Nije stúdzje fynt titanium medyske ymplantaten heul effektyf
3D printing titanium proses
Yn ferliking mei it tradisjonele proses, de foardielen fan 3D printsjen technology te meitsjen personaliseare sjirurgysk implant figueren wurde benammen wjerspegele yn: 3D printing frije foarmjen skaaimerken kinne fluch en sekuer oanpasse de ynterne implant, kin oerwinne de tradisjonele universele implant figuer foarm is ynkompatibel mei it minsklik lichem en syn meganyske eigenskippen binne net oant standert problemen; By it meitsjen fan komplekse struktueren en produkten dy't dreech te ferwurkjen binne, kinne personaliseare mikrostruktueren, benammen poreuze troch struktueren, net allinich oan spesifike fysike en gemyske eigenskippen foldwaan, mar ek biohistokompatibiliteit ferbetterje.
Dizze searje foardielen kin de mienskiplike problemen fan stressbeskerming en lege biologyske aktiviteit fan ymplantaten effektyf oerwinne. Op it stuit binne de meast brûkte en breed brûkte titaniumlegeringen foar 3D-printsjen SLM-technology en EBM-technology.
Selektive Laser Melting (SLM) brûkt laser as waarmte boarne om selektyf te bestralen foarôf lein poedermaterialen om rappe smeltfoarming te berikken. It wichtichste wurkprinsipe is dat ûnder de omjouwing foar beskerming fan inerte gas, it ynstrumint en de apparatuer de laserstraal kontrolearje neffens it filling-scanpaad generearre troch de systeemûntwerpmodus om elke poederlaach te selektearjen en te smelten.
Dan wurdt it platfoarm nei ûnderen ferpleatst, poeder wurdt wer lein en sintering wurdt werhelle oant de hiele foarm foarme is. De beskerming fan inerte gas foarkomt dat it metaal by hege temperatueren reagearret mei oare gassen. SLM technology is hiel breed oanbod fan it foarmjen fan materialen, materiaal besparring en recyclable, net hoege te ûntwerpen en tariede komplekse stipe systeem, dizze rige fan foardielen meitsje SLM technology wurdt mear en mear wiidferspraat brûkt.
Lykwols, SLM hat ek wat neidielen: fanwege de beheinde laser macht en skennen galvanometer deflection Angle, de grutte berik fan dielen taret troch SLM wurdt beheind; Lasers mei hege krêft en heechweardige optyske apparatuer binne djoer om te meitsjen, wat de ekonomyske lêst ta in hichte fergruttet. Troch it brûken fan poedermaterialen yn SLM-technology kin de oerflakkwaliteit fan 'e foarme dielen problematysk wêze, wat fereasket sekundêre ferwurking fan it produkt foar it folgjende wurk; Spheroidization en warping mankeminten kinne ek foarkomme yn it ferwurkjen proses, dat fereasket in fierdere stap foar in strang optimalisearjen fan de ferwurking proseduere Electron beam melting, EBM is in proses dat brûkt elektroanen beam as waarmte boarne te smelten metaal poeder laach foar laach yn fakuüm omjouwing foar additive manufacturing.
Syn wurk prinsipe is: pre-coated poeder, hege-enerzjy elektroanen beam deflection nei fokus te produsearje hege enerzjy yn de lokale lytse gebiet te skennen de poeder laach te produsearje hege temperatuer en sels melt, troch de elektroanen beam trochgeande skennen te produsearje enerzjy tusken de melt pool fúzje en solidification, ferbûn yn in lineêre en planar metalen laach.
Nei it foltôgjen fan de hjoeddeistige laach, werhelje de poederlizzende operaasje om te foarmjen. Yn it produksjeproses nimt EBM de wiere luchtmeltingomjouwing oan om de hege sterkte fan it materiaal te garandearjen en de oksidaasje fan 'e alloy te foarkommen. Yn ferliking mei SLM binne de wichtichste foardielen fan EBM: de effisjinte generaasje fan elektroanenstraalkrêft ferbrûkt minder macht, de produksjesnelheid is heech, sadat de eigentlike totale krêft fan 'e hiele masine heech is; De deflection fan de elektroanen beam hoecht net te ferpleatsen de apparatuer diel, dy't fierder ferbettert de skennen snelheid. De goede termyske omjouwing soarget foar de foarmstabiliteit fan 3D-printe dielen, soarget foar har statyske meganyske eigenskippen, foldocht oan biologyske easken, en it metalen poeder kin ek recycled wurde.
De status en foarútgong fan 3D printe sjirurgyske ymplantaten
Chirurgyske ymplantaten en ortotika mei 3D-printsjen hawwe in kânsryk tapassingsperspektyf op it mêd fan osteology. No binne der hieltyd mear3D printe implant materialenlykas gehoar AIDS, prosthetic ledematen, personaliseare ortopedyske sjirurgy gidsen, keunstmjittige gewrichten, keunstmjittige bûtenste earen, personaliseare dental implants en oare tapassingen yn klinyske personaliseare behanneling. Neffens rapporten, yn 2014, ûndersikers oan 'e Universiteit fan Peking mei súkses ymplantearre in 12-jier-âlde jonge mei in personaliseare 3D-printe keunstmjittige rêchbonke mei mikro-gaten, dat wie it earste gefal yn' e wrâld. Yn itselde jier hawwe dokters en wittenskippers in 5-jier-âld famke yn Skotlân foarsjoen fan in 3D-printe prosthetic palm.
