Utafiti Mpya Unapata Vipandikizi vya Titanium vya Kimatibabu Vinavyofaa Sana
Mchakato wa uchapishaji wa titani wa 3D
Ikilinganishwa na mchakato wa jadi, faida ya teknolojia ya uchapishaji 3D kutengeneza takwimu Msako upasuaji implant ni hasa yalijitokeza katika: 3D uchapishaji bure kutengeneza sifa unaweza haraka na kwa usahihi Customize implant ndani, inaweza kushinda jadi zima implant sura ya takwimu haiendani na mwili wa binadamu na mali yake mitambo si juu ya matatizo ya kiwango; Katika utengenezaji wa miundo tata na bidhaa ngumu-kuchakata, miundo ndogo ya kibinafsi, haswa porous kupitia miundo, haiwezi tu kufikia mali maalum ya mwili na kemikali, lakini pia huongeza utangamano wa biohisto.
Msururu huu wa manufaa unaweza kushinda kwa ufanisi matatizo ya kawaida ya kuzuia mfadhaiko na shughuli ya chini ya kibayolojia ya vipandikizi. Kwa sasa, aloi za titani za uchapishaji za 3D zinazotumiwa zaidi na zinazotumiwa sana ni teknolojia ya SLM na teknolojia ya EBM.
Uyeyushaji wa Laser Teule (SLM) hutumia leza kama chanzo cha joto ili kuangazia poda iliyowekwa awali ili kuyeyuka kwa haraka. Kanuni kuu ya kazi ni kwamba chini ya mazingira ya ulinzi wa gesi ya inert, chombo na vifaa vinadhibiti boriti ya laser kulingana na njia ya skanning ya kujaza inayotokana na mode ya kubuni ya mfumo ili kuchagua na kuyeyuka kila safu ya poda.
Kisha jukwaa huhamishwa chini, poda huwekwa tena na sintering hurudiwa mpaka sura nzima itengenezwe. Ulinzi wa gesi ya inert huzuia chuma kutokana na kukabiliana na gesi nyingine kwenye joto la juu. Teknolojia ya SLM ni pana sana mbalimbali ya vifaa vya kutengeneza, kuokoa nyenzo na recyclable, hawana haja ya kubuni na kuandaa mfumo wa msaada tata, mfululizo huu wa faida kufanya teknolojia SLM ni zaidi na zaidi kutumika kwa upana.
Hata hivyo, SLM pia ina baadhi ya vikwazo: kwa sababu ya nguvu ndogo ya laser na skanning galvanometer deflection Angle, ukubwa mbalimbali wa sehemu zilizoandaliwa na SLM itakuwa mdogo; Laser za nguvu za juu na vifaa vya ubora wa macho ni ghali kutengeneza, ambayo huongeza mzigo wa kiuchumi kwa kiasi fulani. Kutokana na matumizi ya vifaa vya poda katika teknolojia ya SLM, ubora wa uso wa sehemu za molded inaweza kuwa tatizo, ambayo inahitaji usindikaji wa sekondari wa bidhaa kutumika kwa ajili ya kazi inayofuata; Spheroidization na kasoro warping pia inaweza kutokea katika mchakato wa usindikaji, ambayo inahitaji hatua zaidi ili kuongeza madhubuti mchakato wa usindikaji Electron boriti kuyeyuka, EBM ni mchakato unaotumia boriti elektroni kama chanzo cha joto kuyeyusha safu ya chuma ya unga kwa safu katika mazingira ya utupu kwa ajili ya viwanda livsmedelstillsatser.
Kanuni yake ya kazi ni: poda iliyopakwa awali, kupotoka kwa boriti ya elektroni yenye nishati ya juu baada ya kulenga kuzalisha nishati ya juu katika eneo dogo la eneo ili kuchanganua safu ya unga ili kuzalisha joto la juu na hata kuyeyuka, kupitia skanning ya kuendelea ya boriti ya elektroni ili kuzalisha nishati kati ya mchanganyiko wa dimbwi la kuyeyuka na kukandishwa, iliyounganishwa kwenye safu ya chuma ya mstari na iliyopangwa.
