الأشياء الأساسية التي يجب معرفتها:
- التخصيص هو المفتاح: يجب أن يتم تصميم كل عين صناعية بشكل فردي لتناسب شكل ومظهر تجويف العين الفريد للمريض، مما يعزز الأداء الوظيفي والجمالي.
- تقدمات تكنولوجية: لقد عززت عمليات التكامل الحديثة مثل التصوير المقطعي التوافقي البصري (OCT) عملية التصميم بشكل كبير، مما أتاح تكرارًا دقيقًا للغاية لتضاريس العين وتلوينها.
- 3D الطباعة: أدى التصنيع الإضافي إلى تحسينات كبيرة في إنتاج الأطراف الاصطناعية للعين، مما يوفر جودة أكثر اتساقًا وإمكانية تصميمات معقدة وقابلة للتخصيص.
- التحقق السريري: وقد أكدت الدراسات، بما في ذلك تلك التي أجرتها مؤسسة مستشفى مورفيلدز للعيون التابعة لهيئة الخدمات الصحية الوطنية، فعالية الأطراف الصناعية المصممة رقميًا في تحسين نوعية حياة المرضى.
يمكن أن يؤدي فقدان العين أو حدوث تلف شديد في العين إلى الحاجة إلى عين صناعية. تُعرف من الناحية الفنية باسم العين الاصطناعية، حيث يرتدي حوالي 0.1٪ من سكان العالم عينًا صناعية اليوم. هناك العديد من الطرق التي يمكن أن تتضرر بها العيون، بدءًا من الصدمة وحتى العيون العمياء المؤلمة وأورام العين التي لا يمكن علاجها. إن الاختلاف في بنية عيون كل شخص يعني أن كل عين صناعية تحتاج إلى أن تكون مخصصة للمريض. يؤدي تلف العين إلى اختلاف واضح في مظهر الشخص، لذا على الرغم من أن الطرف الاصطناعي لا يضيف أي وظيفة مرئية/يستعيد وظيفة العين، إلا أنه يمكن أن يجلب بعض الراحة للمرضى لأن عيونهم الجديدة توفر فوائد جمالية.
يتم ارتداء الأطراف الاصطناعية للعين فوق الملتحمة في العين ويتم تثبيتها بواسطة الجفن. حركة الزرعة ممكنة بسبب عمل العضلات خارج العين. يحتاج الطرف الصناعي إلى تلبية عدد من المتطلبات، بما في ذلك استبدال الحجم المداري للعين وتوفير مستوى مقبول من الراحة للمريض. يجب أيضًا تصنيع الطرف الاصطناعي قبل شفاء مقبس العين.
فهم الغرسات المدارية والعيون الاصطناعية
في حالات الاستئصال أو نزع الأحشاء - حيث تتم إزالة العين بسبب تلف أو مرض - غالبًا ما يتم استخدام الغرسة المدارية كأساس داخل مقبس العين. يتم ربط هذه الزرعة بعناية بعضلات العين، وهي مصممة لتغطيتها بالملتحمة، لتكون بمثابة قاعدة ثابتة للعين الاصطناعية. يتم وضع الطرف الاصطناعي نفسه بين الجفون وفوق الزرعة، مما يسمح بالحركة الطبيعية. ترجع هذه الحركة في المقام الأول إلى الاحتكاك الطفيف بين العين الاصطناعية والسطح الأملس للزرعة المدارية، مما يساعد على محاكاة الحركة الطبيعية للعين، مما يوفر ليس فقط ترميمًا تجميليًا ولكن أيضًا درجة معينة من الحياة الطبيعية.
التقدم في الأطراف الصناعية العينية
وقد لوحظ تحول كبير مع دمج التصوير المقطعي التوافقي البصري (OCT) في تصميم الأطراف الاصطناعية للعين. هذا التكنلوجيا يساعد في التقاط تضاريس محجر العين بدقة والتلوين التفصيلي للعين الموجودة، مما يضمن أن العين الاصطناعية تتطابق مع المظهر الأصلي للمريض بأكبر قدر ممكن. يدعم هذا التقدم التكنولوجي الاحتياجات الجمالية والوظيفية من خلال ضمان درجة عالية من التخصيص.
تعني الطبيعة المخصصة للأطراف الصناعية العينية أنه لا يوجد سوى عمليات معينة متاحة لتصنيعها، حيث يجب أن تتناسب الأطراف الصناعية مع شكل مقبس عين المريض ومظهر العين. في حين أن هناك مخزونًا من العيون الاصطناعية المتاحة، إلا أن العيون المخصصة يتم إنتاجها حاليًا بواسطة أطباء العيون ذوي المهارات العالية. نظرًا لأن هذه العمليات تعتمد على الخبرة البشرية، فإن جودة الطرف الاصطناعي تعتمد على براعة طبيب العيون، لذلك يمكن أن تختلف جودة الطرف الاصطناعي من طبيب عيون إلى طبيب عيون.
