שיניים שבורות באמצעות כיסויים. היא גם יכולה לשמש לייצור מילויים צבועים בצבע שיניים עבור גשרים לשיניים. אם כן, הדפסה בתלת-ממד היא כלי מבטיח עבור קידום טיפולי השיניים והחינוך הקשור בהם.

מהי הדפסה בתלת-ממד וכיצד רופאי שיניים יכולים להשתמש בה?

האם אי פעם צפיתם בסרט מדע בדיוני שבו האסטרונאוטים על החללית יכולים ליצור כל מה שהם צריכים באמצעות משכפל, כמו במסע בין כוכבים? בסרטים האלה הרופאים אפילו יכולים לרפא פצעים באמצעות יצירת רקמות חדשות בתוך הגוף. זה נשמע כמו מדע בדיוני או קסם, אולם ישנן הרבה טכנולוגיות מתפתחות שמקרבות את ההישגים האלה למציאות. הדפסה בתלת-ממד מוגדרת על-ידי מילון אוקספורד כתהליך של יצירת אובייקט פיזי ממודל דיגיטלי תלת-ממדי באמצעות בניית שכבה אחת על גבי השנייה תוך שימוש במכשיר רובוטי. מגוון של חומרים, כולל פלסטיק, מתכות וקרמיקה, יכולים להיות בשימוש במצבים שונים (אבקה/ נוזל/ ג’ל) במדפסות תלת-ממד. מדפסות תלת-ממד מתקדמות ביותר נמצאות בשימוש כיום בבתי חולים ובאוניברסיטאות ומערכות ניידות קטנות נגישוֹת ברחבי העולם. מדפסות תלת-ממד קטנות וניידות נהיות פופולריות יותר ויותר גם במרפאות שיניים. ב-10 השנים האחרונות ראינו עלייה מהירה בשימוש בהדפסה בתלת-ממד ברפואת שיניים. ההדפסה מאפשרת טיפול שהוא ספציפי למטופל, כלומר שהוא מיוחד לצרכים של המטופל המסוים. נוסף על כך טכנולוגיות להדפסה תלת-ממדית הופכות את שיתוף המידע על חולים בקֶרֶב רופאי שיניים וטכנאים לקל ביותר באמצעות קליק אחד בלבד במחשב. השיתוף הזה מסייע כשרופאי שיניים צריכים לדון באפשרויות טיפול עם העמיתים שלהם.

מגוון מדפסות תלת-ממד נגישוֹת כיום, והן נבדלות בעיקר במקור האור ובחומר שמשמש להדפסה בתלת-ממד (איור 1). ישנם שלושה שלבים של הדפסה בתלת-ממד. השלב הראשון הוא לקבל תמונה תלת-ממדית של אובייקט שרוצים להדפיס באמצעות סוגים שונים של סורקי תלת-ממד. לאחר מכן, המידע הדיגיטלי הזה צריך להיות מומר לצורה שלמדפסת בתלת-ממד קל להבין, שנקרא STL. זה מתבצע באמצעות תוכנת מחשב. בשלב הזה אנו יכולים לעצב את האובייקט העתידי על גבי מחשב. השלב האחרון הוא לשלוח את קובץ ה-STL הזה למדפסת כך שהמודל התלת-ממדי יודפס. המשיכו לקרוא כדי לגלות על חלק מהדרכים שבהן רופאי שיניים משתמשים בהדפסה בתלת-ממד במטרה לספּק טיפולי פֶּה טובים יותר למטופלים שלהם (איור 2).

