ایمپلنتها و پروتزهای پزشکی یکی از مهمترین دست آوردها و فناوریهای درمانی در دهههای اخیر به شمار میروند که به بهبود زندگی میلیونها نفر کمک شایانی کردهاند. اما این پروتزها و کمککنندههای تخصصی چگونه ساخته شدهاند و منشا پیدایش آنها کجاست؟ چگونه میتوان به دنیای ایمپلنتها وارد شد و به بالا بردن کیفیت زندگی انسانها کمک نمود؟ در این مقاله به معرفی صفر تا صد این تجهیزات پزشکی پراهمیت پرداخته شده است و ذهن علاقهمندان را برای ورود به این حوزه آماده خواهد کرد.
فهرست عناوین
- ایمپلنت و پروتز پزشکی چیست؟
- تاریخچه استفاده و ساخت ایمپلنت ها و پروتزهای درمانی
- تفاوتهای کلیدی ایمپلنت و پروتز پزشکی چیست؟
- انواع ایمپلنتهای پزشکی و کاربرد آن در درمان بیماری ها
- مواد مورد استفاده در ساخت ایمپلنتها و پروتزهای پزشکی
- بازار کار ایمپلنت ها و پروتزهای درمانی و زیبایی در ایران
- پیش نیازها و مهارتهای مورد نیاز برای طراحی و ساخت ایمپلنتها
- جمعبندی
ایمپلنت و پروتز پزشکی چیست؟
ایمپلنتهای پزشکی (Medical implants) و پروتزها(prosthesis) ازجمله دستگاهها یا بافتهایی هستند میتوانند در داخل یا سطح اعضای بدن قرار گیرند. ایمپلنتها با توجه به محل قرارگیری، انواع مختلفی را در بر میگیرند؛ مثلا بسیاری از آنها، پروتزهایی برای جایگزینی اعضای ازدسترفته بدن بر اثر حوادث یا بیماریهایی از قبیل دیابت هستند و یا در جدیدترین نوع، میتوانند به انتقال دارویی نیز بپردازند. برخی از ایمپلنتها و پروتزها به صورت دائمی در بدن قرار میگیرند اما در انواع موقت پس از بهبود اندام در طی زمان معین و عدم نیاز به آنها در طی عمل جراحی برداشته میشوند. بهعنوان مثال می توان پیچهایی عموما از جنس پلاتین را برای ترمیم شکستگیهای سطحی در طی مدت زمان بهبود اندام را مورد استفاده قرار داد.
تکنولوژی ایمپلنتها و پروتزها با ارائه راهکارهای درمانی نوین به کمک بیماران بسیاری شتافته و برگشت به زندگی عادی و روزمره را پس از جراحتهای سخت برای افراد زیادی در سراسر جهان میسر ساختند. این ابزارها میتوانند در حوزههای درمانی، زیبایی و ترمیمی مورد استفاده قرار گیرند و موجب کاهش چشمگیر مداخلههای مکرر جراحی با هزینههای بالا گردند.
تاریخچه استفاده و ساخت ایمپلنت ها و پروتزهای درمانی
اختراع و ساخت پروتزها و ایمپلنتها به هزاران سال پیش بر میگردد. از پیشگامان این صنعت می توان به تمدن قدیمی شهر سوخته که قدمت آن به حدود پنج هزار سال قبل بر میگردد، اشاره کرد. ساخت چشم مصنوعی از قدیمیترین شواهد این دوره به شمار میرود. استفاده از ایمپلنتهای دندانی نیز از قرن 7 و 8 میلادی (بیش از 1300 سال پیش) در تمدن مایا دیده شده است. آنها از قطعات صدف دریا برای جایگزینی دندانهای ازدسترفته استفاده میکردند. نکته حائز اهمیت در این فناوری، جوش خوردن این ایمپلنتها در استخوان فک بود. ایمپلنتها و پروتزهایی که بعدا ساخته شد عمدتا از استخوانهای حیوانات و یا با استفاده مجدد از دندان طبیعی همراه شد. در اواسط قرن 18 و 19 استفاده از مواد مصنوعی مانند عاج، پرسلن و فلزات آغاز گردید و اولین ایمپلنت فلزی داخل استخوانی در سال 1809 توسط ماجولو طراحی و به کار گرفته شد.
