Astudiaeth Newydd yn Canfod Mewnblaniadau Meddygol Titaniwm yn Effeithiol Iawn
Proses argraffu 3D titaniwm
O'i gymharu â'r broses draddodiadol, mae manteision technoleg argraffu 3D i weithgynhyrchu ffigurau mewnblaniad llawfeddygol personol yn cael eu hadlewyrchu'n bennaf yn: Gall nodweddion ffurfio rhydd argraffu 3D addasu'r mewnblaniad mewnol yn gyflym ac yn gywir, yn gallu goresgyn y siâp ffigur mewnblaniad cyffredinol traddodiadol yn anghydnaws â'r corff dynol ac nid yw ei briodweddau mecanyddol hyd at broblemau safonol; Wrth gynhyrchu strwythurau cymhleth a chynhyrchion anodd eu prosesu, ni all micro-strwythurau personol, yn enwedig strwythurau mandyllog, fodloni priodweddau ffisegol a chemegol penodol yn unig, ond hefyd yn gwella biohistocompatibility.
Gall y gyfres hon o fanteision oresgyn problemau cyffredin cysgodi straen a gweithgaredd biolegol isel mewnblaniadau yn effeithiol. Ar hyn o bryd, yr aloion titaniwm argraffu 3D mwyaf cyffredin a ddefnyddir yn fwyaf cyffredin yw technoleg SLM a thechnoleg EBM.
Mae Toddi Laser Dewisol (SLM) yn defnyddio laser fel ffynhonnell wres i arbelydru deunyddiau powdr wedi'u gosod ymlaen llaw yn ddetholus i gyflawni ffurfio toddi cyflym. Y brif egwyddor waith yw, o dan yr amgylchedd diogelu nwy anadweithiol, bod yr offeryn a'r offer yn rheoli'r trawst laser yn ôl y llwybr sganio llenwi a gynhyrchir gan y modd dylunio system i ddewis a thoddi pob haen o bowdr.
Yna mae'r llwyfan yn cael ei symud i lawr, mae powdr yn cael ei osod eto ac mae sintro yn cael ei ailadrodd nes bod y siâp cyfan yn cael ei ffurfio. Mae'r amddiffyniad nwy anadweithiol yn atal y metel rhag adweithio â nwyon eraill ar dymheredd uchel. Mae technoleg SLM yn ystod eang iawn o ddeunyddiau ffurfio, arbed deunydd ac ailgylchadwy, nid oes angen dylunio a pharatoi system gefnogaeth gymhleth, mae'r gyfres hon o fanteision yn gwneud technoleg SLM yn cael ei defnyddio'n fwy a mwy eang.
Fodd bynnag, mae gan SLM rai anfanteision hefyd: oherwydd y pŵer laser cyfyngedig ac Angle gwyro galfanomedr sganio, bydd ystod maint y rhannau a baratowyd gan SLM yn gyfyngedig; Mae laserau pŵer uchel ac offer optegol o ansawdd uchel yn ddrud i'w cynhyrchu, sy'n cynyddu'r baich economaidd i ryw raddau. Oherwydd y defnydd o ddeunyddiau powdr mewn technoleg SLM, gall ansawdd wyneb y rhannau mowldio fod yn broblemus, sy'n gofyn am brosesu eilaidd y cynnyrch i'w ddefnyddio ar gyfer gwaith dilynol; Gall diffygion spheroidization a warping hefyd ddigwydd yn y broses brosesu, sy'n gofyn am gam pellach i optimeiddio'r weithdrefn brosesu yn llym Toddi trawst electron, mae EBM yn broses sy'n defnyddio trawst electron fel ffynhonnell wres i doddi powdr metel haen fesul haen mewn amgylchedd gwactod ar gyfer gweithgynhyrchu ychwanegion.
Ei egwyddor waith yw: powdr wedi'i orchuddio ymlaen llaw, gwyriad trawst electron ynni uchel ar ôl canolbwyntio i gynhyrchu ynni uchel yn yr ardal fach leol i sganio'r haen powdwr i gynhyrchu tymheredd uchel a hyd yn oed toddi, trwy'r trawst electron sganio parhaus i gynhyrchu ynni rhwng y cyfuniad pwll toddi a solidification, wedi'i gysylltu i mewn i haen fetel llinol a planar.
