Razi Journal of Medical Sciences

fa مروری بر کاربردهای تکنولوژی چاپ سه بعدی در پرتودرمانی A review on applications of three-dimensional printing technology in radiotherapy فیزیک‌پزشکی Biophysics مروري review article <div style="text-align: justify;">امروزه از فناوری چاپ سه بعدی برای نمونه سازی سریع اجسام با کیفیت بالا استفاده می‌شود، به طوری که این فناوری نقش مهمی در زمینه‌های مدرن پزشکی، به ویژه در جراحی، پرتودرمانی، رادیولوژی و غیره دارد. به طور کلی، روند ایجاد یک جسم فیزیکی از یک مدل دیجیتال به عنوان یک تعریف ساده از چاپ سه بعدی در نظر گرفته شده است. در مقایسه با چاپگرهای معمولی، چاپگرهای سه بعدی یک مدل سه بعدی فیزیکی از هدف مورد نظر را ایجاد می‌کنند. ایجاد یک مدل توسط چاپگر سه بعدی به یک مدل سه بعدی دیجیتال نیاز دارد که می‌تواند با اسکن مجموعه ای از تصاویر سه بعدی یا ترسیم آنها با استفاده از نرم افزار طراحی CAD و همچنین با استفاده از داده‌های توموگرافی کامپیوتری (CT) یا تصویربرداری با تشدید مغناطیسی (MRI) حاصل شود. امروزه چاپگرهای سه بعدی قادر به تولید الگویی واقع گرایانه از هندسه‌های پیچیده هستند ، بنابراین فناوری چاپ سه بعدی می‌تواند یک روش مکمل و امیدوار‌کننده برای درمان بیماران و ساخت تجهیزات خاص برای آنها، به ویژه در رادیوتراپی باشد. فناوری چاپ سهبعدی روشی سریع، عملی و ارزان برای رساندن دوز یکنواخت به حجم مورد نظر و در عین محافظت از بافتهای سالم در میدان تابش است. بهعلاوه، این فناوری باعث کاهش ناراحتی بیمار می‌شود که میتواند دستگاه‌های رادیوتراپی خاصی را برای هر بیمار فراهم کند. استفاده از دستگاههای چاپ سهبعدی، بر اساس ویژگیهای آناتومیکی هر بیمار در رادیوتراپی، مانند بولوس و وسایل ثابت کننده میتواند عدم اطمینان روزانه (در انجام رادیوتراپی) را کاهشدهد و هم‌چنین دقت درمان را افزایش دهد. فناوری چاپ سه بعدی کاربران را قادر می سازد تا از مواد مختلفی برای عملکرد بهتر روش رادیوتراپی استفاده کنند. PLA و ABS به عنوان متداول‌ترین مواد مورد استفاده در فناوری چاپ سهبعدی معرفی شدهاند. PLA نوعی پلیمر پلاستیکی بدون بو است که میتواند در بسیاری از صنایع مانند ایمپلنتهای زیست تخریب پذیر و بسته بندی مواد غذایی مورد استفاده قرار گیرد. ABS مقاوم‌تر از PLA است بهطوریکه میتواند درجه حرارت بالا را تحمل کند. فناوری چاپ سه بعدی پتانسیل بالایی برای بهبود دقت و کارایی رادیوتراپی شخصی دارد بهگونهای که این فناوری روشی نسبتاً ارزان و موثر برای تولید دستگاههای مبتنی بر آناتومی فردی در رادیوتراپی را ارائه می دهد. استفاده عملی از فناوری چاپ سهبعدی در پرتودرمانی میتواند نتایج درمان را بهبود بخشد و خطای درمانی را کاهش دهد بهطوریکه نقاط ضعف روشهای رادیوتراپی سنتی قابل رفع میباشد. </div> Nowadays, 3D printing technology is used for rapid prototyping of high quality objects, so that this technology plays an important role in the modern fields of medicine, especially in surgery, radiation therapy, radiology and etc.  Generally, the process of creating a physical object from a digital model is considered as a simple definition of 3D printing. Compared to conventional printers, 3D printers create a physical 3D model of the desire target. Creation of a model by 3D printer requires a digital 3D model which can be obtained by scanning a set of 3D images or drawing them using CAD design software, as well as using computed tomography (CT) data or magnetic resonance imaging (MRI) imaging. Then, this digital model is sent to the printer and finally, a 3D layer-by-layer model is created. The whole mentioned process is called as fast prototyping or 3D printing. Since, personal radiotherapy is introduced as one of the main modality for the treatment and management of various cancers, requires precise details to improve the performance of the employed modality. Todays, 3D printers are able to produce a realistic model of complex geometries, so 3D printing technology can be a complementary and promising method for treating patients and making specific equipment for them, especially in radiotherapy.  The dramatic growth of 3D printing technology in various fields of medicine in recent years, has led to the introduction of new applications of this technology in these fields, so that the importance of this technology in improving the performance of treatment modalities, has been reported in several recent studies. The use of 3D printing technology will reduce the cost of radiation therapy which as a promising method, can enhance the efficacy of employed modality. Performed studies have shown that 3D printing technology is a fast, practical and inexpensive method for delivering a uniform dose to the target volume while protecting healthy tissues in the radiation field.  