A tecnologia de fabrico rápido de protótipos (RPMT), também conhecida como fabrico directo CAD e fabrico de formas livres [1], teve origem no Japão em 1981 [2] e tem sido um grande avanço na tecnologia de fabrico há mais de 20 anos. 3], e por volta de 1992 foi utilizado no campo da medicina dentária [4].
Harris et al [5] previram que as características rápidas e precisas da tecnologia RPMT a tornariam uma aplicação promissora na cirurgia oral e maxilo-facial.
1. características da RPMT [1, 2, 6]
RPMT baseia-se na descrição informática da geometria, estrutura e estado de ligação de um objecto, e materializa automática e rapidamente a ideia de desenho num protótipo com determinada estrutura e função ou fabrica directamente
Pode reduzir o tempo de conversão de modelo CAD para modelo físico em mais de 80%. Com o desenvolvimento de técnicas de diagnóstico caracterizadas pela tecnologia de imagem digital (TC, MRI, ultra-som 3D, etc.), é fácil reconstruir uma secção transversal tridimensional do corpo humano utilizando um computador, e estes dados podem ser transferidos para o sistema RPMT para criar a entidade de tecido desta parte da estrutura. É particularmente adequado para a produção directa de pequenos lotes, objectos complexos (por exemplo, ranhuras, ombros convexos, ocos, aninhados, etc. [7]), objectos moldados; é fácil de modular e trocar equipamentos com diferentes princípios de processo; permite serviços de fabrico à distância com a ajuda da Internet; está disponível numa vasta gama de materiais (por exemplo, resina, plástico, papel, parafina, película, pó metálico ou cerâmico, folha, seda, etc.); é teoricamente possível alcançar uma taxa de utilização de matéria-prima de O processo de fabrico é livre de vibrações e ruído, tornando-o uma tecnologia de fabrico amiga do ambiente e eficiente. Actualmente, é utilizado equipamento de conformação especializado, com uma precisão máxima de 0,001mm e uma espessura de camada de ±0,005mm [2], formando peças até 800mm x 1600mm x 500mm (por exemplo, o SSM-1600 da Universidade de Tsinghua) a uma velocidade de várias horas a dezenas de horas/peça [2].
2. o significado do RPMT em aplicações de cirurgia maxilo-facial
O objectivo da cirurgia maxilo-facial não é apenas satisfazer as necessidades fisiológicas e funcionais dos órgãos faciais do paciente, mas também restaurar a aparência do paciente com a máxima individualidade, o que requer: planeamento cuidadoso e minucioso antes da cirurgia; explicar os resultados pós-operatórios ao paciente; e manter a operação cirúrgica tão simples quanto possível, etc. A intervenção directa ou indirecta da RPMT simplifica sem dúvida estes problemas, uma vez que pode desempenhar um papel importante na ajuda ao diagnóstico (fracturas, anquilose e mesmo dentes obstruídos [8]), planeamento, simulação de cirurgia (por exemplo, Gateno et al [9] utilizaram a RPMT para prever a osteogénese de distracção), e tratamento, tornando possível a realização de procedimentos ortopédicos complexos que de outra forma seriam realizados em várias operações numa única visita [7]. Foram feitas estatísticas [10]: a aplicação do RPMT resultou num aumento de 29,60% no diagnóstico correcto, num aumento de 36,23% na precisão operativa e num aumento de 17,63% no tempo operativo. Não só isto, mas a RPMT também ganhou muita atenção nos últimos anos pela sua aplicação na investigação básica, como a engenharia de tecidos em cirurgia maxilo-facial, e tornou-se um método importante para o fabrico de andaimes portadores de células.
Em termos gerais, a aplicação do RPMT pode ser dividida em três fases: a fase primária, modelos biológicos sólidos para diagnóstico e cirurgia; a fase intermédia (modelos biológicos compatíveis), implantes para engenharia terapêutica e de reabilitação; e a fase avançada (modelos biológicos avançados), órgãos artificiais (osso “real” que pode participar em processos metabólicos).