Baada ya kumaliza safu ya sasa, kurudia operesheni ya kuwekewa poda ili kuunda. Katika mchakato wa uzalishaji, EBM inachukua mazingira ya kweli ya kuyeyuka kwa hewa ili kuhakikisha nguvu ya juu ya nyenzo na kuepuka oxidation ya alloy. Ikilinganishwa na SLM, faida kuu za EBM ni: kizazi cha ufanisi cha nguvu ya boriti ya elektroni hutumia nguvu kidogo, kasi ya uzalishaji ni ya juu, ili nguvu halisi ya jumla ya mashine nzima ni ya juu; Upungufu wa boriti ya elektroni hauhitaji kusonga sehemu ya vifaa, ambayo inaboresha zaidi kasi ya skanning. Mazingira mazuri ya joto huhakikisha utulivu wa sura ya sehemu zilizochapishwa za 3D, huhakikisha mali yake ya mitambo ya tuli, inakidhi mahitaji ya kibiolojia, na poda ya chuma pia inaweza kusindika.
Hali na maendeleo ya vipandikizi vya upasuaji vilivyochapishwa vya 3D
Vipandikizi vya upasuaji na viungo vilivyo na uchapishaji wa 3D vina matarajio ya maombi ya kuahidi katika uwanja wa osteolojia. Sasa kuna zaidi na zaidiNyenzo za kupandikiza zilizochapishwa za 3Dkama vile UKIMWI wa kusikia, viungo bandia, mwongozo wa upasuaji wa mifupa wa kibinafsi, viungo bandia, masikio ya nje ya bandia, vipandikizi vya meno vilivyobinafsishwa na matumizi mengine katika matibabu ya kibinafsi ya kliniki. Kulingana na ripoti, mnamo 2014, watafiti katika Chuo Kikuu cha Peking walifanikiwa kumpandikiza mvulana wa miaka 12 na mgongo wa kibinafsi uliochapishwa wa 3D na mashimo madogo, ambayo ilikuwa kesi ya kwanza ulimwenguni. Katika mwaka huo huo, madaktari na wanasayansi waliweka msichana wa miaka 5 huko Scotland na kiganja cha bandia kilichochapishwa cha 3D.
Kituo cha Maalumu cha Stomatology cha Hospitali ya 411 ya Jeshi la Ukombozi la Watu kilitumia kwa ufanisi teknolojia ya EBM kuweka desturi na kupandikiza aloi ya titanium ya mandibulari yenye uigaji wa anatomia wa kibinafsi kwa mgonjwa wa hemimaxillary resection. Wakati wa operesheni, urekebishaji wa utando wenye ugonjwa na ukarabati wa utendakazi wa mtu binafsi ulikamilika kwa wakati mmoja, na utando wenye kasoro ulirekebishwa na kujengwa upya. Athari ya baada ya upasuaji ilikuwa ya kuridhisha. Lethaus B na watafiti wengine walitumia teknolojia ya uchapishaji ya 3D ili kuunda upya flaps ya mfupa na microvascular kwa wagonjwa 20 wenye resection ya mandibular, ambayo ilifupisha muda wa operesheni na kuboresha ubora wa operesheni, na athari ya baada ya kazi ilikuwa nzuri. Katika miaka ya hivi karibuni, habari na utafiti kama huo umeibuka katika mkondo usio na mwisho, ambao unaonyesha kikamilifu matarajio mazuri ya utumiaji wa uchapishaji wa 3D katika uwanja wa matibabu.
Kwa upande wa bidhaa za mifupa, vifaa vya kupandikiza vilivyochapishwa vya 3D pia vinasonga polepole kuelekea biashara na uuzaji. Mnamo mwaka wa 2007, vikombe vya acetabulum vilivyochapishwa vya 3D vilivyochapishwa na viunzi vya tishu ngumu vilivyotengenezwa na kampuni ya Italia Adler Ortho na LIma-LTO vilipitisha uthibitisho wa CE. Bidhaa ya Exactech iliidhinishwa na FDA mwaka wa 2010. Mnamo 2009, kifaa cha kuunganisha mwili wote wa titanium kilichozalishwa na kampuni ya Marekani ya AMT kwa kutumia uchapishaji wa 3D pia kilipitisha uidhinishaji wa CE wa EU. Mnamo mwaka wa 2013, bidhaa ya kwanza ya pandikizi ya fuvu iliyochapishwa kwa kibayolojia nchini Marekani iliidhinishwa na FDA, ambayo pia ni takwimu ya kwanza duniani iliyobinafsishwa ya 3D iliyochapishwa kwenye fuvu la PEEK.