איור 1 - סוגים שונים של מדפסות תלת-ממד.
  • איור 1 - סוגים שונים של מדפסות תלת-ממד.
  • ישנם כמה סוגים של טכנולוגיות להדפסה בתלת-ממד שנגישים כיום. אלה כוללים fused deposition modeling, שבו חומר חם מותך משמש לשיקוע של רצועות דקות שכבה אחרי שכבה; selective laser sintering, שבו אור אולטרה סגול משמש להקשיח את האבקה שמשוקעת בתבנית מסוימת; stereolithography, שבו אור אולטרה סגול משמש להקשיח את השׂרף שמשוקע בתבנית מסוימת; polyjet printing, שבו המדפסת משחררת טיפות של פולימר שרגיש לאור המתמצק במגע עם אור אולטרה סגול; ו-bioprinter שבו תאים מסודרים בשכבות בין שכבות מבוססות מים עד שהרקמה נבנית. האיור אומץ ושונה ברשות ממאמרם של Oberoi ואחרים [2]. מקורות והפניות נוספים אפשר למצוא במאמר של Oberoi ואחרים [2].
איור 2 - שימושים של הדפסה בתלת-ממד ברפואת שיניים.
  • איור 2 - שימושים של הדפסה בתלת-ממד ברפואת שיניים.
  • עבור מה רופא שיניים יכול להשתמש בהדפסה בתלת-ממד? בתחום הזה של כירורגיית פה ולסת רופאי השיניים יכולים להדפיס מודלים של הפּיות של מטופליהם, אובייקטים שיסייעו לרופא השיניים במהלך הניתוח ועצם מלאכותית. בתחום של התותבים רופאי שיניים יכולים להדפיס שיניים ותותבות מלאכותיות. בתחום של אורתודנטיה רופאי השיניים יכולים להדפיס מודלים של שיניים ומיישרי שיניים כדי למקם את השיניים במקומן הנכון. באנדודנטיה רופאי שיניים יכולים לייצר אובייקטים שיסייעו בטיפולי תעלות שורש השן. בתחום של פריודנטיה הדפסה ביולוגית (bioprinting) יכולה להיות כלי עתידי ליצירת רקמת פה עבור השתלה. התמונה אומצה ושונתה ברשות ממאמרם של Oberoi ואחרים [2]. מקורות והפניות נוספים אפשר למצוא במאמר של Oberoi ואחרים [2].

כלים של הדפסה בתלת-ממד לסיוע בניתוחי פה

עבור מנתחים של הפָּנִים והפה, רופאי השיניים יכולים להשתמש בדימות תלת-ממדי וסריקה כדי לקבל את המידע לצורך יצירת מודל דיגיטלי תלת-ממדי של האזור שינותח. המודלים האלה מקלים על בחינת כל חלקי הפָּנִים והפה [1]. כלי עזר ניתוחיים ומקדחים יכולים להיות מיוצרים בהתבסס על המודלים התלת-ממדיים המודפסים האלה, שהם דומים מאד לסטנסיל. הסטנסילים האלה יכולים לסייע לרופאי שיניים לבצע ניתוחים מדויקים ולגרום לפחות נזק לשרירים ולעצמות בריאים שכנים. כמו כן, מנתח דנטלי יכול להתאמן על תהליכי ניתוח מורכבים כמו חיתוך של עצם, הסרת גידול, מיקום השתלה או טיפול בקרע על מודלים תלת-ממדיים מודפסים לפני ביצוע הניתוח האמיתי על מטופל.

כלים של הדפסה בתלת-ממד לסיוע בבניית תותבים

כדי להחליף שן חסרה או חלקי פָּנִים שנפגעו כמו גולגולת או לסת, מנתח דנטלי יכול ליצור חלקים מלאכותיים שנקראים תותבות, אשר נראים דומה לאיבר הגוף המקורי. הדפסה בתלת-ממד הובילה להתקדמויות מדהימות בתחום הזה של רפואת שיניים [2]. בקרוב יהיה אפשרי ליצור תותבות מדויקות מאוד מחומרים כמו פלסטיק, קרמיקה (כמו פורצלן), מתכות וסיליקון גמיש, באותם הצבע והצורה כמו פניו של המטופל. אחרי סריקת השיניים והחניכיים של אימו או אביו של המטופל באמצעות מצלמה קטנה, אפשר ליצור מודלים תלת-ממדיים של הלסת באמצעות הדפסה בתלת-ממד. מודל הלסת התלת-ממדי יכול לשמש לייצור של תותבות מושלמות עבור השיניים החסרות. זה יכול להפחית את מספר הפעמים שמטופלים צריכים להגיע לרופא השיניים. הטכנולוגיה הזו יעילה במיוחד במקרה של חולי סרטן שזקוקים להחלפה של חלקים גדולים מפיותיהם או מפניהם אחרי טיפולים כנגד סרטן. ההחלפות האלה מסייעות למטופלי הסרטן להיראות ולהרגיש יפים, מאחר שהחלקים המוחלפים דומים כל כך לאיברי הגוף שלהם.