وقد أظهرت التطورات الأخيرة استخدام عمليات التصميم الآلية المعتمدة على البيانات في إنشاء الأطراف الاصطناعية للعين. تستخدم هذه الأساليب تقنيات تصوير متقدمة لإنتاج نموذج رقمي للطرف الاصطناعي الذي يناسب تمامًا مقبس عين المريض، مما يقلل بشكل كبير من التباين الملحوظ في الصناعة اليدوية ويعزز الكفاءة الوظيفية للطرف الاصطناعي.
إن القدرة على رقمنة العملية وجعلها ممكنة باستخدام الآلات مع الاحتفاظ بالقدرة على الحصول على درجة عالية من التخصيص أمر مطلوب. هذا هو المكان التصنيع مضافة يمكن أن يأتي لأنه يوفر درجة عالية من حرية التصميم ويمكنه إنشاء أجزاء معقدة وقابلة للتخصيص. يتزايد استخدام التصنيع الإضافي في القطاع الطبي، والعديد من الأجزاء المصنعة اليوم متوافقة حيويًا ومناسبة للاستخدام السريري. هناك العديد من القابلة للزرع الأجهزة الطبية التي تم إنشاؤها باستخدام التصنيع الإضافي، وتعد الأطراف الاصطناعية للعين واحدة من أحدث المجالات التي يتم الحصول عليها الطباعة 3D العلاج.
إن استخدام تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد بالألوان الكاملة لا يؤدي إلى تبسيط عملية التصنيع فحسب، بل يعمل أيضًا على تحسين النتائج التجميلية والوظيفية للأطراف الصناعية العينية. ومن خلال استخدام أسلوب طباعة متعدد المواد، يمكن للأطراف الصناعية الآن أن تتميز بتدرجات تركيبية واقعية وانتقالات لونية تحاكي المظهر الطبيعي للعين البشرية، مما يعزز تكامل الأطراف الاصطناعية وثقة مرتديها.
النهج الحالي للأطراف الصناعية العينية
في الوقت الحالي، تستخدم أساليب التصنيع الحالية حرفيين يصنعون أطرافًا صناعية مخصصة من خلال العمالة اليدوية الماهرة. المادة الشائعة المفضلة للأطراف الصناعية اليدوية هي بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA). تتطلب هذه العملية أن يأخذ طبيب العيون طبعة ألجينية لمحجر عين المريض ليقوم بإلقاء شكل شمعي يتناسب مع التجويف. يتم بعد ذلك رسم القزحية على قرص مسطح ودمجها في الشمع بجانب وحدة القرنية الشفافة PMMA. تستغرق هذه العملية حوالي ساعتين مع وجود المريض في العيادة، ويحتاج نموذج الشمع إلى المعالجة لمدة 2 ساعات أيضًا. بعد المعالجة، يتم صقل الطرف الاصطناعي، ويتم إجراء أي تعديلات على الشكل في هذه المرحلة. تستغرق العملية برمتها أكثر من 6 ساعات من العمل اليدوي لتصنيع طرف صناعي بدرجات متفاوتة من الجودة والتوافق مع المريض.
هناك طريقة أخرى أقل استخدامًا وهي نفخ الزجاج من زجاج الكريوليت الأبيض والنظارات الملونة لإنشاء القزحية والأوردة. يتم تصنيع هذا الطرف الصناعي عن طريق التلاعب بالزجاج الساخن، ولكن يتم تقييم ملاءمة الطرف الاصطناعي ومظهره بعد أن يبرد. والنتيجة هي أن الطرف الاصطناعي يبدو أكثر واقعية من الطرف الاصطناعي PMMA، ولكن لا يمكن تعديله ليناسب مقبس عين المريض بعد أن يبرد. بالإضافة إلى ذلك، لأنها مصنوعة من الزجاج، فإنها تتضرر وتتكسر بشكل متكرر، لذلك يجب استبدالها في كثير من الأحيان.
التحول إلى التصنيع الإضافي لطباعة الأطراف الاصطناعية للعين
لقد اكتسب التصنيع الإضافي اهتمامًا كبيرًا بالتطبيقات التي تعد فيها قابلية التخصيص عاملاً رئيسياً. وقد شمل ذلك الأجهزة الطبية، مثل الدعامات، والأطراف الصناعية ذات الكرة والمأخذ، والأطراف الاصطناعية الأخرى للمفاصل. يعد الشكل والخصائص المادية للأطراف الصناعية العينية أمرًا أساسيًا للجانب الوظيفي للأطراف الصناعية، لكن المظهر يلعب دورًا من منظور شخصي.