It Stomatology Spesjaliteitssintrum fan it 411e Sikehûs fan it Folkslibbensleger brûkte EBM-technology mei súkses om in mandibulêre titanium-legering-ymplantaat oan te passen en te ymplantearjen mei heul personaliseare simulaasje fan anatomy foar in hemimaxillêre reseksjepasjint. Tidens de operaasje waarden de reseksje fan 'e sike mandibel en yndividuele funksjonele reparaasje yn ien kear foltôge, en de defekte mandibel waard yndividueel reparearre en rekonstruearre. It postoperative effekt wie befredigjend. Lethaus B en oare ûndersikers brûkten 3D-printtechnology om bonken en mikrovaskulêre flappen te rekonstruearjen yn 20 pasjinten mei mandibulêre reseksje, dy't de operaasjetiid ferkoarte en de operaasjekwaliteit ferbettere, en it postoperative effekt wie goed. Yn 'e ôfrûne jierren binne ferlykber nijs en ûndersyk ûntstien yn in einleaze stream, dy't de goede tapassingsperspektiven fan 3D-printsjen op it medyske fjild folslein wjerspegelet.
Oan 'e kant fan ortopedyske produkten geane 3D-printe sjirurgyske ymplantmaterialen ek stadichoan nei kommersjalisaasje en marketing. Yn 2007, bioprinted 3D printe acetabulum cups mei hurde weefsel steigers ûntwikkele troch Italjaanske bedriuw Adler Ortho en LIma-LTO slagge CE sertifisearring. It produkt fan Exactech waard goedkard troch de FDA yn 2010. Yn 2009, it all-titanium lichem fúzje apparaat produsearre troch de Amerikaanske AMT bedriuw mei help fan 3D printsjen ek trochjûn de EU CE sertifisearring. Yn 2013 waard it earste bioprinted skull-ymplantaatprodukt yn 'e Feriene Steaten goedkard troch de FDA, dat is ek it earste personaliseare 3D-printe PEEK-skedelimplantaatfiguer yn 'e wrâld.
Op dizze basis, yn 2014, krige de Feriene Steaten Oxford Company FDA-goedkarring foar 3D-printsjen fan maxillofacial bonkeprodukten (5IOK-modus). Dêrnjonken wurdt it rapportearre dat yn septimber 2015 it 3D-printe minsklike ymplantaat - keunstmjittige heupgewricht ûntwikkele troch it Third Hospital of Beijing Medicine en Beijing Aikang Yicheng Medical Equipment Co., LTD., is registrearre troch de State Food and Drug Administration. It 3D-printe heupgewricht is yn 'e "massaproduksjefaze" yngien, wat betsjut dat Sina's 3D-print-ymplantaten ek yn 'e faze fan produksje binne stapt.
3D-printtechnology hat in hieltyd wichtiger rol sjen litten yn medyske wittenskip en technologyske ynnovaasje, en it ûndersyk en tapassing fan ferskate personaliseare implantprotheses, prosthetyske ledematen, dentale ymplantaten en oare aspekten wurde ek hieltyd wiidweidiger. Dat, de evaluaasje fan biofeiligens fan ymplantaten, taret troch dit nije proses, hat hieltyd mear omtinken nedich.
Undersyk nei biofeiligens fan 3D-printsjen fan titanium
De feiligens fan biomedyske materialen wurdt benammen wjerspegele yn 'e ynteraksje tusken weefsels en materialen. Om biomedyske metalen materialen te foldwaan oan 'e noarmen fan ymplanteare apparaten, moat it ferplicht wurde dat de reaksje feroarsake troch ymplantaasje yn it minsklik lichem op in akseptabel nivo is, en tagelyk kin it gjin kwalitative feroaringen yn' e struktuer en eigenskippen fan it materiaal opwekke. De ynteraksje tusken minsklik lichem en minsklik lichem wurdt benammen wjerspegele yn syn biokompatibiliteit en biologyske funksje.
Dêrom, nei ymplantaasje yn it minsklik lichem, moat it ymplantaat gjin neidielige reaksjes feroarsaakje lykas allergie, ûntstekking en skiekunde yn minsklike sellen, bloed en organen, of de ôfwizing fan minsklike frjemde lichems. Tagelyk is it ek ferplichte dat de ymplantaten dy't foar in lange tiid ymplantearre wurde moatte goede statyske meganyske eigenskippen hawwe, dat is genôch sterkte, passende elastyske modulus, hege stabiliteit, goede korrosjebestriding en duorsume duorsumens. No wurdt de sjirurgyske ymplantaasje fan titaniumlegering in protte brûkt yn klinyske praktyk, en it biokompatibiliteitsûndersyk is ek folwoeksen. Dêrom rjochtet de feiligens fan dielen fan titaniumlegering relatearre oan 3D-printsjen benammen op 'e feiligens fan har biomeganyske funksje.
