Шинэ судалгаагаар титан анагаах ухааны суулгац өндөр үр дүнтэй болохыг тогтоожээ

3D хэвлэх титан процесс

Уламжлалт үйл явцтай харьцуулахад 3D хэвлэх технологийн давуу тал нь: 3D хэвлэх нь чөлөөт хэлбэрийн шинж чанар нь дотоод имплантыг хурдан бөгөөд үнэн зөв тохируулах, уламжлалт бүх нийтийн суулгацын хэлбэрийг даван туулах, хүний ​​биед нийцэхгүй, механик шинж чанар нь стандартын шаардлагад нийцэхгүй байх; Нарийн төвөгтэй бүтэц, боловсруулахад хэцүү бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд хувь хүний ​​бичил бүтэц, ялангуяа сүвэрхэг бүтэц нь зөвхөн физик, химийн шинж чанарыг хангаад зогсохгүй биогистокомбицийг сайжруулдаг.

Энэхүү цуврал давуу талууд нь суулгацын стрессээс хамгаалах, бага биологийн идэвхжил зэрэг нийтлэг асуудлуудыг үр дүнтэй даван туулж чадна. Одоогийн байдлаар 3D хэвлэх титан хайлшаас хамгийн өргөн хэрэглэгддэг, өргөн хэрэглэгддэг нь SLM технологи, EBM технологи юм.

Сонгомол лазер хайлах (SLM) нь лазерыг дулааны эх үүсвэр болгон ашигладаг бөгөөд хурдан хайлах хэлбэрийг бий болгохын тулд урьдчилан тавьсан нунтаг материалыг сонгон гэрэлтүүлдэг. Ажлын гол зарчим нь инертийн хийн хамгаалалтын орчинд багаж, төхөөрөмж нь нунтаг давхарга бүрийг сонгож хайлуулахын тулд системийн дизайны горимоор үүсгэсэн дүүргэх сканнерын замын дагуу лазер туяаг удирддаг.

Дараа нь тавцан доош хөдөлж, нунтаг дахин тавьж, бүхэл бүтэн хэлбэр үүсэх хүртэл синтеринг давтан хийнэ. Инерцийн хийн хамгаалалт нь өндөр температурт метал бусад хийтэй урвалд орохоос сэргийлдэг. SLM технологи нь маш өргөн хүрээний хэлбэржүүлэгч материал, материал хэмнэлттэй, дахин ашиглах боломжтой, нарийн төвөгтэй дэмжлэгийн системийг зохион бүтээх, бэлтгэх шаардлагагүй, энэхүү цуврал давуу талууд нь SLM технологийг улам бүр өргөнөөр ашигладаг.

Гэсэн хэдий ч SLM нь зарим сул талуудтай: лазерын хүч, гальванометрийн хазайлтын өнцөг хязгаарлагдмал тул SLM-ийн бэлтгэсэн хэсгүүдийн хэмжээ хязгаарлагдмал байх болно; Өндөр хүчин чадалтай лазер, өндөр чанартай оптик төхөөрөмжийг үйлдвэрлэхэд үнэтэй байдаг нь эдийн засгийн ачааллыг тодорхой хэмжээгээр нэмэгдүүлдэг. SLM технологид нунтаг материалыг ашигладаг тул цутгасан эд ангиудын гадаргуугийн чанарт асуудал үүсч болзошгүй тул дараагийн ажилд ашиглах бүтээгдэхүүнийг хоёрдогч боловсруулалт шаарддаг; Боловсруулалтын явцад бөмбөрцөгжилт, нугасны согогууд ч гарч болзошгүй бөгөөд энэ нь боловсруулалтын горимыг оновчтой болгохын тулд цаашдын алхамыг шаарддаг Электрон туяа хайлуулах, EBM нь нэмэлт үйлдвэрлэлд металл нунтаг давхаргыг вакуум орчинд хайлуулахын тулд электрон цацрагийг дулааны эх үүсвэр болгон ашигладаг процесс юм.

Түүний ажиллах зарчим нь: урьдчилан бүрсэн нунтаг, өндөр энергитэй электрон цацрагийн хазайлт нь орон нутгийн жижиг талбайд өндөр эрчим хүч үйлдвэрлэхэд анхаарлаа төвлөрүүлсний дараа нунтаг давхаргыг сканнердаж өндөр температур, жигд хайлмал үүсгэх, электрон цацрагийг тасралтгүй сканнердах замаар хайлмал усан сан хайлуулах ба хатуурах хооронд эрчим хүч үйлдвэрлэх, шугаман болон хавтгай металл давхаргад холбогдсон.

