4D मुद्रित किरीगामी-प्रेरित संरचनाओं के साथ द्विशाखित स्टेंट
Summary
एक 3 डी प्रिंटर का उपयोग करना, एक आकार स्मृति बहुलक फिलामेंट एक शाखा ट्यूबलर संरचना बनाने के लिए extruded है। संरचना पैटर्न और आकार का है कि यह एक कॉम्पैक्ट रूप में अनुबंध कर सकते हैं एक बार मुड़ा और फिर अपने गठन आकार पर लौटने के लिए जब गर्म.
Abstract
शाखाओं, आम तौर पर पत्र के रूप में “Y,” संकीर्ण या अवरुद्ध किया जा सकता है, गंभीर स्वास्थ्य समस्याओं में जिसके परिणामस्वरूप. द्विशाखित स्टेंट, जो शाखाओं के आंतरिक और बाहरी आकार के में खोखले होते हैं, शल्य चिकित्सा शाखा वाले जहाजों के अंदर डाला जाता है, एक सहायक संरचना के रूप में कार्य करता है ताकि शारीरिक तरल पदार्थ बिना स्टेंट के इंटीरियर के माध्यम से स्वतंत्र रूप से यात्रा कर सकें संकीर्ण या अवरुद्ध वाहिकाओं द्वारा बाधित किया जा रहा है। लक्ष्य स्थल पर तैनात किए जाने वाले द्विशाखित स्टेंट के लिए पोत के अंदर इंजेक्शन लगाया जाना चाहिए और लक्ष्य स्थल तक पहुंचने के लिए पोत के भीतर यात्रा करनी होगी। पोत का व्यास द्विभाजनस्टेंट के बाउंडिंग गोले की तुलना में बहुत छोटा है; इस प्रकार, एक तकनीक की आवश्यकता है ताकि द्विभाजन स्टेंट इतना छोटा रहता है कि पोत के माध्यम से यात्रा करने के लिए और लक्षित शाखा पोत पर फैलता है। इन दो परस्पर विरोधी स्थितियों, कि है, के माध्यम से पारित करने के लिए पर्याप्त छोटे और काफी बड़े संरचनात्मक संकीर्ण मार्ग का समर्थन करने के लिए, एक साथ संतुष्ट करने के लिए बेहद मुश्किल हैं. हम उपरोक्त आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए दो तकनीकों का उपयोग करते हैं। सबसे पहले, सामग्री की ओर, एक आकार स्मृति बहुलक (एसएमपी) स्वयं छोटे से बड़े करने के लिए आकार परिवर्तन आरंभ करने के लिए प्रयोग किया जाता है, कि है, छोटे जा रहा है जब डाला और लक्ष्य स्थल पर बड़ा होता जा रहा है. दूसरा, डिजाइन पक्ष पर, एक kirigami पैटर्न एक छोटे व्यास के साथ एक ट्यूब में शाखा ट्यूब गुना करने के लिए प्रयोग किया जाता है. प्रस्तुत तकनीक संरचनाओं है कि परिवहन के दौरान संकुचित किया जा सकता है और उनके कार्यात्मक निपुण आकार में लौटने जब सक्रिय इंजीनियर करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. हालांकि हमारे काम चिकित्सा स्टेंट पर लक्षित है, biocompatibility मुद्दों वास्तविक नैदानिक उपयोग से पहले हल करने की जरूरत है.
Introduction
स्टेंट का उपयोग मनुष्यों में संकीर्ण या स्टेनोस्ड मार्ग को चौड़ा करने के लिए किया जाता है, जैसे रक्त वाहिकाओं और वायुमार्ग। स्टेंट ट्यूबलर संरचनाएं हैं जो मार्ग के समान होती हैं और यांत्रिक रूप से आगे गिरने से मार्ग का समर्थन करती हैं। आमतौर पर, आत्म विस्तार धातु स्टेंट (SEMS) व्यापक रूप से अपनाया जाता है. ये स्टेंट कोबाल्ट-क्रोमियम (स्टेनलेस स्टील) और निकल-टाइटेनियम (nitinol)1,2से बने मिश्र धातुओं से बने होते हैं। धातु स्टेंट का नकारात्मक पहलू यह है कि दबाव नेक्रोसिस मौजूद हो सकता है जहां स्टेंट के धातु के तार जीवित ऊतकों और स्टेंट के संपर्क में आते हैं। इसके अलावा, शरीर के जहाजों अनियमित आकार का हो सकता है और सरल ट्यूबलर संरचनाओं की तुलना में बहुत अधिक जटिल हैं। विशेष रूप से, शाखालुओं में स्टेंट स्थापित करने के लिए कई विशेष नैदानिक प्रक्रियाएं हैं। वाई-आकार के लुमेन में, दो बेलनाकार स्टेंट एक साथ सम्मिलित किए जाते हैं और एक शाखा3में शामिल हो जाते हैं। प्रत्येक अतिरिक्त शाखा के लिए, एक अतिरिक्त शल्य प्रक्रिया आयोजित करने की आवश्यकता है। प्रक्रिया विशेष रूप से प्रशिक्षित डॉक्टरों की आवश्यकता है, और प्रविष्टि शाखास्टेंट के बाहर फैला सुविधाओं के कारण बेहद चुनौतीपूर्ण है.