כלים של הדפסה בתלת-ממד לסיוע במיקום מחדש של שיניים

תמו הימים שבהם אנשים לבשו גשרים מביכים ליישור שיניים עקומות. באמצעות הדפסה בתלת-ממד אפשר להדפיס “כיסויים” או מיישרי שיניים לכל השיניים כדי לסייע ליישר אותן באופן תקין. מיישרי השיניים האלה מפעילים כוח על השיניים שלא ממקומות נכון במטרה להביא אותן לקו אחד עם שיניים אחרות [3]. מיישרי שיניים לא רק נקראים יפה יותר מגשרי מתכת אלא שהם גם קלים יותר לשימוש. הם גם שומרים על שורשי השיניים מנזק שנגרם על-ידי הכוחות החזקים שמופעלים על-ידי גשרי מתכת. נוסף על כך טכנולוגיות להדפסה בתלת-ממד שמשמשות למטרה הזו מספקות הזדמנות לרופאי השיניים לאחסן באופן דיגיטלי את כל הסריקות והמידע של מטופלים ולהדפיס אותן בכל מקום שבו הן נדרשות, מה שחוסך הרבה מקום וזמן.

כלים של הדפסה בתלת-ממד לסיוע בטיפול בתעלת שורש השן

ההורים שלכם ככל הנראה אומרים לכם לצחצח שיניים כך שלא יהיו לכם חורים בשיניים. כולנו יודעים שאם חורים בשיניים לא מטופלים בזמן הם יכולים להעמיק לתוך החלק הרך של השן, מה שגורם לזיהום בתעלת שורש השן. כאשר קרני רנטגן משמשות לבחינת השיניים, רופא השיניים יכול רק לבחון את השורשים מכיוון אחד. דימות תלת-ממדי שמשתמש בשיטות שנקראות סריקת CT או MRI יכול לסייע לרופאי השיניים לראות את השורשים מכל הכיוונים. עזרים מודפסים בתלת-ממד לתעלת שורש השן שמעוצבים מהסריקות התלת-ממדיות האלה יכולים לסייע לרופאי שיניים לגשת לשורשי תעלת השן ולהסיר את הנזק לרקמה הרכה. זה מפחית באופן ניכר את זמן הטיפול ומספק תוצאות מדויקות יותר [4].

כלים של הדפסה בתלת-ממד לשיקום חניכיים ורקמות תומכות

חניכיים בריאות חשובות לבריאות הפה. לרוע המזל, בעיות חניכיים עדיין די נפוצות אצל אנשים אשר במקרים מסוימים צריכים להיות מטופלים כירורגית. עזרים כירורגיים מודפסים בתלת-ממד יכולים לסייע לרופאי השיניים לחתוך בצורה מדויקת, מה שטוב יותר מחיתוך של החניכיים ביד חופשית. העזרים האלה יסייעו לרופאי השיניים לתכנן ולעצב את החיוך שלכם עוד לפני הניתוח. אפשר גם להדפיס מודל של התוצאות כדי להראות אותו למטופל, כך שהמטופל יוכל להבין טוב יותר את הטיפול. אולם דמיינו אם יכולנו להדפיס רקמה חדשה! חוקרים בכל רחבי העולם עובדים על הבאת הטכנולוגיה הזו אל הקליניקה. באמצעות הדפסת רקמות, שבדרך כלל נקראת ביו-הדפסה, בקרוב נהיה מסוגלים לייצר רקמות תלת-ממדיות מודפסות כדי להחליף חלקים חסרים או פגועים של העצם והחניכיים [5] – ממש כמו בסרטי מדע בדיוני. הגישה הזו נקראת הנדסת רקמות.

כלים של הדפסה בתלת-ממד להכשרת סטודנטים לרפואת שיניים

סטודנטים לרפואת שיניים בכל רחבי העולם מתאמנים על בובות תצוגה ומודלים מלאכותיים של שיניים/לסתות שמיוצרים בשיטות שונות מהדפסה בתלת-ממד. המודלים האלה די פשוטים ולא מייצגים את המצבים האמיתיים שרואים אצל מטופלים. זה מקשה על סטודנטים כשהם עוברים מהמודלים אל מצבים בחיים האמיתיים. הדפסה בתלת-ממד יכולה לסייע לספּק לסטודנטים לרפואת שיניים יותר מצבים דמויי מציאות לתרגול. סוג התרגול הזה יפחית את הסיכויים שרופאי שיניים חדשים יבצעו טעויות כשהם מתחילים לטפל במטופלים. כשההדפסה בתלת-ממד תשתפר מודלים של אימון ייעשו מציאותיים יותר ויותר ויחקו את המרקם; הקשיחוּת; הרכוּת; הגמישוּת והצבע של הרקמה האמיתית. זו תהיה תוספת חיובית לסטודנטים לרפואת שיניים. אם כן, אתם יכולים לראות שהדפסה בתלת-ממד תשחק תפקיד חשוב יותר ויותר בהכשרה של רופאי שיניים בעתיד.