Ar ôl gorffen yr haen bresennol, ailadroddwch y gweithrediad gosod powdr i ffurfio. Yn y broses gynhyrchu, mae EBM yn mabwysiadu'r amgylchedd toddi aer gwirioneddol i sicrhau cryfder uchel y deunydd ac osgoi ocsidiad yr aloi. O'i gymharu â SLM, prif fanteision EBM yw: mae cynhyrchu pŵer trawst electron yn effeithlon yn defnyddio llai o bŵer, mae'r cyflymder cynhyrchu yn uchel, fel bod cyfanswm pŵer gwirioneddol y peiriant cyfan yn uchel; Nid oes angen i wyriad y trawst electron symud y rhan offer, sy'n gwella'r cyflymder sganio ymhellach. Mae'r amgylchedd thermol da yn sicrhau sefydlogrwydd siâp rhannau printiedig 3D, yn sicrhau ei briodweddau mecanyddol statig, yn bodloni gofynion biolegol, a gellir ailgylchu'r powdr metel hefyd.
Statws a chynnydd mewnblaniadau llawfeddygol printiedig 3D
Mae gan fewnblaniadau llawfeddygol ac orthoteg gydag argraffu 3D ragolygon cais addawol ym maes osteoleg. Nawr mae mwy a mwyDeunyddiau mewnblaniad printiedig 3Dmegis clyw AIDS, aelodau prosthetig, canllawiau llawdriniaeth orthopedig personol, cymalau artiffisial, clustiau allanol artiffisial, mewnblaniadau deintyddol personol a chymwysiadau eraill mewn triniaeth glinigol bersonol. Yn ôl adroddiadau, yn 2014, llwyddodd ymchwilwyr ym Mhrifysgol Peking i fewnblannu bachgen 12 oed ag asgwrn cefn artiffisial wedi'i argraffu 3D personol gyda micro-dyllau, sef yr achos cyntaf yn y byd. Yn yr un flwyddyn, gosododd meddygon a gwyddonwyr gledr prosthetig printiedig 3D i ferch 5 oed yn yr Alban.
Llwyddodd Canolfan Arbenigedd Stomatoleg 411eg Ysbyty Byddin Ryddhad y Bobl i ddefnyddio technoleg EBM i addasu a mewnblannu mewnblaniad aloi titaniwm mandibwlaidd gydag efelychiad hynod bersonol o anatomeg ar gyfer claf echdoriad hemimaxillary. Yn ystod y llawdriniaeth, cwblhawyd echdoriad y mandible heintiedig ac atgyweiriad swyddogaethol unigol mewn un amser, a chafodd y mandible diffygiol ei atgyweirio a'i ailadeiladu'n unigol. Roedd yr effaith ar ôl y llawdriniaeth yn foddhaol. Defnyddiodd Lethaus B ac ymchwilwyr eraill dechnoleg argraffu 3D i ail-greu fflapiau esgyrn a microfasgwlaidd mewn 20 o gleifion ag echdoriad mandibwlaidd, a oedd yn byrhau amser y llawdriniaeth ac yn gwella ansawdd y llawdriniaeth, ac roedd yr effaith ar ôl llawdriniaeth yn dda. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae newyddion ac ymchwil tebyg wedi dod i'r amlwg mewn ffrwd ddiddiwedd, sy'n adlewyrchu'n llawn y rhagolygon cymhwyso da o argraffu 3D yn y maes meddygol.
Ar ochr cynhyrchion orthopedig, mae deunyddiau mewnblaniad llawfeddygol printiedig 3D hefyd yn symud yn raddol tuag at fasnacheiddio a marchnata. Yn 2007, pasiodd cwpanau acetabulum printiedig 3D bioprinted gyda sgaffaldiau meinwe caled a ddatblygwyd gan y cwmni Eidalaidd Adler Ortho a LIma-LTO ardystiad CE. Cymeradwywyd cynnyrch Exactech gan FDA yn 2010. Yn 2009, pasiodd y ddyfais ymasiad corff holl-titaniwm a gynhyrchwyd gan y cwmni AMT Americanaidd gan ddefnyddio argraffu 3D ardystiad CE yr UE hefyd. Yn 2013, cymeradwywyd y cynnyrch mewnblaniad penglog bioprinted cyntaf yn yr Unol Daleithiau gan yr FDA, sydd hefyd yn ffigwr mewnblaniad penglog PEEK printiedig 3D personol cyntaf y byd.
