北卡羅萊納州立大學(xué)的研究人員已經(jīng)利用3D打印技術(shù)開發(fā)出了更舒適的輻射接收天線，供癌癥患者在微波熱療過程中佩戴。與主流放射治療設(shè)備相比，該團(tuán)隊(duì)靈活的新型接收器體積較小，可以打印到特定于患者的幾何形狀，從而減少了治療過程中的不適感。通過調(diào)整天線的填充水平，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)他們能夠調(diào)節(jié)其介電常數(shù)，并通過電磁（EM）仿真器針對(duì)不同的暴露水平優(yōu)化其性能。

科學(xué)家的3D打印放射治療天線示意圖。圖片來自國(guó)際跨學(xué)科研究雜志。

微波乳房高溫療法是一種癌癥治療方法，其中，受影響的組織局部暴露于高度聚焦的EM輻射束中，該輻射束通過熱消融損害惡性細(xì)胞。盡管該過程是非侵入性的，但目前需要使用笨重的天線，這使本來就不受歡迎的治療對(duì)患者而言更加不舒服。過去，人們對(duì)可穿戴替代品進(jìn)行了大量研究，但這些替代品主要限于人工生產(chǎn)的紡織品或笨拙的水冷設(shè)備。但是，在過去的幾年中，科學(xué)家越來越多地采用3D打印來更快地生產(chǎn)天線，與許多傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，這種天線具有更高的靈活性并因此給患者帶來了舒適感。

同樣，北卡羅來納州研究小組在他們先前的研究中發(fā)現(xiàn)，他們可以通過提高孔隙率來改善棉質(zhì)設(shè)備的天線增益?，F(xiàn)在，研究人員進(jìn)一步假設(shè)，可以進(jìn)一步操縱接收器的填充物，以使它們不僅舒適，而且具有優(yōu)化的加熱性能和抗癌功效。

科學(xué)家的測(cè)試程序圖。圖片來自國(guó)際跨學(xué)科研究雜志。

制造輻射接收器

考慮到調(diào)整天線的介電特性對(duì)于優(yōu)化其性能至關(guān)重要，因此科學(xué)家著手確定確切的填充水平如何影響它們。為此，該團(tuán)隊(duì)使用Luzbot Taz 6 FDM 3D打印機(jī)生產(chǎn)了三種不同的基于TPU的設(shè)備，其體積百分比分別為40％，70％和100％。研究人員的天線由安裝在介電基板上的導(dǎo)電貼片組成，具有3 mm厚的TPU頂層，可防止它們直接與患者的皮膚接觸。在使用過程中，該設(shè)備的貼片理論上能夠?qū)⑽⒉ㄝ椛渲欣^到自然半球形的乳房組織的中心，將癌細(xì)胞加熱到39–45°C，并使它們呈惰性。

為了測(cè)試新型放射治療設(shè)備的功效，北卡羅來納州的科學(xué)家將它們連接到實(shí)驗(yàn)室制造的半徑為50mm的“乳房幻像”上，并對(duì)其進(jìn)行了廣泛的EM模擬。有趣的是，研究小組發(fā)現(xiàn)，將天線的填充率從100％降低到43.6％，其介電常數(shù)從2.36降低到1.59，并且這種關(guān)系是可預(yù)測(cè)的，并且是線性的。

影像顯示了團(tuán)隊(duì)人工“乳房幻影”中模擬的輻射吸收率。圖片來自《國(guó)際跨學(xué)科研究雜志》

此外，體積為70％和100％的設(shè)備均顯示出2.30 GHz的共振，并在5-7mm深的組織中提供了35-60 W / kg的輻射吸收率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于建議用于低溫治療的8-83 W / kg 。然而，事實(shí)證明，每根天線對(duì)15mm以上的組織都無效，并且填充40％的原型還不夠穩(wěn)定，無法保持其半球形。

結(jié)果，研究人員得出結(jié)論，他們已經(jīng)成功地計(jì)算出了放射療法接收器的介電常數(shù)和固體體積百分比之間的線性關(guān)系，但是它們并未部署在體外應(yīng)用中，如果要在體外應(yīng)用，它們將是僅限于治療乳房淺表區(qū)域?？茖W(xué)家在論文中說：“所用的乳房幻像是同質(zhì)的，不能精確地模仿人體的實(shí)際生物物理表現(xiàn)?！?“真正的女性乳房中有無數(shù)的成分，所有這些成分都可能影響加熱功效。對(duì)于進(jìn)一步的研究，因此必須考慮更逼真的幻像?！?/span>

3D打印的乳腺癌療法

無論是能夠提高組織保留能力的3D打印聚合物導(dǎo)向器，還是患者特定的生物打印植入物，研究人員都在繼續(xù)尋找?guī)椭橄侔┬掖嬲呖祻?fù)的新方法。例如，韓國(guó)Asan醫(yī)學(xué)中心的臨床醫(yī)生已將掃描與3D打印相結(jié)合，以創(chuàng)建可定制的手術(shù)指南，從而改善了乳房切除術(shù)患者的預(yù)后。

在其他地方，以色列3D生物打印公司CollPlant至少?gòu)?/span>2019年開始就對(duì)乳房組織再生植入物進(jìn)行原型制作。該公司相信，未來，其基于膠原蛋白的移植物可以為患者提供更安全的替代方法，以替代更常規(guī)的永久性乳房植入方法。

同樣，3D打印支架開發(fā)商BellaSeno已與贏創(chuàng)達(dá)成協(xié)議，將其RESOMER聚合物用作一系列ISO認(rèn)證的Senella乳房植入物的基礎(chǔ)。最終，該公司旨在通過制造可以被人體安全吸收的植入物來改善乳房重建，隆胸和翻修手術(shù)的程序。

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