द्विभाजन स्टेंट के आकार की जटिलता यह 3 डी मुद्रण के लिए एक बहुत ही उपयुक्त लक्ष्य बनाता है। पारंपरिक स्टेंट बड़े पैमाने पर मानकीकृत आकार और आकार में उत्पादित कर रहे हैं। 3 डी मुद्रण निर्माण पद्धति का उपयोग करना, यह प्रत्येक रोगी के लिए स्टेंट के आकार को अनुकूलित करने के लिए संभव है। आकार बार-बार लक्ष्य वस्तु के अनुभागीय आकृतियों की परत-दर-परत जोड़ने के द्वारा किए जाते हैं, क्योंकि सिद्धांत रूप में, इस विधि का उपयोग किसी भी आकार और आकार के भागों को गढ़ने के लिए किया जा सकता है। पारंपरिक स्टेंट ज्यादातर बेलनाकार आकार में होते हैं। हालांकि, मानव वाहिकाओं शाखाओं है, और ट्यूबों के साथ व्यास परिवर्तन. प्रस्तावित दृष्टिकोण का उपयोग करना, आकार और आकार में इन सभी विविधताओं को समायोजित किया जा सकता है. इसके अतिरिक्त, हालांकि प्रदर्शन नहीं, इस्तेमाल सामग्री भी एक स्टेंट के भीतर बदल सकते हैं. उदाहरण के लिए, हम कड़ी सामग्री का उपयोग कर सकते हैं जहां समर्थन की आवश्यकता है और नरम सामग्री जहां अधिक लचीलापन की आवश्यकता है।
द्विभाजन स्टेंटों की आकार बदलने की आवश्यकता 4D प्रिंटिंग के लिए है, अर्थातसमय के अतिरिक्त विचार के साथ 3D मुद्रण। विशेष सामग्री का उपयोग करगठित 3 डी मुद्रित संरचनाओं को एक बाहरी उत्तेजना, जैसे गर्मी से उनके आकार को बदलने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है। परिवर्तन स्वयं बनाए रखा है और कोई बाहरी शक्ति स्रोतों की आवश्यकता है. एक विशेष सामग्री है कि 4D मुद्रण के लिए उपयुक्त है एक एसएमपी4,5,6,7,8,9, जो आकार स्मृति प्रभाव दर्शाती है जब एक के संपर्क में सामग्री विशेष ट्रिगर ग्लास संक्रमण तापमान। इस तापमान पर, खंड नरम हो जाते हैं ताकि संरचना अपने मूल आकार में लौट आती है। संरचना 3 डी मुद्रित होने के बाद, इसे कांच के संक्रमण तापमान से थोड़ा ऊपर तापमान पर गर्म किया जाता है। इस बिंदु पर, संरचना नरम हो जाता है, और हम बलों को लागू करने से आकार को विकृत करने में सक्षम हैं। लागू बलों को बनाए रखने के दौरान, संरचना ठंडा हो जाता है, कठोर हो जाता है और लागू बलों को हटा दिए जाने के बाद भी अपनी विकृत आकृति को बनाए रखता है। बाद में, अंतिम चरण में, जब संरचना को अपने मूल आकार पर लौटने की आवश्यकता होती है, जैसे कि जब संरचना लक्ष्य स्थल तक पहुंचती है, गर्मी की आपूर्ति की जाती है ताकि संरचना अपने कांच संक्रमण तापमान तक पहुंच सके। अंत में, संरचना अपने याद मूल आकार में लौटता है. चित्र 1 पूर्व में बताई गई विभिन्न अवस्थाओं को दर्शाता है। SMPs आसानी से बढ़ाया जा सकता है , और वहाँ कुछ SMPs कि bioसंगत और biodegradable9,10हैं. दवा के क्षेत्र में SMPs के लिए कई उपयोग कर रहे हैं9,10,और स्टेंट11,12 उनमें से एक हैं .