تحسن في وظائف الأطراف الاصطناعية
أدى تكامل سير العمل الرقمي إلى تحسين السمات الوظيفية للأطراف الصناعية العينية بشكل ملحوظ. يسمح التخطيط الدقيق لتضاريس التجويف العيني بملاءمة أكثر دقة، مما يعزز بشكل كبير راحة مرتديها ويحسن طول العمر الوظيفي للأطراف الاصطناعية من خلال تقليل المشكلات المحتملة المتعلقة بملاءمة التجويف.
تم اقتراح طرق مختلفة للطباعة ثلاثية الأبعاد للأطراف الاصطناعية للعين، لكن العديد من الأساليب حتى الآن لم تستخدم عملية تصميم رقمية وآلية تعتمد على البيانات والتي تأخذ في الاعتبار الشكل والمظهر. بدلاً من التنبؤ التلقائي بالشكل، يتم عادةً تصميم أشكال الأطراف الصناعية باستخدام برنامج CAD أو برامج النمذجة ثلاثية الأبعاد الأخرى.
لقد طور الباحثون الآن نهجًا للطباعة ثلاثية الأبعاد، باستخدام عملية رقمية تلقائية شاملة لتصميم الطرف الاصطناعي قبل الطباعة. يستخدم هذا النهج التصوير المقطعي التوافقي البصري (OCT) لالتقاط تضاريس التجويف العيني، بالإضافة إلى تشريح ولون العين الطبيعية. بعد التصميم، تتم طباعة الطرف الاصطناعي باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد متعددة المواد.
يستخدم أسلوب التصميم الآلي نموذج الشكل الإحصائي للتنبؤ بالشكل الاصطناعي وملاءمته بشكل أفضل بناءً على معلومات سطحية غير كاملة لمحجر العين. وتم استخدام صورة ملونة للعين السليمة لتوليد مظهر للعين الاصطناعية يتطابق بشكل مباشر مع العين الأصلية، وتم استخدام طابعة ثلاثية الأبعاد كاملة الألوان لإضفاء الحيوية على المظهر الجمالي.
الابتكارات في التصميم التعويضي: نظرة فاحصة على العملية الرقمية
لفهم التكنولوجيا المتطورة وراء الأطراف الاصطناعية للعين بشكل أفضل، دعونا نتعمق في عملية التصميم الرقمي التي أدت إلى تحديث طريقة إنشاء هذه الأجهزة. يوضح الشكل 3 أدناه عملية برمجية التصميم الشاملة القائمة على البيانات المستخدمة لتطوير كل نموذج صناعي مخصص. تدمج هذه العملية البيانات التشريحية التفصيلية مع الدقة التكنولوجية، مما يضمن أن كل طرف صناعي ليس فقط ممتعًا من الناحية الجمالية ولكن أيضًا مطابقًا تمامًا للظروف البدنية للمريض.
أحدثت تقنيات الطباعة الرقمية والطباعة ثلاثية الأبعاد تحولًا في مجال الأطراف الاصطناعية للعين من خلال جعلها أكثر سهولة ومصممة خصيصًا لتلبية الاحتياجات الفردية. تضمن القدرة على إنشاء تعريفات تفصيلية للألوان والهيكلية إمكانية تخصيص كل عين صناعية ليس فقط لتناسبها ولكن أيضًا للفروق الجمالية الدقيقة، مما يحاكي بشكل وثيق العين الطبيعية للمريض.
كما تم عرض عملية التصميم الرقمي والطباعة ثلاثية الأبعاد للأطراف الاصطناعية في أ التجارب السريرية بالتعاون مع مؤسسة مستشفى مورفيلدز للعيون التابعة لهيئة الخدمات الصحية الوطنية. شارك 10 مرضى سريريين في الدراسة ونظروا في التأثير والأداء طويل المدى للأطراف الصناعية المطبوعة ثلاثية الأبعاد مقارنة بالأطراف الصناعية التقليدية.
