供稿人：孫暢寧，王玲 發(fā)布日期：2017-04-07
加拿大麥吉爾大學(xué)機械工程學(xué)院的研究人員利用激光選區(qū)熔化（Selective Laser Melting, SLM）技術(shù)，制造了具有整體多孔結(jié)構(gòu)的鈦合金人工髖關(guān)節(jié)股骨柄假體，相比普通假體，該假體能夠大幅度提高植入后的穩(wěn)定性。
人工關(guān)節(jié)采用的主要材料為鈦合金、鈷合金及醫(yī)用不銹鋼材料等，與人體骨相比，這些材料的剛度極大。人工關(guān)節(jié)植入人體后，其自身與人體骨之間巨大的剛度差異會引發(fā)骨流失，最終可能造成人工關(guān)節(jié)松動或骨折等嚴重的并發(fā)癥。多孔結(jié)構(gòu)能夠降低部件的整體剛度，并為骨組織的生長提供空間，因此，被認為是人工關(guān)節(jié)未來發(fā)展的趨勢。
麥吉爾大學(xué)的研究人員通過SLM技術(shù)制造了不同多孔微結(jié)構(gòu)體（圖1），并進行了動物試驗（圖2）。試驗結(jié)果表明，該團隊設(shè)計的多孔微結(jié)構(gòu)植入后能夠在保證自身強度的前提下，刺激骨長入。
圖1 兩種多孔微結(jié)構(gòu)
圖2 多孔部件植入后的掃描背散射電子成像圖
以此為基礎(chǔ)，研究人員展示了完整的多孔假體設(shè)計制造概念流程，通過多目標(biāo)優(yōu)化算法，對人工髖關(guān)節(jié)股骨柄假體內(nèi)部的多孔微結(jié)構(gòu)分布和尺寸進行了優(yōu)化設(shè)計，最終設(shè)計結(jié)果如圖3所示。根據(jù)仿真技術(shù)結(jié)果，相比于普通的假體，該研究所展示的多孔假體能夠?qū)?yīng)力屏蔽程度降低約75%。該研究揭示了多孔假體在避免植入后應(yīng)力屏蔽和周圍骨流失方面的優(yōu)點和潛力，并證明微結(jié)構(gòu)分布的優(yōu)化設(shè)計對多孔假體的成敗有著舉足輕重的作用。
圖3 多孔人工髖關(guān)節(jié)股骨柄假體