Kwa msingi huu, mwaka wa 2014, Kampuni ya Oxford ya Marekani ilipokea idhini ya FDA kwa uchapishaji wa 3D wa bidhaa za mifupa ya maxillofacial (modi ya 5IOK). Kwa kuongezea, inaripotiwa kuwa mnamo Septemba 2015, 3D iliyochapishwa kwa binadamu implant - hip joint bandia iliyotengenezwa na Hospitali ya Tatu ya Beijing Medicine na Beijing Aikang Yicheng Medical Equipment Co., LTD., imesajiliwa na Utawala wa Chakula na Dawa wa Serikali. Mchanganyiko wa hip uliochapishwa wa 3D umeingia "hatua ya uzalishaji wa wingi", ambayo ina maana kwamba vipandikizi vya uchapishaji vya 3D vya China pia vimeingia katika hatua ya uzalishaji.
Teknolojia ya uchapishaji ya 3D imeonyesha jukumu muhimu zaidi katika uvumbuzi wa sayansi ya matibabu na teknolojia, na utafiti na utumiaji wa vipandikizi mbalimbali vya kibinafsi, viungo bandia, vipandikizi vya meno na vipengele vingine pia ni pana zaidi na zaidi. Kwa hivyo, tathmini ya usalama wa viumbe hai ya vipandikizi iliyotayarishwa na mchakato huu mpya inahitaji umakini zaidi na zaidi.
Utafiti juu ya usalama wa viumbe wa titani ya uchapishaji ya 3D
Usalama wa vifaa vya matibabu huonyeshwa hasa katika mwingiliano kati ya tishu na vifaa. Ili vifaa vya chuma vya biomedical kufikia viwango vya vifaa vilivyowekwa, ni lazima kutakiwa kuwa majibu yanayosababishwa na kuingizwa katika mwili wa binadamu ni katika kiwango cha kukubalika, na wakati huo huo, haiwezi kusababisha mabadiliko ya ubora katika muundo na mali ya nyenzo. Mwingiliano kati ya mwili wa mwanadamu na mwili wa mwanadamu unaonyeshwa haswa katika utangamano wake wa kibiolojia na kazi ya kibaolojia.
Kwa hivyo, baada ya kupandikizwa katika mwili wa binadamu, implant haipaswi kusababisha athari mbaya kama vile mzio, kuvimba na kemia katika seli za binadamu, damu na viungo, au kukataliwa kwa miili ya kigeni ya binadamu. Wakati huo huo, inahitajika pia kwamba implants ambazo zinahitaji kupandwa kwa muda mrefu lazima ziwe na mali nzuri za mitambo ya tuli, yaani, nguvu za kutosha, moduli ya elastic inayofaa, utulivu wa juu, upinzani mzuri wa kutu na uimara wa kudumu. Sasa uwekaji wa upasuaji wa aloi ya titani hutumiwa sana katika mazoezi ya kliniki, na utafiti wa utangamano wa kibayolojia pia umekomaa. Kwa hiyo, usalama wa sehemu za aloi za titani zinazohusiana na uchapishaji wa 3D huzingatia hasa usalama wa kazi yake ya biomechanical.
Utafiti wa iwapo upandikizaji wa chuma uliochapishwa wa 3D unaweza kulinganishwa na bidhaa za jumla za kupandikiza za mchakato wa kitamaduni kulingana na sifa za kiufundi, upinzani wa kutu na upatanifu wa kibiolojia, na ikiwa baadhi ya sifa za mitambo tuli za aloi zinaweza kukidhi matumizi ya kimatibabu na viwango vya kitaifa bado vinaendelea. Imegunduliwa kuwa sifa za mitambo tuli za sehemu ya vipandikizi vya titani vilivyochapishwa vya 3D vinaweza kukidhi mahitaji ya kimatibabu. Sampuli za Ti6A14V zilizotayarishwa kwa mbinu ya EBM zilijaribiwa kwa mtihani wa mvutano wa moja kwa moja na mtihani wa kushinikiza wa isostatic. Matokeo yalionyesha kuwa nguvu za sampuli za TI6A14V zilizidi kiwango cha kughushi.