It ûndersyk nei oft it 3D-printe metaalymplantaat fergelykber is mei de algemiene ymplantprodukten fan it tradisjonele proses yn termen fan meganyske eigenskippen, korrosjebestriding en biokompatibiliteit, en oft guon fan 'e statyske meganyske eigenskippen fan' e alloy-ymplantaat kinne foldwaan oan 'e klinyske tapassing en nasjonale noarmen is noch oan 'e gong. It is fûn dat de parsjele statyske meganyske eigenskippen fan 3D-printe titanium-ymplantaten kinne foldwaan oan klinyske behoeften. Ti6A14V-monsters taret troch EBM-technyk waarden hifke troch direkte trektest en hjitte isostatyske druktest. De resultaten lieten sjen dat de sterkte fan TI6A14V-samples de smeedstandert oergie.
De korrosjebestriding fan 'e Co-Cr-Mo-legering taret troch de SLM-technology is fergelykber mei dy fan' e alloy taret troch it tradisjonele proses, en de hoemannichte ionoplossing yn 'e simulearre speekselomjouwing is minder 3D-printsjen as dy fan' e tradisjonele proseslegering. De Ti6A14V produkt taret troch DMLS technology waard fûn troch EOS bedriuw te hawwen deselde statyske meganyske eigenskippen en wurgens ferset as de tradisjonele smeden troch ridlike post-ferwurking. De poreuze titanium alloy wervels fúzje apparaat taret troch EBM waard implanted yn geit lichem en berikte goede resultaten yn de cervical fúzje model fan skiep. De bonke-materiaal-ynterface wie better dan PEEK-fúzje-apparaat.
Klinysk, de elastyske modulus en oare meganyske eigenskippen fan titanium alloy net oerien mei de eigenskippen fan minsklike bonken, dat sil liede ta it ferskynsel fan "stress shielding" yn it perifeare bonken weefsel fan it ymplant en feroarsaakje osteoporose, resultearret yn bonken absorption, loosening en ferlies fan it ymplant en mislearjen. Om dit probleem te ferminderjen mei titanium-ymplantaten, binne poreuze struktuer-ymplantaten de eagen fan ûndersikers yngien. No hawwe ûndersiken sjen litten dat 3D-printsjen de mikrostruktuer fan ymplantaten mei hege presyzje kin oanpasse om har elastyske modulus en meganyske eigenskippen te feroarjen, om sa te passen mei minsklik bonkenweefsel en fierder ferbetterjen fan biomechanyske funksjes op basis fan it garandearjen fan passende fysiologyske lading.
De kontrolearre struktuer fan Ti6AI4V lichem waard makke troch EBM foarmjen technology, en de ynterne void struktuer waard fûn te wêzen yn oerienstimming mei it teoretyske ûntwerp ûnder skennen elektroanenmikroskopie, dy't berikte de krekte kontrôle fan EBM op 'e struktuer fan 3D printe produkten. Troch de meganyske prestaasjestest is de oerienkommende kompresjesterkte 163MPa en de elastyske modulus is 14MPa by 60.1% poreporositeit, dy't tichtby de minsklike bonke is. In vitro selkultuer liet ek goede selkompatibiliteit sjen.
De poreuze steigers waarden taret troch EBM-technology troch optimisaasje fan ûntwerpparameters, en har meganyske eigenskippen waarden evaluearre. It waard fûn dat de biomechanika fan 'e ûntworpen poreuze materialen in hege graad fan superioriteit hie yn' e simulaasje fan 'e fazekompatibiliteit en ymplantaasje-oerienkomst. Trije soarten poreus titanium mei 300gm, 600gm en 900~tm taret troch SLM waarden ymplantearre yn knyn tibia om it effekt fan poarferhâlding op bonkengroei te ûndersykjen. De resultaten lieten sjen dat it bonkeweefsel mei 600~m poreuze struktuer bettere lingte en biokompatibiliteit hie.
Ut it eachpunt fan bonken groei, in steiger mei ferstelbere porosity en diafragma sil mear befoarderlik wêze foar de oerdracht en oerdracht fan fiedingsstoffen yn it minsklik lichem, en kin ek befoarderje it fermogen fan bonken groei, fergrutsje de kombinaasje fan implants en bonken bêden, en ferlingje de libbensdoer fan 'e prosthesis, sa as te krijen bettere medyske effekten alles dan bêst struktuer titanium. Yn de ôfrûne jierren, multi-hole titanium alloy stap foar stap wurdt beskôge as de meast ideale klinyske nije hurde weefsel reparaasje en ferfangende materialen, en de tapassing fan 3D printe titanium alloy ymplantaten mei ferskate mikroskopyske struktueren of troch struktueren hat ek iepene in nij fjild.