吉林大学第二病院の王金成教授ら | 積層設計による付加製造骨結合ネジ

吉林大学第二病院の王金成教授ら | 積層設計による付加製造骨結合ネジ
出典: バイオデザイン・製造 (BDM)

機能的には、骨ネジはインプラントまたは骨をホストの骨に固定する装置です。従来のネジは機械的な固定にネジ山に依存していますが、骨結合が不十分なために長期的に緩んでしまうことがよくあります。骨の結合を改善するために、ネジのデザインは、堅くて滑らかなものから多孔質で粗いものへと進化しています。付加製造技術は製造の柔軟性が高く、事前設計に従って対応する多孔質粗ネジを製造することができます。この記事では、骨ネジが直面する主な問題である長期的な緩みとネジの破損を分析し、サブ顕微鏡レベル、顕微鏡レベル、マクロレベルからの解決策の進捗状況を確認します。顕微鏡下レベルでは、骨結合を強化するための表面改質技術が導入されています。多孔性骨結合スクリューの機械的および生物学的特性に影響を与える設計パラメータ(多孔度、細孔サイズ、細孔構造など)を顕微鏡レベルで説明し、特に 3 つの潜在的な細孔構造(3 周期最小表面構造、負のポアソン比構造、骨を模倣した骨梁構造)に重点を置きます。マクロレベルでは、勾配設計、段階的変化設計、トポロジー最適化設計を通じて多孔質骨結合ネジの機械的強度を改善するための戦略がまとめられています。この記事では、このようなネジの機械的特性を改善するための積層造形技術の最新の進歩についても概説しています。積層設計により製造された骨結合型ネジは、優れた長期固定性と必要な機械的強度の両方を提供することが期待されています。

図1 積層設計の付加製造骨結合ネジの開発動向図2 従来の固体ネジが抱える問題と多孔質ネジの利点および現在の用途図3 積層設計の付加製造骨結合ネジの表面改質図4 積層設計の付加製造骨結合ネジの多孔度、孔径、および3サイクル最小表面設計図5 積層設計の付加製造骨結合ネジの負のポアソン比設計と海綿骨模倣設計
医学、生物学、外科

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