Furthermore, this technology reduces patient discomfort which can provide specific radiotherapy devices to each patient. The employment of 3D printed devices, based on the anatomical features of each patient in radiotherapy, such as bolus and fixed devices can reduce daily uncertainty (in radiotherapy) and also increase the accuracy of treatment. 3D printing technology enables users to employ various materials for better performance of radiotherapy method.  So far, several materials have been used and evaluated to produce the desired 3D object via the 3D printing technology, including polylactic acid (PLA), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyethylene terephthalate glycol (PETG), thermoplastic elastomers (TPE), Polyamide (PA, also called nylon), thermoplastic polyurethane (TPU), and polyvinyl acetate. The accuracy and efficacy of 3D printing technology highly depends on the performed materials for creation of the 3D objects. PLA and ABS have been introduced as the most common performed materials in 3D printing technology. PLA is a type of odorless plastic polymer which can be used in many industries, such as biodegradable implants and food packaging. ABS is more resistant than PLA which can tolerate the high temperatures.  PA material is flexible, very cohesive and very resistant as a plastic polymer as well. The most common use of TPE has been introduced in the construction of flexible objects which with the use of this material objects can be created in a short time.  PETG materials are a combination of PET and glycols with different concentrations. All the mentioned materials are available in the form of filaments with diameters of 1.75 mm and 3 mm. Performed investigations in our present work have shown that patient-specific devices can be generated from volumetric CT images or MRI data by 3D printing. In fact, 3D printing technology has great potential for improving the accuracy and efficiency of personal radiotherapy which this technology offers a relatively inexpensive and effective method to produce devices based on individual anatomy in radiotherapy. The practical usage of the 3D printing technology in radiation therapy can improve treatment outcomes and reduce treatment error which the weaknesses of traditional radiotherapy methods can be eliminated. Due to the advantages of this new method, the main aim of present review is to introduce some applications of 3D printing technology in radiotherapy, as a new approach in this therapeutic method, such as bolus, phantoms, brachytherapy applicators, filters, patient fixation devices, compensatory blocks and grid blocks. In most of the performed studies, the advent of 3D printing technology in the field of radiotherapy has been reported as a cost-effective and accessible method so that more practical parts can be produced. Performed studies also showed that the favorable agreement between the printed model in terms of matching the unique body geometry of each patient will reduce the side effects of radiation to healthy tissues..   تکنولوژی چاپ سه بعدی, پرتودرمانی, سرطان, بلوس, اپلیکاتورهای براکی تراپی 3D printing technology, Radiotherapy, Cancer, Bolus, Brachytherapy applicators 240 253 http://rjms.iums.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-5006-1&slc_lang=fa&sid=1 Seyed Hamid Zoljalali Moghaddam سید حمید ذوالجلالی مقدم zoljalali.h@tak.iums.ac.ir 3900319475328460053827 3900319475328460053827 Yes Iran University of Medical Sciences گروه فیزیک پزشکی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی ایران، تهران، Hamed Ghaffari حامد غفاری hamedghaffari@yahoo.com 3900319475328460053828 3900319475328460053828 No Iran University of Medical Sciences دانشگاه علوم پزشکی ایران Reza Shams Abadi رضا شمس آبادی rshams220@gmail.com 3900319475328460053829 3900319475328460053829 No Hakim Sabzevari University دانشگاه حکیم سبزواری Seied Rabi Mahdavi سید ربیع مهدوی srmahdavi@hotmail.com 3900319475328460053830 3900319475328460053830 No Iran University of Medical Sciences دانشگاه علوم پزشکی ایران Hamid Reza Baghani حمیدرضا باغانی hamidreza.baghani@gmail.com 3900319475328460053831 3900319475328460053831 No Hakim Sabzevari University دانشگاه حکیم سبزواری