स्टेंट और तह डिजाइन के पैटर्न “kirigami” नामक जापानी कागज काटने डिजाइन का पालन करें। इस प्रक्रिया को प्रसिद्ध कागज तह तकनीक “origami कहा जाता है जैसा दिखता है,” लेकिन अंतर यह है कि तह के अलावा, कागज के काटने भी डिजाइन में अनुमति दी है. इस तकनीक का प्रयोग कलाओं में किया गया है और इसे इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों2,3,13,14में भी लागू किया गया है . संक्षेप में, किरिगमी का उपयोग विशेष रूप से डिजाइन किए गए स्थानों पर बलों को लागू करके एक समतल संरचना को त्रि-आयामी संरचना में बदलने के लिए किया जा सकता है। हमारे डिजाइन आवश्यकताओं में, स्टेंट एक सरल बेलनाकार आकार जब रास्ते में डाला जा करने की जरूरत है, और सिलेंडर अपनी लंबाई जहां प्रत्येक आधा लक्षित शाखा पोत पर एक पूरी तरह से बेलनाकार आकार करने के लिए प्रकट करना चाहिए साथ विभाजित करना चाहिए. समाधान इस तथ्य में निहित है कि मुख्य पोत और साइड शाखाओं को एक सिलेंडर में जोड़ दिया जाता है ताकि प्रवेश के दौरान पक्ष शाखाएं जहाजों की दीवारों में हस्तक्षेप न करें। खुलासा कमांड संकेत एसएमपी के कांच संक्रमण तापमान के ऊपर परिवेश के तापमान में वृद्धि से आता है। इसके अतिरिक्त, तह 3 डी मुद्रित द्विभाजन स्टेंट नरम और मुख्य पोत में पक्ष शाखा तह द्वारा रोगी के शरीर के बाहर आयोजित किया जाएगा.
पारंपरिक तरीकों कई बेलनाकार स्टेंट जिनकी संख्या शाखाओं की संख्या के बराबर होती है की प्रविष्टि की आवश्यकता है। यह विधि अपरिहार्य थी क्योंकि पक्ष शाखाओं के उभार ने रास्ते की दीवारों को बाधित किया और इसे पूरी तरह से एक पूर्ण द्विभाजन स्टेंट सम्मिलित करना असंभव बना दिया। kirigami संरचना और 4D मुद्रण का उपयोग करना, उपरोक्त समस्याओं को हल किया जा सकता है. यह प्रोटोकॉल रक्त वाहिकाओं के आकार के बाद निर्मित सिलिकॉन पोत मॉडल का उपयोग करके प्रस्तावित विधि की प्रभावशीलता के दृश्य को भी दर्शाता है। इस नकली अप के माध्यम से, प्रविष्टि प्रक्रिया के दौरान प्रस्तावित आविष्कार की प्रभावशीलता और नए अनुप्रयोगों की आगे संभावनाओं को देखा जा सकता है.
इस प्रोटोकॉल का उद्देश्य एक संगलित जमाव मॉडलिंग (FDM) प्रिंटर का उपयोग कर एक SMP मुद्रण में शामिल चरणों को स्पष्ट रूप से रेखांकित करना है. इसके अतिरिक्त, मुड़ा हुआ राज्य में मुद्रित द्विभाजन स्टेंट को विकृत करने में शामिल तकनीकें, मुड़ी हुई बिफरित स्टेंट को लक्षित साइट पर सम्मिलित करना, और संरचना को उसके मूल आकार में संकेतऔर प्रकट करना विस्तार से दिया जाता है। प्रविष्टि के प्रदर्शन रक्त वाहिकाओं के एक सिलिकॉन नकली अप का इस्तेमाल करता है. प्रोटोकॉल भी एक 3 डी प्रिंटर और मोल्डिंग का उपयोग कर इस नकली-अप fabricating में शामिल प्रक्रियाओं प्रदान करता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
स्टेंट अक्सर इस तरह के रक्त वाहिकाओं और रोगियों के वायुमार्ग के रूप में भरा आंतरिक रास्ते साफ करने के लिए उपयोग किया जाता है। स्टेंट डालने के सर्जिकल ऑपरेशन के लिए रोगी की बीमारी और मानव शारीरिक विशेष?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम सूचना और संचार प्रौद्योगिकी योजना और मूल्यांकन संस्थान (IITP) कोरियाई सरकार द्वारा वित्त पोषित अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था (एमएसआईटी) (नहीं 2018-0-01290, के लिए एक खुला डेटासेट और संज्ञानात्मक प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के विकास असंरचित मनुष्यों (पुलिस अधिकारियों, यातायात सुरक्षा अधिकारियों, पैदल चलने वालों, आदि) से प्राप्त सुविधाओं की मान्यता स्व-ड्राइविंग कारों में इस्तेमाल की जाने वाली गति) और जीआईस्ट रिसर्च इंस्टीट्यूट (जीआरआई) अनुदान 2019 में जीआईस्ट द्वारा वित्त पोषित है।
Materials
| Fortus380mc | Stratasys | Fortus 380mc | FDM 3D printer for printing blood vessel mock-up |
| Moment1 3D printer | Moment | Moment 1 | FDM 3D printer for printing bifurcated stent |
| PC(white) Filament Canister | Stratasys | PC(white) Filament Canister | PC filament for printing blood vessel mock-up |
| PLM software NX 10.0 | Siemens | NX 10.0 | 3D CAD modeling software |
| Sandpaper | DAESUNG | CC-600CW | Smooting out the surface of the bifurcated stent |
| Shape Memory Polymer filament | SMP Technologies Inc | MM-5520 | Shape memory polymer filament |
| silicon | Shinetus | KE-1606 | silicon for blood vessel mock-up |
| Simplify3D | Simplify3D | Simplify3D 4.0.1 | Slicing software for model slicing |
Riferimenti
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