Upinzani wa kutu wa aloi ya Co-Cr-Mo iliyotayarishwa na teknolojia ya SLM ni sawa na ile ya aloi iliyotayarishwa na mchakato wa kitamaduni, na kiasi cha kuyeyuka kwa ioni katika mazingira ya kuiga mate ni uchapishaji mdogo wa 3D kuliko ule wa aloi ya mchakato wa jadi. Bidhaa ya Ti6A14V iliyotayarishwa na teknolojia ya DMLS ilipatikana na kampuni ya EOS kuwa na sifa sawa za mitambo na upinzani wa uchovu kama ughushi wa jadi kupitia uchakataji unaokubalika. Kifaa cha muunganisho wa aloi ya titanium ya vinyweleo vilivyotayarishwa na EBM kilipandikizwa ndani ya mwili wa mbuzi na kupata matokeo mazuri katika modeli ya muunganisho wa seviksi ya kondoo. Kiolesura cha nyenzo-mfupa kilikuwa bora kuliko kifaa cha muunganisho cha PEEK.
Kliniki, moduli ya elastic na mali nyingine za mitambo ya aloi ya titanium hailingani na mali ya mfupa wa binadamu, ambayo itasababisha hali ya "kinga ya mkazo" katika tishu za mfupa wa pembeni ya implant na kusababisha osteoporosis, na kusababisha ngozi ya mfupa, kulegea na kupoteza implant na kushindwa. Ili kupunguza tatizo hili na vipandikizi vya titani, vipandikizi vya muundo wa vinyweleo vimeingia machoni mwa watafiti. Sasa, tafiti zimeonyesha kuwa uchapishaji wa 3D unaweza kurekebisha muundo mdogo wa vipandikizi kwa usahihi wa juu ili kubadilisha moduli yao ya elastic na sifa za mitambo, ili kuendana na tishu za mfupa wa binadamu na kuboresha zaidi kazi za biomechanical kwa msingi wa kuhakikisha mzigo unaofaa wa kisaikolojia.
Muundo unaodhibitiwa wa mwili wa Ti6AI4V ulitengenezwa na teknolojia ya kutengeneza EBM, na muundo wa ndani wa utupu ulipatikana kuwa unaendana na muundo wa kinadharia chini ya hadubini ya elektroni ya kuchanganua, ambayo ilipata udhibiti sahihi wa EBM kwenye muundo wa bidhaa zilizochapishwa za 3D. Kupitia mtihani wa utendaji wa mitambo, nguvu ya kubana inayolingana ni 163MPa na moduli ya elastic ni 14MPa kwa 60.1% ya pore porosity, ambayo iko karibu na mfupa wa binadamu. Utamaduni wa seli za vitro pia ulionyesha utangamano mzuri wa seli.
Viunzi vya porous vilitayarishwa na teknolojia ya EBM kupitia uboreshaji wa vigezo vya muundo, na mali zao za kiufundi zilitathminiwa. Ilibainika kuwa biomechanics ya vifaa vya porous vilivyotengenezwa vilikuwa na kiwango cha juu cha ubora katika uigaji wa utangamano wa awamu na uwekaji sawa. Aina tatu za titani ya vinyweleo zenye 300gm, 600gm na 900~tm zilizotayarishwa na SLM zilipandikizwa kwenye tibia ya sungura ili kuchunguza athari za uwiano wa pore kwenye ukuaji wa mfupa. Matokeo yalionyesha kuwa tishu za mfupa zenye muundo wa vinyweleo vya 600~m zilikuwa na urefu bora na utangamano wa kibiolojia.
Kwa mtazamo wa ukuaji wa mfupa, kiunzi kilicho na porosity inayoweza kubadilishwa na aperture itakuwa rahisi zaidi kwa maambukizi na uhamishaji wa virutubishi katika mwili wa binadamu, na pia inaweza kukuza uwezo wa ukuaji wa mfupa, kuongeza mchanganyiko wa vipandikizi na vitanda vya mfupa, na kupanua maisha ya huduma ya bandia, ili kupata athari bora za matibabu kuliko muundo thabiti wa titanium aloi. Katika miaka ya hivi karibuni, aloi ya titanium yenye mashimo mengi hatua kwa hatua inachukuliwa kuwa bora zaidi ya kliniki mpya ya ukarabati wa tishu ngumu na vifaa vya uingizwaji, na utumiaji wa vipandikizi vya aloi ya titani iliyochapishwa ya 3D na miundo anuwai ya hadubini au kupitia miundo pia imefungua uwanja mpya.