3. várias técnicas de prototipagem rápida utilizadas no campo da cirurgia maxilo-facial
O RPMT é normalmente classificado de acordo com o princípio do processo de fabrico. Seguem-se algumas das técnicas mais estabelecidas utilizadas no campo da cirurgia maxilo-facial e as suas características [1, 2, 6].
(1) O Aparelho de Estereolitografia (SLA) é também conhecido como cura de fase líquida fotossensível, estereolitografia, modelação estereoscópica, etc. Esta técnica utiliza resina fotossensível como matéria-prima, e um laser UV controlado por computador digitaliza os contornos de cada secção em camadas do protótipo pretendido como uma trajectória ponto a ponto, curando a resina na área digitalizada, movendo a mesa e colocando uma nova camada de resina, e assim por diante até que o fabrico esteja completo. Anderl et al [11] utilizaram o modelo SLA para planear e operar uma criança de 8 meses de idade com uma fenda facial média grave (desde a fossa craniana anterior até ao palato duro). Hollister et al [12] utilizaram SLA para criar uma reparação de um defeito lateral da articulação mandibular num pequeno porco Yucatan. O SLA também pode ser utilizado para microfabricação, e o Instituto Kyushu de Tecnologia do Japão produziu um modelo de aproximadamente 50 μm [2]. Alterações de volume na formação tornam mais difícil o seu controlo.
(2) Fabrico de objectos laminados (LOM). Esta técnica utiliza um raio laser para cortar um material de película fina revestida com adesivo solúvel no calor de um lado nos contornos internos e externos de um protótipo pré-fabricado no plano da camada, depois aquecido por um rolo de aquecimento para ligar a camada recém-cortada à camada cortada por baixo, e finalmente descolar o material não desejado para obter um modelo. O processo LOM está actualmente a ser desenvolvido com uma vasta gama de materiais (por exemplo, chapas de metal e materiais cerâmicos) [2]. O LOM pode ser usado clinicamente para a substituição de tecidos duros de defeitos ósseos craniofaciais causados por descompressão congénita, traumática, pós-craniectomia, infecção, etc. Por exemplo, Ono et al[14] usaram o LOM para reparar defeitos complexos dos maxilares em nove pacientes com cerâmica HA ( As deficiências da LOM são que a resistência do material e a força de ligação estão estreitamente relacionadas com o substrato escolhido e o tipo de adesivo, e que a separação de resíduos é demorada.
(3) Sinterização a Laser Seleccionada (SLS). Utiliza um feixe laser guiado com precisão para sinterizar ou derreter o material em pó e depois solidificá-lo para formar um protótipo ou modelo tridimensional. Geralmente não é adicionado nenhum ligante e não há tratamento subsequente, pelo que podem ser formados modelos de alta resistência; não é necessário suporte; os modelos são altamente precisos (até ±0,01mm para partículas de tamanho inferior a 0,1mm); e os moldes de cera de fundição de precisão podem ser feitos directamente se for utilizado pó de cera. O método SLS inicial era menos competente para a fabricação de andaimes de células de engenharia de tecidos devido à dificuldade em remover o pó entre os poros. O desenvolvimento do SLA permitiu agora ajustar a microestrutura interna (poros e tamanho dos poros) do produto sinterizado através do controlo dos parâmetros. Por exemplo, Cheah et al [15] utilizaram o princípio de que o tamanho dos poros dos microtubos aumenta no plano X-Z quando a energia laser é reduzida e a velocidade de varredura é aumentada para criar um dispositivo de retardamento de drogas, controlando a formação de zonas densas e porosas, o que é significativo para a reconstrução de defeitos na região dos tumores ósseos maxilofaciais; Tan et al [16] controlaram diferentes proporções de dois materiais num dispositivo SLS comercial As deficiências do SLS são a dificuldade em controlar com precisão a potência absorvida por unidade de área na sinterização; por vezes a superfície do modelo é relativamente áspera e precisa de ser devidamente cozida, curada e polida.
