Rapid 3D Printing Method for the Accurate Reproduction of Aortic Aneurysms for clinical trials and educational applications

कल्पना कीजिए कि मानव शरीर एक जटिल, उच्च-दबाव वाली प्लंबिंग प्रणाली है, जहाँ मुख्य पाइप—महाधमनी (एओर्टा)—हृदय से शरीर के हर कोने तक जीवन देने वाला रक्त ले जाता है। कभी-कभी, उम्र बढ़ने या टूट-फूट के कारण, इस पाइप का एक हिस्सा कमजोर होकर फूल जाता है, जैसे कि एक पुराना टायर उभार के साथ फूल जाता है। इसे एओर्टिक एन्यूरिज्मम कहा जाता है। यह एक टिक-टिक करते टाइम बम की तरह है; यदि यह फट गया, तो इसके परिणाम अक्सर घातक होते हैं। डॉक्टरों के पास इसे ठीक करने के दो मुख्य तरीके हैं: वे एक बड़ी ओपन सर्जरी कर सकते हैं, या वे एंडोवैस्कुलर एन्यूरिज्म रिपेयर (EVAR) नामक कम आक्रामक विधि का उपयोग कर सकते हैं, जहाँ वे एक स्टेंट (एक छोटा, विस्तार योग्य जालीदार ट्यूब) को रक्त वाहिकाओं के माध्यम से धागे की तरह पिरोकर अंदर से लीकेज को पैच करते हैं।

लेकिन यहाँ पेचीदा बात यह है: हर व्यक्ति की "प्लंबिंग" अद्वितीय होती है। वह उभार नाशपाती के आकार का हो सकता है, मुड़ी हुई नाशपाती जैसा, या एक अजीब कोण वाला उभार। रोगी की विशिष्ट, घुमावदार और नाजुक वाहिका के माध्यम से बिना फटने के जोखिम के स्टेंट को सफलतापूर्वक पिरोने के लिए, सर्जनों को पहले अभ्यास करने की आवश्यकता होती है। अतीत में, उन्होंने सामान्य प्लास्टिक मॉडल या कंप्यूटर सिमुलेशन पर अभ्यास किया था, लेकिन वे पूरी तरह से वास्तविक नहीं लगते थे। यहीं पर 'एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग' (या 3D प्रिंटिंग) नामक विज्ञान की एक शाखा काम आती है। इसे एक अत्यंत सटीक प्रिंटर के रूप में समझें जो स्याही का उपयोग नहीं करता है, बल्कि इसके बजाय वस्तुओं को परत दर परत बनाता है, जिससे डॉक्टर मरीज की अपनी महाधमनी की एक सटीक, भौतिक प्रति प्रिंट कर सकते हैं। बड़ा सवाल जो शोधकर्ताओं ने पूछा है वह यह है: क्या हम इन मॉडलों को उपयोगी होने के लिए पर्याप्त तेज़ी से प्रिंट कर सकते हैं, और क्या हम इन्हें ऐसी सामग्रियों से बना सकते हैं जो वास्तविक, नरम रक्त वाहिकाओं की तरह महसूस हों और दिखें?

इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक एब्डोमिनल एओर्टिक एन्यूरिज्म का "पेशेंट-स्पेसिफिक" (रोगी-विशिष्ट) 3D प्रिंटेड मॉडल बनाकर इस चुनौती से निपटने का निर्णय लिया। उन्होंने केवल एक सामान्य आकार प्रिंट नहीं किया; उन्होंने एक वास्तविक मरीज के मेडिकल स्कैन (विशेष रूप से एक सीटी एंजियोग्राफी, जो रक्त वाहिकाओं का एक अत्यंत विस्तृत 3D एक्स-रे है) से शुरुआत की। उन्होंने उस डिजिटल डेटा को एक 3D प्रिंटर में डाला जो एक विशेष तरल रेजिन का उपयोग करता है जो प्रकाश पड़ने पर सख्त हो जाता है (इसे स्टिरियोलिथोग्राफी या SLA कहा जाता है)।

लक्ष्य एक ऐसा मॉडल प्रिंट करना था जो न केवल एक कठोर प्लास्टिक का खोल हो, बल्कि कुछ ऐसा हो जो वास्तविक ऊतक की कोमल और लचीली प्रकृति की नकल करे। उन्होंने एक विशेष "इलास्टोमर" रेजिन का उपयोग किया, जो मूल रूप से एक रबर जैसा पदार्थ है जिसे वास्तविक धमनी की तरह खिंचने और मुड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है। प्रिंट करने के बाद, उन्होंने मॉडल को यह देखने के लिए परीक्षणों की एक श्रृंखला से गुजारा कि यह मूल योजना के साथ कितनी अच्छी तरह मेल खाता है।