Ar y sail hon, yn 2014, derbyniodd yr Unol Daleithiau Oxford Company gymeradwyaeth FDA ar gyfer argraffu 3D cynhyrchion asgwrn y genau a'r wyneb (modd 5IOK). Yn ogystal, adroddir ym mis Medi 2015, bod y mewnblaniad dynol argraffedig 3D - cymal clun artiffisial a ddatblygwyd gan Drydydd Ysbyty Meddygaeth Beijing a Beijing Aikang Yicheng Medical Equipment Co, LTD., Wedi'i gofrestru gan Weinyddiaeth Bwyd a Chyffuriau'r Wladwriaeth. Mae'r cymal clun argraffedig 3D wedi mynd i mewn i'r "cam cynhyrchu màs", sy'n golygu bod mewnblaniadau argraffu 3D Tsieina hefyd wedi camu i'r cam cynhyrchu.
Mae technoleg argraffu 3D wedi dangos rôl gynyddol bwysig mewn gwyddoniaeth feddygol ac arloesi technoleg, ac mae ymchwil a chymhwyso amrywiol brosthesis mewnblaniad personol, aelodau prosthetig, mewnblaniadau deintyddol ac agweddau eraill hefyd yn fwy a mwy helaeth. Felly, mae angen mwy a mwy o sylw ar y gwerthusiad bioddiogelwch o fewnblaniadau a baratowyd gan y broses newydd hon.
Ymchwil ar fioddiogelwch titaniwm argraffu 3D
Adlewyrchir diogelwch deunyddiau biofeddygol yn bennaf yn y rhyngweithio rhwng meinweoedd a deunyddiau. Er mwyn i ddeunyddiau metel biofeddygol fodloni safonau dyfeisiau wedi'u mewnblannu, rhaid ei gwneud yn ofynnol bod yr adwaith a achosir gan fewnblannu yn y corff dynol ar lefel dderbyniol, ac ar yr un pryd, ni all achosi newidiadau ansoddol yn strwythur a phriodweddau'r deunydd. Adlewyrchir y rhyngweithio rhwng corff dynol a chorff dynol yn bennaf yn ei biocompatibility a swyddogaeth fiolegol.
Felly, ar ôl mewnblannu yn y corff dynol, ni ddylai'r mewnblaniad achosi adweithiau niweidiol megis alergedd, llid a chemeg mewn celloedd dynol, gwaed ac organau, neu wrthod cyrff tramor dynol. Ar yr un pryd, mae hefyd yn ofynnol bod gan y mewnblaniadau y mae angen eu mewnblannu am amser hir briodweddau mecanyddol statig da, hynny yw, cryfder digonol, modwlws elastig priodol, sefydlogrwydd uchel, ymwrthedd cyrydiad da a gwydnwch gwydn. Nawr mae mewnblaniad llawfeddygol aloi titaniwm yn cael ei ddefnyddio'n helaeth mewn ymarfer clinigol, ac mae'r ymchwil biocompatibility hefyd yn aeddfed. Felly, mae diogelwch rhannau aloi titaniwm sy'n ymwneud ag argraffu 3D yn canolbwyntio'n bennaf ar ddiogelwch ei swyddogaeth biomecanyddol.
Mae'r ymchwil i weld a yw'r mewnblaniad metel printiedig 3D yn debyg i gynhyrchion mewnblaniad cyffredinol y broses draddodiadol o ran priodweddau mecanyddol, ymwrthedd cyrydiad a biocompatibility, ac a all rhai o briodweddau mecanyddol statig y mewnblaniad aloi fodloni'r cais clinigol a safonau cenedlaethol yn dal i fod ar y gweill. Canfuwyd y gall priodweddau mecanyddol rhannol statig mewnblaniadau titaniwm printiedig 3D ddiwallu anghenion clinigol. Profwyd samplau Ti6A14V a baratowyd gan dechneg EBM trwy brawf tynnol uniongyrchol a phrawf gwasgu isostatig poeth. Dangosodd y canlyniadau fod cryfder samplau TI6A14V yn uwch na'r safon ffugio.