המסר העיקרי

אחרי קריאת המאמר הזה ככל הנראה ברור לכם שהדפסה בתלת-ממד היא תחום הולך וגדל עם כמה השלכות יישׂומית חשובות ברפואת שיניים. הדפסה בתלת-ממד יכולה לשפר את רפואת השיניים ולעשות אותה יותר מותאמת אישית ומדויקת. עבור סטודנטים לרפואת שיניים, מודלים מודפסים בתלת-ממד הם הדרך המתקדמת והמועילה ביותר להתאמן, מאחר שהם דומים למצבים בחיים האמיתיים. בזמן שמחקר מתקדם במהירות גדולה, הדפסה בתלת-ממד מסייעת לרופאי שיניים לספּק טיפולי פה טובים יותר ותסייע להמיר את רפואת השיניים למקצוע דמוי מדע בדיוני! ייתכן שיום אחד בעתיד, כשנטוס לכוכבים, יהיה לנו משכפל כמו במסע בין כוכבים שיוכל ליצור שיניים חדשות בכל עת שנזדקק להן!

תרומת הכותבות

GO ו-SN היו מעורבות בעיצוב המחקר, בסקירת הספרות, בניתוח הנתונים ובכתיבת כתב היד. ME, KJ ו-AM היו מעורבים בעיצוב המחקר, במחקר ובהכנת כתב היד. HA היה מעורב בעיצוב המחקר, בניתוח הנתונים, בכתיבת כתב היד ובהגשתו.

מילון מונחים

הדפסה בתלת-ממד (3D printing/Additive Manufacturing): התהליך של חיבור חומרים ליצירת אובייקטים מנתונים של מודלים תלת-ממדיים, בדרך כלל בצורה של שכבה אחרי שכבה.

מודל דיגיטלי (Digital Model): תמונה תלת-ממדית של אובייקט במחשב.

מדפסות תלת-ממד (3D PRINTERS): מכונות שמאפשרות ליצור אובייקטים ממודל תלת-ממדי דרך הדפסה בתלת-ממד של שכבה אחרי שכבה.

רופא שיניים (Dentist): רופא שמטפל בשיניים.

מיישרי שיניים (Aligners): מכשירים ששׂמים בפה כדי ליישר את השיניים בצורה תקינה.

תעלות שורש השן (Root Canals): תעלות בתוך השן שבהן נמצאת הרקמה החיה.

ביו-הדפסה (Bioprinting): תהליך של שילוב בין תאים חיים, גורם גידול וביו-חומרים באמצעות הדפסה בתלת-ממד במטרה לבנות חלקים ביו-רפואיים שדומים לרקמה הטבעית.

הנדסת רקמות (Tissue Engineering): השימוש בשילוב של תאים ושיטות כדי לשפר רקמות ביולוגיות, להחליפן או ליצור רקמות ביולוגיות חדשות.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.

תודות

מחקר של הכותבים על הדפסת תלת מימד במסגרת פרויקט M3dRES (מס’ 858060) נתמך על ידי הסוכנות לקידום המחקר האוסטרי (FFG). ניתן למצוא הפניות ומקורות נוספים ב Oberoi et al.-[2].


מקורות

[1] Alrasheed, A. S., Nguyen, L. H. P., Mongeau, L., Funnell, W. R. J., and Tewfik, M. A. 2017. Development and validation of a 3D-printed model of the ostiomeatal complex and frontal sinus for endoscopic sinus surgery training. Int. Forum Allergy Rhinol. 7:837–41. doi: 10.1002/alr.21960

[2] Oberoi, G., Nitsch, S., Edelmayer, M., Janjić, K., Müller, A.S., and Agis, H. 2018. 3D printing-encompassing the facets of dentistry. Front. Bioeng. Biotechnol. 6:172. doi: 10.3389/fbioe.2018.00172

[3] Martorelli, M., Gerbino, S., Giudice, M., and Ausiello, P. 2013. A comparison between customized clear and removable orthodontic appliances manufactured using RP and CNC techniques. Dent. Mater. 29:e1–10. doi: 10.1016/j.dental.2012.10.011

[4] Nayak, A., Jain, P. K., Kankar, P. K., and Jain, N. 2018. Computer-aided design-based guided endodontic: a novel approach for root canal access cavity preparation. Proc. Inst. Mech. Eng. H 232:787–95. doi: 10.1177/0954411918788104

[5] Li, Z., Liu, Y. S., Ye, H. Q., Liu, Y. S., Hu, W. J., and Zhou, Y. S. 2017. Diagnossis and treatment of complicated anterior teeth esthetic defects by combination of whole-process digital esthetic rehabilitation with periodontic surgery. Beijing Da Xue Xue Bao 49:71–5.