ساخت پروتزهای مختلف اعضای بدن نیز از اواخر قرن پانزدهم تا قرن نوزدهم با پیشرفتهایی در زمینهی اندامهای مصنوعی شروع شد که با بهرهگیری از چرخدندهها و فنرها امکان خم شدن و حتی چرخش را فراهم میکردند. ظاهر و عملکرد پروتزهای امروزی با پروتزهای ساخته شده قبل از اواخر قرن بیستم بسیار متفاوت است زیرا مواد استفاده شده در ساخت آنها سبک و بادوام هستند و به اندام مورد نیاز بیمار نزدیکتر و شبیهتر خواهند بود.
تفاوتهای کلیدی ایمپلنت و پروتز پزشکی چیست؟
حال ممکن است برای مخاطبین سوال مهمی پیش بیاید که باوجود همسو بودن استفاده از ایمپلنت و پروتز که اهدافی در راستای یکدیگر را دنبال میکنند، مرز تفاوتهای این دو ابزار پزشکی در چیست و چگونه تفکیک میشوند؟
همانطور که در بخش ابتدایی نیز بیان گردید، ایمپلنت قطعه یا وسیلهای است که طی عمل جراحی در داخل بدن قرار میگیرد یا کاشته میشود و نقش جایگزین دائمی یا بلندمدت یک عضو یا ساختار از دست رفته را ایفا میکند. به عنوان مثال میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
- ایمپلنت دندان
- مفصل زانو
- پیچ و پلاکهای ارتوپدی
- ایمپلنت سینه
در مقابل، پروتز به وسیلهای گفته میشود که علاوه جایگزین شدن برای یک عضو یا یک عملکرد از دست رفته در بدن، میتواند داخل یا خارج از بدن قرار گیرد. برای مثال موارد زیر در دستهی پروتزها قرار میگیرند:
- دست و پای مصنوعی
- پروتزهای دندانی مثل تاج یا دندان مصنوعی
- قطعات متفاوت برای نصب روی ایمپلنتها
پروتزها در مواردی بر روی بخشهای زندهای از بدن نیز قرار میگیرند و نیاز است تا به دقت از آنها مراقبت گردد. از لحاظ هزینههای ساخت و تهیهی ایمپلنتها و پروتزها، می توان پروتزها را مقرون به صرفه دانست و ایمپلنتها را تا حدودی در دستهی درمانهای گرانقیمت قرار داد. طراحی و ساخت این تجهیزات پزشکی پرمصرف نیاز به یادگیری نرم افزارهای تخصصی طراحی در این زمینه دارد و علاقهمندان با یادگیری و انجام پروژههای متنوع میتوانند به این حوزه پردرآمد در ایران وارد شوند و از آن بهره ببرند.
انواع ایمپلنتهای پزشکی و کاربرد آن در درمان بیماری ها
ایمپلنتهای پزشکی با ایفای نقشی کلیدی در بازسازی و ارتقای عملکرد بدن، در حوزههای متعددی نظیر ارتوپدی، دندانپزشکی و قلب و عروق استفاده میگردد. در جدول زیر، به معرفی انواع این ایمپلنتها و نقش تخصصی هریک در فرآیندهای درمانی پرداخته شده است.
|
نوع ایمپلنت |
تعریف ایمپلنت |
اجزای ایمپلنت |
برند های مطرح |
|
ایمپلنتهای دندانی |
پایه تیتانیومی یا سرامیکی جایگزین ریشه دندان است که تاج مصنوعی را نگه میدارد و با عملکرد مشابه دندان طبیعی، موفقیت بالایی دارد.