Одоогийн давхаргыг дуусгасны дараа нунтаг тавих ажлыг давтан хийнэ. Үйлдвэрлэлийн явцад EBM нь материалын өндөр бат бөх чанарыг хангаж, хайлш исэлдэхээс зайлсхийхийн тулд жинхэнэ агаар хайлах орчинг ашигладаг. SLM-тэй харьцуулахад EBM-ийн гол давуу талууд нь: электрон цацрагийн хүчийг үр ашигтай үйлдвэрлэх нь бага эрчим хүч зарцуулдаг, үйлдвэрлэлийн хурд өндөр, ингэснээр бүхэл бүтэн машины бодит нийт хүч өндөр байдаг; Электрон цацрагийн хазайлт нь төхөөрөмжийн хэсгийг хөдөлгөх шаардлагагүй бөгөөд энэ нь сканнердах хурдыг улам сайжруулдаг. Дулааны сайн орчин нь 3D хэвлэсэн эд ангиудын хэлбэрийн тогтвортой байдлыг хангаж, статик механик шинж чанарыг баталгаажуулж, биологийн шаардлагад нийцсэн, металл нунтагыг мөн дахин боловсруулж болно.

3D хэвлэсэн мэс заслын суулгацын байдал, явц

3D хэвлэлт бүхий мэс заслын имплант ба ортопедийг яс судлалын салбарт ашиглах ирээдүйтэй. Одоо улам олон болж байна3D хэвлэсэн суулгацын материалсонсголын ДОХ, хиймэл мөч, ортопедийн мэс заслын хувь хүний ​​гарын авлага, хиймэл үе, хиймэл гадна чих, хувийн шүдний суулгац болон эмнэлзүйн хувийн эмчилгээний бусад хэрэглээ. Мэдээллийн дагуу 2014 онд Бээжингийн их сургуулийн судлаачид 12 настай хүүд бичил нүх бүхий 3D хэвлэсэн хиймэл нурууг амжилттай суулгасан нь дэлхийд анхны тохиолдол болсон юм. Мөн онд эмч, эрдэмтэд Шотландад 5 настай охинд 3D хэвлэсэн хиймэл далдуу мод суулгажээ.

Ардын чөлөөлөх армийн 411-р эмнэлгийн стоматологийн мэргэжлийн төв нь EBM технологийг ашиглан эрүүний дээд хэсгийн тайралттай өвчтөнд анатомийн загварчлалыг өндөр түвшинд тохируулсан эрүүний титан хайлш суулгацыг захиалгаар суулгаж, амжилттай суулгалаа. Хагалгааны үеэр өвчтэй эрүүний тайралт, хувь хүний ​​функциональ засварыг нэг дор хийж, гэмтэлтэй эрүүний тэнхлэгийг нэг бүрчлэн засч, сэргээн засварласан. Хагалгааны дараах үр нөлөө нь хангалттай байсан. Lethaus B болон бусад судлаачид эрүүний тайралттай 20 өвчтөнд ясны болон бичил судасны хавтсыг сэргээхэд 3D хэвлэх технологийг ашигласан нь хагалгааны хугацааг богиносгож, хагалгааны чанарыг сайжруулж, хагалгааны дараах үр нөлөө сайн болсон. Сүүлийн жилүүдэд үүнтэй төстэй мэдээ, судалгаанууд эцэс төгсгөлгүй гарч ирсэн бөгөөд энэ нь 3D хэвлэхийг анагаах ухааны салбарт ашиглах сайн боломжийг бүрэн харуулж байна.

Ортопедийн бүтээгдэхүүний хажуугаар 3D хэвлэсэн мэс заслын суулгацын материалууд нь арилжааны болон зах зээлд аажмаар шилжиж байна. 2007 онд Италийн Adler Ortho болон LIma-LTO компаниудын бүтээсэн хатуу эдийн шатан бүхий биопринт 3D хэвлэсэн ацетабулум аяга нь CE гэрчилгээг авсан. Exactech-ийн бүтээгдэхүүн нь 2010 онд FDA-аас зөвшөөрөгдсөн. 2009 онд Америкийн AMT компанийн 3D хэвлэгчээр үйлдвэрлэсэн титан биеийг хайлуулах төхөөрөмж нь ЕХ-ны CE гэрчилгээг мөн давсан. 2013 онд АНУ-д анхны био хэвлэмэл гавлын ясны суулгацын бүтээгдэхүүнийг FDA-аас зөвшөөрсөн бөгөөд энэ нь мөн дэлхийн анхны хувийн болгосон 3D хэвлэсэн PEEK гавлын суулгац юм.

