吉林大學第二醫(yī)院王金成教授等 | 分層設計的增材制造骨整合螺釘

來源： 生物設計與制造BDM

從功能上講，骨螺釘是將植入物或骨固定至宿主骨的設備。傳統(tǒng)螺釘依賴螺紋進行機械固定，但它們常因骨整合不良導致遠期松動。為提升骨整合效果，螺釘?shù)脑O計正從實心光滑演變?yōu)槎嗫状植�。增材制造技術具有高度的制造靈活性，可以按照預設計制造相應的多孔粗糙螺釘。本文分析了骨螺釘面臨的主要問題：遠期松動與螺釘斷裂，并從亞微觀、微觀及宏觀三個層面綜述了解決方案的進展。在亞微觀層面，介紹了增強骨整合的表面改性技術。在微觀層面討論了影響多孔骨整合螺釘機械及生物性能的設計參數(shù)，如孔隙率、孔徑和孔結構，并特別強調了三種具有潛力的孔結構：三周期最小表面結構、負泊松比結構和仿骨小梁結構。在宏觀層面則概括了通過梯度設計、漸變設計和拓撲優(yōu)化設計提高多孔骨整合螺釘機械強度的策略。文章還概述了增材制造技術在提升這類螺釘機械性能方面的最新進展。采用分層設計的增材制造骨整合螺釘有望同時提供優(yōu)秀的遠期固定效果和所需的機械強度。

圖1 分層設計的增材制造骨整合螺釘?shù)陌l(fā)展趨勢

圖2 傳統(tǒng)實心螺釘面臨的問題及多孔螺釘?shù)膬?yōu)勢和目前的應用情況

圖3 分層設計的增材制造骨整合螺釘?shù)谋砻嫘揎?/div>

圖4 分層設計的增材制造骨整合螺釘?shù)目紫堵�、孔徑和三周期最小表面設計

圖5 分層設計的增材制造骨整合螺釘?shù)呢摬此杀仍O計和仿骨小梁設計