3D打印钛合金骨小梁多孔结构的拉伸性能

背景:3D打印钛合金多孔结构以其良好的机械性能和生物相容性已经在骨科植入假体设计与临床应用方面得到了快速发展,与涂层假体相比,钛合金骨小梁结构具有骨长入快和骨长入好的优点。为了保证骨科植入物的安全,目前多采用实验方式确定骨小梁结构的拉伸、剪切疲劳和弯曲疲劳强度。目的:通过力学实验和有限元数值模拟方法研究骨小梁多孔结构的力学性能。方法:①3D打印钛合金骨小梁拉伸试件实验:设计并制备3D打印钛合金骨小梁拉伸试件,骨小梁结构的丝径为0.28-0.35mm、孔径为0.71mm、孔隙率为73%。检测钛合金骨小梁结构的拉伸强度,分析其失效机制,同时分析不同打印位置对骨小梁拉伸强度的影响。②数值模拟实验:利用有限元方法建立包括骨小梁理论结构的拉伸试件实体模型,模拟骨小梁试件的拉伸破坏过程。结果与结论:①3D打印钛合金骨小梁拉伸试件的极限载荷分布在39.55-47.11kN之间,等效极限拉伸应力分布在62.79-74.53 MPa之间,拉伸破坏的结果为网状结构断裂,说明钛合金骨小梁具有较高的拉伸强度;②3D打印钛合金骨小梁拉伸试件实验与数值模拟实验均显示,骨小梁试件受到拉伸破坏时的破坏形式为丝径断裂,不会在骨小梁与钛合金实体的结合面发生断裂;③数值模拟实验中骨小梁试件的拉伸破坏载荷低于3D打印钛合金骨小梁拉伸试件,造成该差异的原因主要为:3D打印骨小梁试件的丝径(280-350μm之间)大于骨小梁的理论丝径(142μm),而孔径(孔隙率75%)小于骨小梁的理论孔径(孔隙率96%)。

3D打印多孔钛合金骨小梁融合器与自体髂骨治疗脊髓型颈椎病

背景:颈椎前路融合手术最常用的植骨材料是自体髂骨,但是并发症的发生率较高。近年来3D打印融合器因为具有接触面积大、良好的力学性能及生物相容性、弹性模量近似于椎体等优点,已成为颈前路手术较理想的植骨材料。目的:比较3D打印多孔钛合金骨小梁融合器和自体髂骨治疗脊髓型颈椎病的疗效差异。方法:纳入贵州省骨科医院2011年1月至2020年1月收治的脊髓型颈椎病患者65例,男38例,女27例,其中28例行颈前路椎间盘切除减压、3D打印多孔钛合金骨小梁融合器置入与钛合金板内固定治疗(试验组),37例行颈前路椎间盘切除减压、自体髂骨植入与钛合金板内固定治疗(对照组)。术后1,3,6,12个月时,进行日本骨科协会(JOA)评分、融合节段高度及融合节段Cobb角评估。结果与结论:①两组患者均完成术后12个月随访,切口均Ⅰ期愈合,试验组、对照组术后出现喉部疼痛、吞咽困难症状分别为3,2例,未出现钢板断裂、融合器退出及沉降等内固定并发症,对照组中有3例出现植骨块沉降;②65例患者术后6-9个月内完成骨性融合,术后相同时间点下,两组间JOA评分、融合节段高度、融合节段Cobb角比较差异均无显著性意义(P>0.05);③结果表明,颈前路椎间融合治疗脊髓型颈椎病中,采用3D打印融合器及自体髂骨植骨均可获得良好的效果。

3D打印钛合金骨小梁金属臼杯治疗老年初次全髋关节置换术的疗效

目的探讨3D打印钛合金骨小梁金属臼杯在老年初次全髋关节置换术中的疗效。方法前瞻性选取西藏民族大学医学部临床医学院需行初次全髋关节置换术的老年患者27例,根据受试者个人意愿分为研究组(3D打印钛合金骨小梁金属臼杯)12例和对照组(经典Pinnacle臼杯)15例。分别与术后1 w、3个月、6个月进行门诊随访,进行髋关节功能(Harris)、骨性关节炎(WOMAC)指数,健康调查量表(SF-36)评分;同时进行影像学评估,使用DeLee和Charnley分区法检测髋臼假体位置;Anderson骨长入影像学评价标准对骨长入进行评估。结果术后6个月两组Harris评分、SF-36评分均显著高于术前,WOMAC指数显著低于术前(P<0.05);术后6个月研究组Harris评分、SF-36评分显著高于对照组,WOMAC指数显著低于对照组(P<0.05)。术后研究组臼杯未出现外展角变化和移位,10例术后1 w 3D打印钛合金骨小梁金属臼杯与骨面接触紧密且无透亮线,2例臼杯植入后1 w时可见透亮线,术后6个月时透亮线消失,随访期间未出现新的透亮带;术后随访期间1区无骨质增生,2区无应力遮挡,两个区均无髋臼表面辐射状排列的骨小梁,4例术后6个月3区出现骨质增强。对照组臼杯与关节面接触紧密,随访期间未出现透亮线,其中4例2区存在应力遮挡,均未出现骨质增强。结论老年初次全髋关节置换术中采用3D打印钛合金骨小梁金属臼杯的稳定性好,早期骨长入优于传统材料,短中期预后效果较佳,但长期效果仍需进一步研究。