|
اجزای اصلی: فیکسچر، اباتمنت و روکش دندان؛ طراحی دقیق آنها دوام و موفقیت ایمپلنت را افزایش میدهد. |
NobelBiocare Straumann AlphaBio
|
|
ایمپلنتهای ارتوپدی( مفصل لگن و زانو) |
برای ترمیم یا جایگزینی استخوان و مفاصل آسیبدیده بهکار میرود و معمولاً از تیتانیوم یا فولاد ضدزنگ ساخته میشود. |
اجزای اصلی: مفصل ران شامل سر استخوان، استم، کاسه و لاینر؛ مفصل زانو شامل کامپوننت فمورال، لاینر، پلیت تیبیال و پتلا. |
Zimmer Biomet Stryker DePuy Synthes |
|
ایمپلنتهای ارتوپدی(ایمپلنتهای ستون فقرات)
|
برای تثبیت و اصلاح مشکلات ستون فقرات بهکار میرود و با حفظ تراز و پایداری مهرهها، به بهبود عملکرد آن کمک میکند. |
اجزای اصلی: سیستمهای فیوژن، قفس، صفحات، میلهها و تجهیزات حفظ حرکت مانند دیسک مصنوعی و میلههای قابل انبساط. |
Medtronic plc Zimmer Biomet Holdings Johnson & Johnson |
|
ایمپلنتهای قلبی و عروقی |
برای بهبود عملکرد قلب و رگها و جایگزینی ساختارهای آسیبدیده استفاده میشود؛ از انواع آن میتوان به استنت، دریچه مصنوعی و ضربانساز اشاره کرد. |
اجزای اصلی: داربست ساختاری، مواد زیستسازگار مانند کلاژن یا پلیمرها، سلولهای عروقی و محیط پرورشدهنده برای ساخت رگ مصنوعی. |
Terumo Cook Group W. L. Gore & Associates
|
مواد مورد استفاده در ساخت ایمپلنتها و پروتزهای پزشکی
انتخاب مواد و جنس در ایمپلنتها و پروتزهای پزشکی عامل مهمی برای موفقیت در جراحی و طول عمر بلندمدت عضو جراحی شده خواهد بود. دکتر ناتان کافرکی، جراح ارتوپد و متخصص تعویض مفصل در آمریکا با انتشار پستی بیان نمود که یکی از عوامل کلیدی در موفقیت و طول عمر تعویض مفصل زانو، مواد مورد استفاده در ایمپلنت زانو است. با انتخاب بهترین ماده برای انواع مفاصل و ایمپلنتها، بیماران میتوانند بهبود تحرک، کاهش درد و کیفیت زندگی بهتر را تجربه کنند. مواد مختلفی در طی سالها برای بیماران و کیسهای متعدد درمانی مورد پژوهش و استفاده قرارگرفته اند تا به بهترین مواد و جنسهای ایمپلنتها و پروتزها دستیابند. عواملی نیز در حوزههای بیولوژیکی، مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی برای انتخاب صحیح مواد در نظر گرفته شدهاند که آنها را می توان بهصورت ذیل تقسیم نمود:
|
عوامل موثر در انتخاب جنس مواد |
تعریف |
|
زیست سازگاری (Biocompatibility) |
توانایی ماده ایمپلنت در تعامل ایمن با بافت بدن بدون ایجاد آسیب؛ تیتانیوم به دلیل سازگاری بالا، مادهای رایج در ایمپلنتهای دندانی است.
|
|
استحکام (Strength) |
یکی از ویژگیهای مهم پروتز که نشاندهنده توانایی ماده برای تحمل نیروهای واردشده بدون شکست یا تغییر شکل دائمی در طولانیمدت است. |
|
مقاومت به خوردگی (Corrosion resistance) |
توانایی فلز ایمپلنت یا پروتز برای جلوگیری از فرسایش و واکنشهای شیمیایی در محیط بدن و افزایش دوام آن. |
در ادامه جنس موادی که در ایمپلنتها و پروتزهای پزشکی مورد استفاده قرار میگیرد ذکر شده است:
- تیتانیوم و آلیاژهای فلزی مانند کبالت-کروم
- سرامیکهای پزشکی
- پلیمرها و مواد کامپوزیتی مانند پلیاتیلن
بازار کار ایمپلنت ها و پروتزهای درمانی و زیبایی در ایران
کاشت ایمپلنتهای درمانی و زیبایی اخیرا در ایران افزایش قابل توجهی داشته است و افراد زیادی در این حوزه مشغول به کار هستند و با بهرهگیری از تجربه و حرفهی خود زندگی را برای بیماران و افراد مختلف تسهیل مینمایند. عواملی چون افزایش رشد جمعیت افراد سالمند، توجه مردم به ارتقای ظاهر و رفع ایرادات جسمی زمینهساز توسعهی این بازار به شمار میروند. حوزههای درمانی در شاخههای ایمپلنت دندانی، ارتوپدی به خصوص مفاصل لگن و زانو و عروق و همچنین ایمپلنتهایی در حوزهی زیبایی مانند ایمپلنتهای اجزای صورت و پروتزهای بدن از موارد پراستفاده محسوب میگردند. مشاغل متعددی در حیطهی این نوع عملهای جراحی فعالیت مینمایند که از مهمترین آنها می توان به حضور پررنگ مهندسین طراح اشاره نمود. درواقع بسیاری از این مهندسین در رشتههای مهندسی مکانیک و مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک تحصیل نمودهاند و بعد از گذراندن دورههای مرتبط به این حوزه وارد گشتهاند. علاقهمندان برای ورود به دنیای طراحی و شبیهسازی میتوانند به دورههای بایومکانیک مراجعه نمایند و دورههای آموزشی مورد علاقه خود را توسط بهترین اساتید آموزش یابند.