सबसे पहले, उन्होंने ज्यामिति (जियोमेट्री) की जाँच की। उन्होंने मॉडल की दीवारों की मोटाई को कई स्थानों पर मापा। कंप्यूटर डिजाइन के अनुसार दीवारों की मोटाई ठीक 1.00 मिमी होनी चाहिए थी। जब उन्होंने डिजिटल माइक्रोमीटर के साथ प्रिंट किए गए मॉडल को मापा, तो उन्होंने पाया कि औसत मोटाई कुछ क्षेत्रों में लगभग 0.9 मिमी और कुछ क्षेत्रों में 0.8 मिमी थी, जबकि कुछ स्थान काफी पतले (लगभग 0.5 मिमी) थे। इसका मतलब है कि प्रिंटर हर बार लक्ष्य को पूरी तरह से प्राप्त नहीं कर सका; इसमें त्रुटि की गुंजाइश थी, जहाँ कुछ क्षेत्र इच्छित मोटाई से 50% तक पतले थे। हालाँकि, सामग्री स्वयं काफी हदतः लक्षित "रबड़ जैसी कोमलता" के करीब थी, जिसने शोर ए (Shore A) स्केल पर 54.20 की कठोरता मापी, जो निर्माता के 50 के वादे के बहुत करीब है।

इसके बाद, उन्होंने आकार को देखा, विशेष रूप से धमनी कितनी घुमावदार थी। उन्होंने प्रिंट किए गए मॉडल की मध्य रेखा (सेंटर लाइन) का पता लगाया और गणना की कि विभिन्न खंडों में यह कितनी तीव्रता से मुड़ती है। उन्होंने पाया कि वक्रता (कर्वेचर) तीन अलग-अलग क्षेत्रों में महत्वपूर्ण रूप से बदल गई, जहाँ वक्र की त्रिज्या (मोड़ कितना तीखा है) सबसे तंग स्थानों पर लगभग 0.65 मिमी से लेकर सीधे खंडों में 46 मिमी से अधिक तक भिन्न थी। इसने पुष्टि की कि प्रिंटर एक वास्तविक एन्यूरिज्म की जटिल, घुमावदार प्रकृति को पकड़ सकता है, भले ही दीवार की मोटाई में कुछ उतार-चढ़ाव आए हों।

हालाँकि, प्रयोग का सबसे रोमांचक हिस्सा "ऑप्टिकल" परीक्षण था। शोधकर्ता यह जानना चाहते थे कि क्या एक सर्जन काम करते समय मॉडल के अंदर देख सकता है। उन्होंने प्रिंट किए गए ट्यूब में एक पतला, पारदर्शी संवहनी गाइड (वाहिकाओं के नेविगेशन के लिए उपयोग किया जाने वाला उपकरण) डाला। जब उन्होंने हवा में रखे मॉडल के भीतर गाइड को देखने की कोशिश की, तो यह आश्चर्यजनक रूप से कठिन था। प्रकाश रबर जैसी सतह से टकराकर अजीब तरह से मुड़ गया (अपवर्तन/रिफ्रैक्शन), जिससे गाइड धुंधला और ट्रैक करने में कठिन दिखाई देने लगा, लगभग वैसा ही जैसे मेज पर रखी पानी के गिलास में स्ट्रॉ (नली) को देखना कठिन होता है।

लेकिन फिर, उन्होंने एक चतुर तरकीब आजमाई। उन्होंने पूरे मॉडल को एक तरल (आइसोप्रोपिल अल्कोहल) में डुबो दिया। अचानक, जादू हो गया। क्योंकि तरल और रबर जैसा मॉडल प्रकाश को मोड़ने के समान तरीकों का उपयोग करते थे, इसलिए "चमक" (ग्लेयर) गायब हो गई। मॉडल लगभग अदृश्य हो गया, और उसके अंदर का गाइड बिल्कुल स्पष्ट हो गया। यह ऐसा था जैसे आपने विशेष चश्मा पहना हो जिससे पानी और स्ट्रॉ एक ही निरंतर वस्तु की तरह दिखने लगें। इससे यह संकेत मिला कि प्रशिक्षण उद्देश्यों के लिए, मॉडल को एक मिलान करने वाले तरल में डुबोकर रखना सर्जनों के लिए वाहिका के अंदर जो वे कर रहे हैं उसे देखना बहुत आसान बना देता है।

अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि यद्यपि इन मॉडलों को 3D प्रिंट करना इन यथार्थवादी प्रशिक्षण उपकरणों को बनाने का एक तेज़ और आशाजनक तरीका है, लेकिन यह प्रक्रिया अभी भी पूर्ण नहीं है। दीवार की मोटाई भिन्न हो सकती है, और सामग्री को सावधानी से संभालने की आवश्यकता है। हालाँकि, रोगी की विशिष्ट शारीरिक संरचना को तेज़ी से प्रिंट करने की क्षमता, और अंदर देखने के लिए "लिक्विड इमर्शन" (तरल विसर्जन) की तरकीब के साथ मिलकर, सर्जनों को वास्तविक मरीज को छूने से पहले अभ्यास करने और योजना बनाने में मदद करने का एक शक्तिशाली नया तरीका प्रदान करती है। यह जटिल चिकित्सा पहेलियों को मूर्त, समाधान योग्य वस्तुओं में बदलने की दिशा में एक कदम है।