ハイドロキシアパタイト骨インプラントの3Dプリントに関する研究

ハイドロキシアパタイト骨インプラントの3Dプリントに関する研究
ハイドロキシアパタイトは、歯のエナメル質と骨の主な無機成分である天然鉱物です。 「セラミック 3D 印刷プロセスに基づく複雑な骨の設計の最適化」と題された論文では、研究者チームが 3D 印刷材料の使用方法、さまざまなパラメータの影響の研究方法、そして最終的に 3D 印刷された骨インプラントの作成方法について説明しています。

研究者らはまず、CELLINK の INKREDIBLE+ 3D 印刷インクを使用して、いくつかの立方体形状の足場を 3D プリントしました。印刷後、サンプルは乾燥、焼結され、冷却されました。ブラケットの寸法はノギスを使用して撮影され、ブラケットの圧縮強度をテストするために機械テストが実行されました。次に、走査型電子顕微鏡を使用してサンプルを分析し、マイクロ CT スキャンを実行してスキャフォールドの非破壊的な定性画像を取得し、多孔度計算、体積分率、異方性の程度の定量的な 3D 分析を実行し、最後にケース スタディを実行しました。


「簡単に言うと、遠位橈骨変形癒合のCTスキャンを再建し、CT画像を使用して望ましい臨床的欠損部と移植片を再建し、設計した…研究は肘から手根中手骨関節まで行われた」と研究者らは述べた。 「DICOM ファイルは医療画像処理ソフトウェアにインポートされ、CT 画像をセグメント化して前腕骨の 3 次元仮想モデルを生成しました。こうして仮想骨切り術が行われ、橈骨の角度と回転のずれを正確に修正することができました。」

Formlabs Form 2 3D プリンターを使用して、患者の欠損部分の 3D モデルを透明樹脂で 3D プリントしました。欠陥のある移植片の CAD は、焼結後の収縮を補正するために拡大され、その後、ハイドロキシアパタイト インクを使用して 3D プリントされました。 焼結後、インプラントは欠損部に接着され、構造全体が CT スキャンされました。

この過程で、研究者らは焼結後の収縮率が充填密度に比例することを発見した。

「焼結後の平均外部体積は、充填密度 100% の場合と比較して、充填密度 75% の場合で 50% 未満です」と研究者らは説明しています。「…体積収縮と充填密度の関係は、この研究で開発された HA インクを使用して 3D プリントされた形状の収縮レベルを正確に予測するために使用できます。したがって、この情報は設計プロセス中に形状を拡大するために使用でき、それによって最終的なプリント後の焼結プロセスで精度を維持できます。」

印刷速度、押し出し力、インク粘度などのさまざまなパラメータが、焼結前のスキャフォールドの多孔性の向上に貢献します。スキャフォールドマトリックスからバインダーを除去後、温度の上昇により粒子が振動し、互いに近づくため、多孔性が低下し、安定性が向上します。

「焼結プロセス後のHAベースの3Dプリント構造の3次元幾何学的収縮の関係を理解することで、設計ファイルと最終的な機械加工オブジェクト間の相関関係を予測でき、術前のCTスキャンから患者固有の骨欠損を印刷できるようになります」と研究者らは結論付けました。 「この研究は、臨床応用のための材料と 3D 設計プロセスの最適化に重要な意味を持っています。この方法で骨移植片を生産すると、自家移植の必要性を減らし、手術時間を短縮できる可能性があり、手術の全体的な結果とコストに影響を与えます。」

論文著者: Roopavath Uday Kiran、Sara Malferrari、Annemieke Van Haver、Frederik Verstreken、Subha Naryan Rath、Deepak N. Kalaskar。

ヒドロキシ、ハイドロキシアパタイト、アパタイト、3D プリント、印刷

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