吉林大學(xué)第二醫(yī)院王金成教授等 | 分層設(shè)計的增材制造骨整合螺釘

來源： 生物設(shè)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(shè)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(dǎo)致遠期松動。為提升骨整合效果，螺釘?shù)脑O(shè)計正從實心光滑演變?yōu)槎嗫状植�。增材制造技術(shù)具有高度的制造靈活性，可以按照預(yù)設(shè)計制造相應(yīng)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(shù)。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(shè)計參數(shù)，如孔隙率、孔徑和孔結(jié)構(gòu)，并特別強調(diào)了三種具有潛力的孔結(jié)構(gòu)：三周期最小表面結(jié)構(gòu)、負泊松比結(jié)構(gòu)和仿骨小梁結(jié)構(gòu)。在宏觀層面則概括了通過梯度設(shè)計、漸變設(shè)計和拓撲優(yōu)化設(shè)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(shù)在提升這類螺釘機械性能方面的最新進展。采用分層設(shè)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(shè)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(yīng)用情況

圖3 分層設(shè)計的增材制造骨整合螺釘?shù)谋砻嫘揎?/div>

圖4 分層設(shè)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(shè)計

圖5 分層設(shè)計的增材制造骨整合螺釘?shù)呢摬此杀仍O(shè)計和仿骨小梁設(shè)計