a المريض 5 يرتدي مطابقًا مثبتًا داخل مقبس العين. b صورة للمريض 5 تعرض الطرف الاصطناعي المطبوع ثلاثي الأبعاد للعين اليسرى (في الصورة على اليمين). c عرض موسع للنموذج الاصطناعي ثلاثي الأبعاد. d – h الخطوات المتضمنة في التنبؤ بالشكل: عمليات المسح الأولي OCT لمحجر العين (d)، تمت تصفية بيانات الحجم للكشف عن سطح المقبس (e)، تحويل البيانات إلى خريطة عمق للمحاذاة (f) ، تركيب الشكل على سطح المقبس (g) ، متبوعًا بتنعيم وصقل الهندسة (h). i – l عملية إنشاء القزحية: هندسة القزحية التي تم التقاطها بواسطة OCT (i) ، الكشف عن حدود القزحية والبؤبؤ (j)، تحسين نسيج القزحية للحصول على تباين أفضل (k) ، والتوحيد ورسم خرائط الأشعة فوق البنفسجية لهندسة القزحية (l). م – ف تطوير الصورة الملونة ونسيج الصلبة: الصورة الملونة الأصلية (m) ، صورة محسنة وواضحة بعد التوصيف وتقليل الضوضاء (n) ، التجزئة باستخدام تقنية مستجمعات المياه (o)، إزالة الوريد لاستخراج لون الصلبة الصلبة (p)، العروض الأولية والنهائية للنسيج المصبوغ وشبكة العروق المطورة (q، اليسار واليمين على التوالي).
ثبت الكفاءة والفوائد في التجارب السريرية
في حين أن إحدى فوائد عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد للتصميم الرقمي هي أنها تتطلب عمالة أقل بخمس مرات من طبيب العيون وتنتج مخرجات قابلة للتكرار، فقد تم العثور على فوائد أخرى خلال الدراسة.
أولاً، مكنت الطابعة ذات الألوان المعايرة الباحثين من إنشاء أطراف صناعية يتم فيها تكرار لون وحجم وبنية القزحية، بالإضافة إلى مظهر الصلبة، بالقرب من العين الأصلية. ثانيًا، يسمح استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد بطباعة الأطراف الاصطناعية في أي مكان توجد فيه طابعة مناسبة، وبالتالي يمكن توفير الأطراف الاصطناعية للمناطق التي لا تتوفر فيها الخدمات بسهولة.
يتيح نهج الطباعة ثلاثية الأبعاد أيضًا إنتاجًا متسقًا للغاية مقارنة بنهج العمل اليدوي، مما سيمكن من إنتاج قطع غيار أكثر دقة عند تلف الأطراف الاصطناعية. غالبًا ما تكون قطع الغيار اليدوية مختلفة عن الأطراف الصناعية الأصلية، مما قد يسبب مضاعفات. كما يلغي نهج الطباعة ثلاثية الأبعاد الحاجة إلى انطباعات الجينات، حيث يتم مسح شكل التجويف ضوئيًا.
وأخيرًا، أتاح سير العمل الرقمي المستخدم إدخال تحسينات مستمرة على الأطراف الاصطناعية لجميع المرضى دون أن يحتاج طبيب العيون إلى تدريب إضافي. إن الجمع بين المزيد من البيانات وخبرة طبيب العيون وتعليقات المريض مكّن من تحسين البرنامج بحيث يمكنه إنتاج أشكال أفضل بشكل مستمر وتكرار السمات المميزة للعين.
إن التحول إلى سير العمل الرقمي باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن يمكّن المرضى - مثل الأطفال - الذين لا يكونون مؤهلين تقليديًا للحصول على الأطراف الاصطناعية من أن يصبحوا مؤهلين الآن. في حين تم استخدام هذا النهج التلقائي الشامل حتى الآن لتصميم وتصنيع الأطراف الاصطناعية الجمالية المخصصة للعين، فإن القدرة على مراعاة كل من الشكل المناسب والتصميم الجمالي يمكن أن تفتح النهج أمام الأطراف الاصطناعية الجمالية الأخرى، مثل ترميم الأسنان أو تجميل الوجه. الأطراف الاصطناعية، بالإضافة إلى أغطية للأطراف الصناعية التقليدية التي تتناسب مع مظهر المريض.
التحقق السريري
إن التجربة السريرية الأخيرة التي تم إجراؤها بالتعاون مع صندوق مؤسسة هيئة الخدمات الصحية الوطنية في مستشفى مورفيلدز للعيون تثبت الفعالية العملية وجودة الحياة المحسنة التي توفرها هذه الأطراف الاصطناعية التي تم إنشاؤها رقميًا. وقد أعرب المرضى عن رضاهم الكبير عن الدقة التجميلية والراحة التي توفرها الأطراف الاصطناعية الجديدة، مما يؤكد أهمية دمج تقنيات التصنيع المتقدمة في التطبيقات الطبية.
مرجع:
ساجو إم إس وآخرون، التصميم التلقائي المبني على البيانات والطباعة ثلاثية الأبعاد للأطراف الاصطناعية العينية المخصصة، طبيعة الاتصالات, 15، (2024) ، 1360.