(4) A Modelação da Deposição Fundida (FDM) é também conhecida como o método de empilhamento da fusão, extrusão da fusão no molde, etc. É a utilização de bocal de fusão a quente, de modo a que o estado de semi-fluxo do material de acordo com as camadas de controlo de dados CAD extrusão e deposição no desenvolvimento do local de moldagem de solidificação, deposição gradual, solidificação após a formação do modelo. Eppley et al[7] realizaram reconstrução craniana em 13 pacientes usando FDM para criar réplicas pseudo-protéticas individualizadas, com uma poupança significativa no tempo de manipulação intra-operatória. Schantz et al [18] criaram um defeito de 15 mm no crânio de um coelho branco da Nova Zelândia e utilizaram FDM com PCL e cola de fibrina como matérias-primas para “replicar” o defeito com alguma porosidade “. Cao et al [19] propuseram um andaime reabsorvível simbiótico de condrócitos e osteoblastos através de FDM para resolver a dificuldade de reparação de defeitos de cartilagem articular, e os resultados demonstraram o grande potencial de reparação Os resultados mostraram um grande potencial para a reparação de defeitos osteocondral. A desvantagem é que a precisão é relativamente baixa; também há variação de volume; e o método FDM só é adequado para fazer andaimes sem a adição de substâncias activas, tais como factores de crescimento durante o processamento, devido à necessidade de aquecimento.
(5) Formação de multi-insuflação de temperatura normal (TMF). Este método consiste em misturar os materiais que podem ser formados e curados depois de misturados em recipientes separados, e misturá-los e formá-los através de multi-injecções. As vantagens notáveis [20] são que elimina os danos no material activo causados pelas altas temperaturas, que o factor de crescimento ósseo humano não é composto numa fase posterior, como é actualmente o caso, mas que pode ser composto multidimensionalmente durante a fase de formação rápida através de um tratamento especial; que tem um efeito de libertação lenta, o que facilita muito a cicatrização óssea na área defeituosa; que o material pode ser alterado durante o processo de fabrico para produzir uma variedade de combinações diferentes de material, cor, propriedades mecânicas e propriedades térmicas; e que pode ser utilizado de várias formas. O material pode ser alterado durante o processo de fabrico para produzir uma variedade de materiais compostos ou não homogéneos e estruturas porosas com diferentes combinações de material, cor, propriedades mecânicas e térmicas, e para alcançar o empilhamento e formação de material com gradiente funcional. Por conseguinte, é promissor tornar-se o principal método de processo para a preparação de andaimes bioengenharia (empilhamento fino estruturado a jacto). Na China, Shi Yanchun et al [21] da Universidade de Tsinghua, um cilindro poroso com um diâmetro e altura de 5 mm foi feito de PLA com um peso molecular próximo de 100.000, HA, colagénio e BMP pela tecnologia TMF, e foi colocado no defeito ósseo radial de um cão.
4. perspectivas
Para além das técnicas mais estabelecidas acima mencionadas, muitas outras foram postas em prática. Estes incluem a colagem tridimensional por pulverização, fotomassagem, acumulação digital, e o mais recente método de concha directa. A RPMT está actualmente a ser vigorosamente aplicada ao campo médico no estrangeiro. Há ainda muito espaço para desenvolvimento em termos de normalização de software e hardware, curvilinearização de métodos de corte, maior processamento inteligente e integração de processos de equipamento. A utilização do RPMT para criar tecidos e órgãos humanos para ajudar no diagnóstico e cirurgia tem um grande potencial de desenvolvimento. Para a cirurgia maxilo-facial, a especificidade da “região” tornará a RPMT ainda mais “útil”.
Referências
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