異なる厚さと材質の頭蓋骨インプラントの機械的特性

異なる厚さと材質の頭蓋骨インプラントの機械的特性
この投稿はLittle Soft Bearによって2021-8-11 15:06に最後に編集されました。

寄稿者: Hui Yijun Wang Ling 寄稿部署: 西安交通大学機械製造システム工学国家重点研究室

3D プリント技術とその全体的なパフォーマンスの急速な発展は、製造、教育、ヘルスケアなどの多くの分野に革命をもたらしました。この技術により、骨移植医療(頭蓋形成術)の分野において、より多くの治療オプションと品質の向上がもたらされます。現在までに、大きな頭蓋欠損を持つ患者にとって特に重要な要因、すなわちインプラントの形状、位置、機械的負荷特性、およびインプラントと骨の界面の形状の役割をシミュレートし評価した研究はわずかしかありません。臨床およびエンジニアリングの経験に基づくと、このような欠陥に関連する頭蓋インプラントの生体力学的特性は、主にインプラントの材質とインプラントの厚さという 2 つの要因によって影響を受けます。

チェコ共和国のブルノ工科大学は、有限要素計算モデリング法と統計的評価を使用して、さまざまな厚さと材質の頭蓋インプラントの機械的挙動を研究しました。モデルには、固定ミニプレートとミニネジの詳細な形状が含まれていました。

図 1 に示すように、頭蓋骨、頭蓋骨インプラント、マイクロプレート、マイクロスクリューで構成される解剖モデルが構築され、3 つの異なる頭蓋骨インプラント材料 (PMMA、PEEK、Ti6Al4V) が使用されました。


図 1 モデルの形状: a) 小さい欠損の粗いモデル (円形、2412 mm2)、b) 大きい欠損の粗いモデル (楕円形、8030 mm2)、c) 図 2 に示すサブモデルに 3 つの力が作用: インプラントに対して垂直に作用する頭蓋内圧 15 mmHg + 外力 5 kg (ICP + 力と表示)、インプラントの中心を通って +45 度の角度で作用する頭蓋内圧 15 mmHg + 外力 5 kg (ICP + 力 (+45) と表示)、インプラントの中心を通って 45 度の角度で作用する頭蓋内圧 15 mmHg + 外力 5 kg (ICP + 力 (-45) と表示)。モデルのひずみと機械的応力を計算します。


図 2 荷重シナリオの結果 図 3 に示すように、PMMA および PEEK インプラントの変形振幅は、同じ厚さの Ti6Al4V インプラントの変形振幅よりも常に大きくなります。すべての構成の中で、最も薄い PMMA インプラント構成では両方のマイクロプレートで最も高い応力が生じますが、最も厚いチタン合金インプラントではマイクロプレートで最も低い応力が生じます。したがって、インプラント材料のヤング率と構造の厚さはインプラントのたわみに大きな影響を与え、ヤング率の影響は厚さの影響よりも大きいと結論付けることができます。頭蓋骨欠損の大きさはインプラントのたわみに大きな影響を与えましたが、その影響はヤング率や厚さの影響よりもはるかに低かったです。


図3 粗いモデルにおける外部荷重下でのPMMA、PEEK、チタン合金インプラントの変位[mm]の比較(50倍の倍率)。上段: 小さな欠陥 (3412mm2); 下段: 大きな欠陥 (8030mm2)
参考文献:
Marcián P、Narra N、Borák Let al。異なる厚さと材料特性を持つ頭蓋インプラントの生体力学的性能:有限要素法による研究[J]。Computers in Biology and Medicine、2019、109:43-52。
力学、頭蓋骨、医療、パフォーマンス

<<:  添加剤研究所が開発した「5軸アディティブ・サブトラクティブ複合加工センター」が2021年第1弾の主要技術設備製品に選定

>>:  スナップメーカーが5周年を祝う

推薦する

Shining 3Dがハンドヘルド3DスキャナーEinScan Pro 2Xを発売:高品質の3Dモデルを素早く取得

2018年10月26日、Shining 3Dは「EinScanシリーズ」に新しいハンドヘルド3Dス...

3Dプリントが原子力分野に参入、CGN初の金属3Dプリントバルブボディが誕生

最近、中国広核集団の「原子力分野における金属3Dプリントの応用に関する重点技術研究」が段階的に大きな...

formnext 2018には500を超える出展者が参加し、無料チケットと引き換えられる来場者の登録が開始されました

展示会情報:ドイツFormnext 2018展示会日: 2018年11月13日~16日、フランクフル...

HPの第1四半期財務報告が発表:純利益は127億ドル、3Dプリンティングが初めて貢献

アンタークティック・ベアは2017年2月23日、HPのスピンオフ企業であるHP Incが最近2017...

上海グローバル産業用積層造形セミナー: 産業用 3D プリントの到来

この投稿は Little Raccoon によって 2016-11-12 11:51 に最後に編集さ...

2016年1月から6月までの世界の3Dプリントプロジェクト資金調達の比較:中国と海外の間に大きな違い

業界に対する資本の追及は、業界の人気度や将来への期待度を大きく反映しています。3Dプリントは2013...

オーストラリアの 3D プリント市場は飛躍的に成長しています。

オーストラリアの 3D プリント市場の規模は現時点ではささやかなものですが、2023 年には積層造形...

清華大学はPLAとPBSの混合物がFDM 3Dプリントに適しているかどうかを研究している

北京の清華大学の研究者 3 名が最近、「熱溶解積層法 3D 印刷用ポリブチレンサクシネート/ポリ乳酸...

イノベーションは止まらない: 3D Systems の 2016 年トップ 10 アプリケーション

この投稿は Little Raccoon によって 2016-12-30 13:31 に最後に編集さ...

ドイツ人アーティストの 3D プリント創作作品 - 「Silent Orchestra」

はじめに: 2021 年 5 月 16 日日曜日、Antarctic Bear は、ドイツ人アーティ...

USTCは、ステント消耗品の無駄を減らし、材料を節約する経済的な3Dプリント技術の開発に成功しました。

3D プリント プロセスでは従来のプロセスに比べて消耗品を大幅に節約できますが、消耗品自体の価格は...

3Dプリントドレスが、リオパラリンピック開会式で障害を持つアスリート、エイミー・パーディの輝きを助けた

アンタークティックベアは、これまでさまざまな場面で3Dプリントされた衣服が脚光を浴びていることに注目...

3Dプリント音響ホログラムシステムがより早く、より安価に

この投稿は Little Soft Bear によって 2016-9-22 09:30 に最後に編集...

Thought3Dがリアルタイムインテリジェントフィラメント乾燥機「Drywise」を発売

はじめに: FDM フィラメントは開封されると、環境から大量の水分を吸収し、表面仕上げが悪くなり、引...