Mae ymwrthedd cyrydiad yr aloi Co-Cr-Mo a baratowyd gan y dechnoleg SLM yn debyg i wrthwynebiad yr aloi a baratowyd gan y broses draddodiadol, ac mae maint y diddymu ïon yn yr amgylchedd poer efelychiedig yn llai o argraffu 3D na'r aloi proses draddodiadol. Canfu cwmni EOS fod gan y cynnyrch Ti6A14V a baratowyd gan dechnoleg DMLS yr un nodweddion mecanyddol statig a gwrthiant blinder â'r gofannu traddodiadol trwy ôl-brosesu rhesymol. Mewnblannwyd y ddyfais ymasiad fertebra aloi titaniwm hydraidd a baratowyd gan EBM i gorff geifr a chyflawnodd ganlyniadau da yn y model ymasiad ceg y groth o ddefaid. Roedd y rhyngwyneb deunydd asgwrn yn well na dyfais ymasiad PEEK.
Yn glinigol, nid yw'r modwlws elastig a phriodweddau mecanyddol eraill aloi titaniwm yn cyfateb i briodweddau asgwrn dynol, a fydd yn arwain at y ffenomen "cysgodi straen" ym meinwe asgwrn ymylol y mewnblaniad ac yn achosi osteoporosis, gan arwain at amsugno esgyrn, llacio a cholli'r mewnblaniad a methiant. Er mwyn lleihau'r broblem hon gyda mewnblaniadau titaniwm, mae mewnblaniadau strwythur mandyllog wedi mynd i mewn i lygaid ymchwilwyr. Nawr, mae astudiaethau wedi dangos y gall argraffu 3D addasu microstrwythur mewnblaniadau yn fanwl iawn i newid eu modwlws elastig a'u priodweddau mecanyddol, er mwyn cydweddu â meinwe esgyrn dynol a gwella swyddogaethau biomecanyddol ymhellach ar sail sicrhau llwyth ffisiolegol priodol.
Gweithgynhyrchwyd strwythur rheoledig corff Ti6AI4V gan dechnoleg ffurfio EBM, a chanfuwyd bod y strwythur gwag mewnol yn gyson â'r dyluniad damcaniaethol o dan ficrosgopeg electron sganio, a gyflawnodd reolaeth gywir EBM ar strwythur cynhyrchion printiedig 3D. Trwy'r prawf perfformiad mecanyddol, y cryfder cywasgol cyfatebol yw 163MPa ac mae'r modwlws elastig yn 14MPa ar fandylledd mandwll o 60.1%, sy'n agos at yr asgwrn dynol. Roedd diwylliant celloedd in vitro hefyd yn dangos cydnawsedd celloedd da.
Paratowyd y sgaffaldiau mandyllog gan dechnoleg EBM trwy optimeiddio paramedrau dylunio, a gwerthuswyd eu priodweddau mecanyddol. Canfuwyd bod gan fiomecaneg y deunyddiau mandyllog a ddyluniwyd lefel uchel o ragoriaeth wrth efelychu cydweddoldeb cam a chydweddiad mewnblaniad. Mewnblannwyd tri math o ditaniwm mandyllog gyda 300gm, 600gm a 900 ~ tm a baratowyd gan SLM yn tibia cwningen i ymchwilio i effaith cymhareb mandwll ar dwf esgyrn. Dangosodd y canlyniadau fod gan feinwe asgwrn gyda strwythur hydraidd 600 ~ m well hyd a biocompatibility.
O safbwynt twf esgyrn, bydd sgaffald gyda mandylledd addasadwy ac agorfa yn fwy ffafriol i drosglwyddo a throsglwyddo maetholion yn y corff dynol, a gall hefyd hyrwyddo gallu twf esgyrn, cynyddu'r cyfuniad o fewnblaniadau a gwelyau esgyrn, ac ymestyn oes gwasanaeth y prosthesis, er mwyn cael effeithiau meddygol gwell na aloi titaniwm strwythur solet. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, ystyrir mai aloi titaniwm aml-dwll cam wrth gam yw'r deunyddiau atgyweirio ac amnewid meinwe caled newydd clinigol mwyaf delfrydol, ac mae cymhwyso mewnblaniadau aloi titaniwm argraffedig 3D gyda strwythurau microsgopig amrywiol neu drwy strwythurau hefyd wedi agor maes newydd.