پیش نیازها و مهارتهای مورد نیاز برای طراحی و ساخت ایمپلنتها
بهرهمندی از ایمپلنتها به عنوان یک روند کمککننده به درمان بیماریها و نواقص جسمی، یکی از پرتعدادترین عملهای جراحی است که در آن بهطور همزمان از علم پزشکی و مهندسی استفاده میگردد. متخصصان در بخش مهندسی باید علاوه بر آشنایی با مباحث بالینی و درمانی، به اصول مهندسی و طراحی نیز صحیح تسلط کافی داشتهباشند. کسب اطلاعات عمومی در مباحثی مانند آناتومی و فیزیولوژی بدن میتواند به طور مستقیم در پیشرفت و یادگیری علاقهمندان نقش مهمی ایفا کند.
نرم افزارهای طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) و شبیهسازی (simulation) در ایجاد مدلهای سه بعدی و دو بعدی به صورت دقیق همراه با در نظرگیری ملاحظات بیومکانیکی در این زمینه مورد استفاده قرار میگیرند. بارگذاری و ایجاد شرایط مکانیکی-زیستی همانند شرایط بدن انسان نیز توسط نرم افزارهای شبیه سازی صورت میگیرد تا بعد از عمل جراحی و قرارگیری ایمپلنتها و پروتزها مشکلی برای روند درمانی پیش نیاید. گذراندن دورههای آموزشی برای کسب مهارتهای تخصصی در نرم افزارهای طراحی و شبیه سازی ایمپلنتها و پروتزها مانند SolidWorks، AutoCad و ABAQUS میتواند دانش قابل توجهی را به مهندسین در ابتدای مسیر یادگیری اضافه نماید و سرعت انها را برای ورود به بازار کار به طور چشمگیری افزایش دهد. مهندسین جوان میتوانند از طریق دوره آموزش تخصصی ایمپلنتها و پروتزهای پزشکی در این دورهی کاربردی و پروژه محور شرکت نمایند.
جمعبندی
ایمپلنتها و پروتزهای پزشکی از مهمترین دستاوردهای مهندسی پزشکی هستند و سالانه به میلیونها نفر در سراسر دنیا که مشکلاتی مانند قطع عضو و یا اختلال در عملکرد عروق دارند کمک مینمایند. این تجهیزات میتوانند بعد از قرارگیری در مکان معین، عملکردهای اندام را کنترل کنند و از آنها پشتیبانی نمایند. پیشرفت در فناوری و علوم مهندسی تقاضا را برای تولید این تجهیزات افزایش داده است و فرصتهای شغلی ارزشمندی را برای مهندسان و علاقهمندان به این حوزه ایجاد کرده است.
ورود به بازار کار در حوزهی طراحی و ساخت ایمپلنتها نیازمند تسلط بر نرمافزارهای تخصصی طراحی و شبیهسازی خواهد بود. یادگیری این مهارتها با شرکت در دورههای گروه آموزشی پارس پژوهان نوید موفقیت و کسب درآمد قابلتوجه از این حوزهی پولساز را به علاقهمندان خواهد داد. مخاطبان گرامی بعد از مطالعهی این مقاله نظر خود را برای شرکت در دورههای آموزشی و یا یادگیری به صورت خود محور بیان نمایید و ترجیح خود را برای انتخاب یکی از این دو روش برای ما به اشتراک بگذارید.
نویسنده: صالحه علیپور، کارشناس ارشد مهندسی پزشکی