TU Delft優(yōu)化3D打印微架構(gòu)植入物,，骨重塑性能提高64%

南極熊導讀,，3D打印技術每隔一段時間都會產(chǎn)生產(chǎn)生創(chuàng)新，因為通過優(yōu)秀的設計,，才能釋放這項技術全部潛力,。

△代爾夫特理工大學的工程師提出了一種新的算法，可以優(yōu)化3D打印骨科植入物

2022年5月31日,，代爾夫特理工大學(TU Delft)的研究人員,，他們最近發(fā)表了關于3D微架構(gòu)植入物優(yōu)化設計的最新研究。在這項研究中,，他們宣稱,，突破了骨科植入物優(yōu)化設計的界限。與傳統(tǒng)的實體植入物相比,，優(yōu)化后的3D打印植入物,，在骨重塑方面的性能可提高64.0%。

3D可打印微結(jié)構(gòu)材料的最新進展，為開發(fā)高度定制的骨科植入物提供了新的可能性,。植入物通常由全固體材料制成,，但是，這種結(jié)構(gòu)改變了周圍骨組織的載荷傳遞,，可能導致界面不穩(wěn)定和骨吸收,。

△a)固體b)均勻晶格c)在局部骨重塑和Hoffman界面應力優(yōu)化，異質(zhì)晶格鈦植入物的設計和性能

同時,，為生產(chǎn)具有前所未有的幾何復雜性的機械部件提供了機會,。反過來，這種設計自由度使工程師能夠設計出,，性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)工程設計的組件,。

在這項工作中，研究人員提出了基于新的計算方法,，來合成具有異質(zhì)微架構(gòu)的三維(3D),、患者特異性植入物。該方法可同時將負載引起的界面斷裂,，和假體周圍骨重塑的風險降至最低,，同時將功能和突破傳統(tǒng)設計限制放在首要位置。

△泊松比的三種類型,。a)正b)零和c)負

首先,，研究人員開發(fā)了一種新穎的參數(shù)化微架構(gòu)，具有理想的功能屬性和廣泛的有效機械性能,，包括正負泊松比,。然后，他們提出了優(yōu)化微架構(gòu)參數(shù)空間配置的配方,，以同時最大限度地降低負載引起的界面骨折和術后骨重塑的風險,。

這種新的算法，適用于傳統(tǒng)幾何形狀的3D鈦髖關節(jié)植入物的設計,。通過將計算機模擬出來的結(jié)果與傳統(tǒng)的實體植入物對比,。經(jīng)過優(yōu)化的3D微架構(gòu)種植體，在骨重塑方面的性能提高了64.0%,，界面骨折風險為13.2%,。

△該研究的更多細節(jié)可以在題為“3D微架構(gòu)植入物的多目標設計優(yōu)化”的論文中找到（點我傳送門）

目前該研究還沒有進行相關臨床測試，僅限于在計算機模擬中取得了研究成果,。該研究的意義在于,，提出的優(yōu)化策略，能夠同時降低界面骨折的風險以及骨重塑（和再吸收）,。同時,，所提出的方法結(jié)合了通用的骨重塑功能和高效的解耦多尺度策略，能夠以相對較低的計算成本準確捕獲界面力學。

此外,，還提出了一種廣義立方反手性參數(shù)微架構(gòu),，非常適合功能梯度結(jié)構(gòu)設計，并能夠?qū)崿F(xiàn)廣泛的機械性能,。