Үүний үндсэн дээр 2014 онд АНУ-ын Оксфорд компани эрүү нүүрний ясны бүтээгдэхүүнийг 3D хэвлэх (5IOK горим) FDA зөвшөөрлийг авсан. Түүнчлэн 2015 оны есдүгээр сард Бээжингийн Анагаах ухааны гуравдугаар эмнэлэг болон Бээжингийн Айкан Ичен эмнэлгийн тоног төхөөрөмж ХХК-тай хамтран бүтээсэн хүний ​​3D хэвлэсэн суулгац - хиймэл түнхний үеийг Улсын Хүнс, Эмийн Удирдах Газарт бүртгүүлсэн гэх мэдээлэл байна. 3D хэвлэмэл түнхний үе нь "бүх хэмжээний үйлдвэрлэлийн үе шатанд" орсон нь Хятадын 3D хэвлэх имплантууд ч үйлдвэрлэлийн шатандаа орсон гэсэн үг.

3D хэвлэх технологи нь анагаах ухааны шинжлэх ухаан, технологийн шинэчлэлд улам чухал үүрэг гүйцэтгэж байгаа бөгөөд төрөл бүрийн хувийн имплант протез, хиймэл мөч, шүдний суулгац болон бусад чиглэлийн судалгаа, хэрэглээ улам бүр өргөн хүрээтэй болж байна. Тиймээс энэхүү шинэ процессоор бэлтгэгдсэн суулгацын биоаюулгүй байдлын үнэлгээ нь улам бүр анхаарал хандуулах шаардлагатай байна.

3D хэвлэх титаны биоаюулгүй байдлын судалгаа

Био анагаахын материалын аюулгүй байдал нь эд ба материалын харилцан үйлчлэлд голчлон илэрдэг. Био-анагаах ухааны металл материалыг суулгац суулгасан төхөөрөмжийн стандартад нийцүүлэхийн тулд хүний ​​биед суулгацаас үүсэх урвал нь хүлээн зөвшөөрөгдөх түвшинд байх ёстой бөгөөд үүний зэрэгцээ материалын бүтэц, шинж чанарт чанарын өөрчлөлтийг өдөөж болохгүй. Хүний бие ба хүний ​​бие махбодийн харилцан үйлчлэл нь түүний био нийцтэй байдал, биологийн үйл ажиллагаанд голчлон илэрдэг.

Иймд суулгацыг хүний ​​биед суулгасны дараа хүний ​​эд эс, цус, эд эрхтэнд харшил, үрэвсэл, химийн урвал үүсгэх, хүний ​​гадны биетийг гадагшлуулах зэрэг сөрөг нөлөө үзүүлэхгүй байх ёстой. Үүний зэрэгцээ удаан хугацаагаар суулгах шаардлагатай имплант нь сайн статик механик шинж чанартай байх ёстой, өөрөөр хэлбэл хангалттай бат бөх, тохирох уян хатан модуль, өндөр тогтвортой байдал, зэврэлтэнд сайн тэсвэртэй, удаан эдэлгээтэй байх ёстой. Одоо титан хайлшийг мэс заслын аргаар суулгах нь эмнэлзүйн практикт өргөн хэрэглэгддэг бөгөөд био нийцтэй байдлын судалгаа ч боловсорч гүйцсэн. Тиймээс 3D хэвлэлттэй холбоотой титан хайлшны эд ангиудын аюулгүй байдал нь түүний биомеханик үйл ажиллагааны аюулгүй байдалд голчлон анхаардаг.

3D хэвлэсэн металл имплант нь механик шинж чанар, зэврэлтэнд тэсвэртэй, био нийцтэй байдлын хувьд уламжлалт процессын ерөнхий имплантын бүтээгдэхүүнтэй харьцуулах боломжтой эсэх, хайлш суулгацын зарим статик механик шинж чанар нь эмнэлзүйн хэрэглээ болон үндэсний стандартад нийцэж чадах эсэх зэрэг судалгааны ажил үргэлжилж байна. 3D хэвлэсэн титан имплантын хэсэгчилсэн статик механик шинж чанар нь эмнэлзүйн хэрэгцээг хангаж чаддаг нь тогтоогдсон. EBM техникээр бэлтгэсэн Ti6A14V дээжийг шууд суналтын туршилт, халуун изостатик даралтын туршилтаар туршсан. Үр дүн нь TI6A14V дээжийн бат бэх нь хуурамчаар үйлдэх стандартаас давсан болохыг харуулсан.

