金屬3D列印技術可改善股骨柄假體植入後的鬆動問題
OFweek3D列印網忙 置換全髖關節或半髖關節植入物是治療老年股骨頸骨折等疾病的重要方法，已經大量運用在臨床治療中。然而隨著治療案例的增加，治療失敗的案例也逐漸增加，其中股骨柄假體的鬆動或下沉是導致治療失敗的原因之一。
因此如何降低股骨柄假體鬆動的風險，提升植入物的壽命，成為股骨柄假體的設計和製造中需要解決的問題。愛爾蘭國立大學生物力學研究中心和英國3T公司針對金屬3D列印的優勢，對股骨柄假體的設計進行了優化，從提升假體固定效果的角度上來提升髖關節植入物的壽命和成功率。
表面孔隙 整體式的假體
愛爾蘭國立大學生物力學研究中心發現股骨柄假體的初次固定和手術植入後在人體內的二次固定不充分是導致股骨柄假體鬆動和失效的原因之一，對假體進行良好的初次固定和假體植入後的二次固定將提高髖關節植入物的壽命，減少患者因植入物失效而面臨的痛苦。
圖片來源：3T
通常假體的初次固定依賴於假體表面塗層所產生的摩擦力，在一些病例中，摩擦不足導致了植入物的鬆動和失效。愛爾蘭國立大學生物力學研究中心希望通過優化股骨柄假體表面結構來改善這個問題，同時選定了金屬3D列印技術作為假體及表面結構的製造方式。
這些工作是由愛爾蘭國立大學生物力學研究中心與3T 公司合作進行的，雙方共同發掘了金屬3D列印技術為假體設計和製造所帶來的特殊優勢。雙方對髖關節股骨柄假體的設計進行了多次反覆運算，優化了骨頭／植入物介面以及Ti6Al4V鈦合金材料增材製造的一致性。經過設計反覆運算的股骨柄假體表面擁有大量微孔結構，假體內部也擁有相互連接的孔隙結構。
3T 公司使用了EOS的DMLS金屬3D列印設備完成股骨柄假體的製造。值得注意的是，股骨柄假體的表面微孔結構不是通過假體加工之後的塗層來實現的，而是與假體同時金屬3D印表機製造出來的整體結構，這種結構除了有利於植入物的固定，還降低了總的製造成本。
愛爾蘭國立大學生物力學研究中心對3D列印的假體表面結構與常見的多孔鉭和等離子噴塗技術所製造的表面結構進行了摩擦力測試，測試的結果是，在正常壓力下，3D列印的假體表面結構提供橫向運動阻力高於其他兩種技術所實現的表面結構，其中相比多孔鉭表面最多高74％，相比等離子噴塗塗層最多高246％，這意味著金屬3D列印技術的假體能夠提供更好的初次固定效果。假體內部所擁有的相互連接的孔隙結構則有利於人體自身骨細胞的長入，有利於植入物假體的二次固定。
據瞭解，憑藉著在製造植入物複雜孔隙結構領域的優勢，金屬3D列印技術在髖關節植入物製造領域的應用已經走向商業化，我國首個通過CFDA審批的3D列印植入物就是髖關節植入物中的髖臼杯。
因此如何降低股骨柄假體鬆動的風險，提升植入物的壽命，成為股骨柄假體的設計和製造中需要解決的問題。愛爾蘭國立大學生物力學研究中心和英國3T公司針對金屬3D列印的優勢，對股骨柄假體的設計進行了優化，從提升假體固定效果的角度上來提升髖關節植入物的壽命和成功率。
表面孔隙 整體式的假體
愛爾蘭國立大學生物力學研究中心發現股骨柄假體的初次固定和手術植入後在人體內的二次固定不充分是導致股骨柄假體鬆動和失效的原因之一，對假體進行良好的初次固定和假體植入後的二次固定將提高髖關節植入物的壽命，減少患者因植入物失效而面臨的痛苦。
圖片來源：3T
通常假體的初次固定依賴於假體表面塗層所產生的摩擦力，在一些病例中，摩擦不足導致了植入物的鬆動和失效。愛爾蘭國立大學生物力學研究中心希望通過優化股骨柄假體表面結構來改善這個問題，同時選定了金屬3D列印技術作為假體及表面結構的製造方式。
這些工作是由愛爾蘭國立大學生物力學研究中心與3T 公司合作進行的，雙方共同發掘了金屬3D列印技術為假體設計和製造所帶來的特殊優勢。雙方對髖關節股骨柄假體的設計進行了多次反覆運算，優化了骨頭／植入物介面以及Ti6Al4V鈦合金材料增材製造的一致性。經過設計反覆運算的股骨柄假體表面擁有大量微孔結構，假體內部也擁有相互連接的孔隙結構。
3T 公司使用了EOS的DMLS金屬3D列印設備完成股骨柄假體的製造。值得注意的是，股骨柄假體的表面微孔結構不是通過假體加工之後的塗層來實現的，而是與假體同時金屬3D印表機製造出來的整體結構，這種結構除了有利於植入物的固定，還降低了總的製造成本。
愛爾蘭國立大學生物力學研究中心對3D列印的假體表面結構與常見的多孔鉭和等離子噴塗技術所製造的表面結構進行了摩擦力測試，測試的結果是，在正常壓力下，3D列印的假體表面結構提供橫向運動阻力高於其他兩種技術所實現的表面結構，其中相比多孔鉭表面最多高74％，相比等離子噴塗塗層最多高246％，這意味著金屬3D列印技術的假體能夠提供更好的初次固定效果。假體內部所擁有的相互連接的孔隙結構則有利於人體自身骨細胞的長入，有利於植入物假體的二次固定。
據瞭解，憑藉著在製造植入物複雜孔隙結構領域的優勢，金屬3D列印技術在髖關節植入物製造領域的應用已經走向商業化，我國首個通過CFDA審批的3D列印植入物就是髖關節植入物中的髖臼杯。