SLM технологиор бэлтгэсэн Co-Cr-Mo хайлшийн зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал нь уламжлалт аргаар бэлтгэсэн хайлштай төстэй бөгөөд дуурайлган шүлсний орчинд ионы уусалтын хэмжээ нь уламжлалт технологийн хайлштай харьцуулахад 3D хэвлэхээс бага байна. DMLS технологиор бэлтгэсэн Ti6A14V бүтээгдэхүүн нь уламжлалт хуурамчаар үйлдэхтэй ижил статик механик шинж чанар, ядаргаанд тэсвэртэй болохыг дараах үндэслэлтэй боловсруулалтаар EOS компани тогтоосон. EBM-ийн бэлтгэсэн сүвэрхэг титан хайлш нугалам хайлуулах төхөөрөмжийг ямааны биед суулгаж, хонины умайн хүзүүг нэгтгэх загварт сайн үр дүнд хүрсэн. Ясны материалын интерфейс нь PEEK хайлуулах төхөөрөмжөөс илүү сайн байсан.

Эмнэлзүйн хувьд титан хайлшийн уян хатан модуль болон бусад механик шинж чанар нь хүний ​​ясны шинж чанартай таарахгүй байгаа нь имплантын захын ясны эдэд "стресс хамгаалах" үзэгдэл үүсч, ясны сийрэгжилт үүсэх, улмаар ясны шимэгдэлт, сулрал, имплант алдагдахад хүргэдэг. Титан суулгацтай холбоотой энэ асуудлыг багасгахын тулд сүвэрхэг бүтэцтэй суулгацууд судлаачдын нүдэнд оржээ. Одоо 3D хэвлэснээр имплантын микро бүтцийг өндөр нарийвчлалтайгаар тохируулан уян хатан модуль, механик шинж чанарыг нь өөрчилж, хүний ​​ясны эдэд тохируулан биомеханик функцийг физиологийн зохих ачааллыг хангах үндсэн дээр сайжруулдаг болохыг судалгаагаар тогтоожээ.

Ti6AI4V биеийн удирдлагатай бүтцийг EBM хэлбэржүүлэх технологиор үйлдвэрлэсэн бөгөөд дотоод хоосон бүтэц нь сканнердсан электрон микроскопийн онолын загвартай нийцэж байгаа нь 3D хэвлэмэл бүтээгдэхүүний бүтцэд EBM-ийг нарийн хянах боломжтой болсон. Механик гүйцэтгэлийн туршилтаар шахалтын бат бэх нь 163МПа, уян харимхай модуль нь 14МПа 60.1% нүх сүвэрхэг бөгөөд хүний ​​ястай ойролцоо байна. In vitro эсийн өсгөвөр нь эсийн сайн нийцтэй байдлыг харуулсан.

Сүвэрхэг шатануудыг дизайны параметрүүдийг оновчтой болгох замаар EBM технологиор бэлтгэж, механик шинж чанарыг нь үнэлэв. Загвар хийсэн сүвэрхэг материалын биомеханикууд нь фазын нийцтэй байдал, суулгацын зохицлыг загварчлахад өндөр түвшний давуу талтай болохыг тогтоожээ. Нүхжилтийн харьцаа ясны өсөлтөд хэрхэн нөлөөлж байгааг судлах зорилгоор туулайн шилбэний ясанд 300гр, 600гм, 900~тм хэмжээтэй 3 төрлийн сүвэрхэг титаныг СЛМ-ээр бэлтгэсэн. Үр дүн нь 600~м сүвэрхэг бүтэцтэй ясны эд нь илүү урт, био нийцтэй болохыг харуулсан.

Ясны өсөлтийн үүднээс авч үзвэл сүвэрхэг, нүхний нүхийг тохируулж болохуйц шат нь хүний ​​биед шим тэжээлийг дамжуулах, дамжуулахад илүү таатай байхаас гадна ясны өсөлтийг дэмжих, имплант болон ясны давхаргын хослолыг нэмэгдүүлэх, протезийн ашиглалтын хугацааг уртасгаж, хатуу бүтэцтэй титан бүхнээс илүү эрүүл мэндийн үр нөлөөг бий болгоно. Сүүлийн жилүүдэд олон нүхтэй титан хайлшийг алхам алхмаар эмнэлзүйн хамгийн тохиромжтой шинэ хатуу эдийг засах, орлуулах материал гэж үзэж байгаа бөгөөд 3D хэвлэмэл титан хайлш суулгацыг янз бүрийн микроскопийн бүтэцтэй эсвэл бүтцээр дамжуулан хэрэглэх нь шинэ талбарыг нээж өгсөн.