3D打印钛合金骨小梁人工椎体治疗颈椎后纵韧带骨化症

目的探讨采用3D打印钛合金骨小梁人工椎体治疗颈椎后纵韧带骨化症(ossification of posterior longitudinal ligament,OPLL)的临床疗效。方法回顾性分析2019年9月—2021年8月收治且符合选择标准的45例颈椎OPLL患者临床资料。患者均行颈前路椎体次全切除减压、椎间植骨融合、钛板内固定术,术中采用3D打印钛合金骨小梁人工椎体21例(研究组)、钛笼24例(对照组)。两组患者性别、年龄、病程、病变节段以及术前疼痛视觉模拟评分(VAS)、日本骨科协会(JOA)评分、颈椎功能障碍指数(NDI)、椎体高度、C_(2~7)Cobb角等基线资料比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。记录两组手术时间、术中失血量以及并发症发生情况。术前及术后3、12个月,采用JOA评分、VAS评分及NDI评价患者功能及症状缓解情况;影像学检测椎体高度、C_(2~7)Cobb角,观察术后植入物下沉、椎间融合情况。结果研究组手术时间、并发症发生率均低于对照组(P<0.05),两组术中失血量差异无统计学意义(P>0.05)。患者均获随访,随访时间12~18个月;其中研究组随访时间为(14.28±4.34)个月,对照组为(15.23±3.54)个月,差异无统计学意义(t=0.809,P=0.423)。两组术后JOA评分、VAS评分和NDI均较术前改善,术后12个月较3个月改善,差异均有统计学意义(P<0.05)。术后各时间点研究组JOA评分以及术后12个月改善率均高于对照组(P<0.05),但VAS评分和NDI两组间差异均无统计学意义(P>0.05)。影像学复查示,两组术后3、12个月椎体高度、C_(2~7)Cobb角均较术前增加(P<0.05),术后3、12个月间比较差异无统计学意义(P>0.05);研究组术后各时间点椎体高度、C_(2~7)Cobb角大于对照组(P<0.05),植入物下沉少于对照组(P<0.05),但两组椎间融合差异无统计学意义(P>0.05)。结论与传统钛笼相比,采用3D打印钛合金骨小梁人工椎体治疗颈椎OPLL能缩短手术时间,减少术后并发症及植入物下沉发生,在椎体重建方面更具有优势。

三种3D打印钛合金骨小梁多孔结构的力学性能及选型

3D打印钛合金骨小梁已成为骨科关节植入物应用的新兴材料,与涂层假体相比,钛合金骨小梁具有骨长入快和骨长入好的优点,而对其力学性能的研究是探究骨小梁假体可植入性的基础。为了保证植入物的安全,目前多采用试验方式确定骨小梁结构的力学性能,进而选出最优结构型。文章对无序仿生、立方、菱形十二面体三种3D打印钛合金骨小梁进行对比分析,通过拉伸、压缩、压缩-剪切试验,发现无序仿生钛合金骨小梁的抗拉强度、抗压强度与抗压-剪强度均高于另外两种结构的骨小梁,因此认为无序仿生钛合金骨小梁结构是制备金属骨小梁髋关节假体的优选型结构。

3D打印钛合金骨小梁金属臼杯及组件重建PaproskyⅡ、Ⅲ型髋臼骨缺损的中期疗效分析

目的PaproskyⅡ型和Ⅲ型髋臼缺损是全髋关节翻修术中常见的缺损。在髋臼侧翻修手术中重建骨丢失时,3D打印钛合金骨小梁组件包括金属臼杯和各种组件是一种选择。本研究的目的是分析使用3D打印钛合金骨小梁臼杯和组件修复PaproskyⅡ型和Ⅲ型髋臼缺损的中期结果。方法2015年1月至2018年12月在郑州市骨科医院对23例患者(23髋)使用3D打印钛合金骨小梁金属臼杯及组件进行全髋关节翻修术。其中PaproskyⅡ型缺损19例,PaproskyⅢ型缺损4例。随访期间进行临床和影像学评估。结果23例患者手术时平均年龄66.3岁(58~79岁),平均随访60.1个月(40~78个月)。术后Harris髋关节评分平均为88.3分(68.5~89.0分)。X线片显示,术后髋关节旋转中心与对侧髋关节比较,平均垂直差异为上移1.9 mm(下移4 mm~上移15 mm,P>0.05),差异无统计学意义。术后髋关节旋转中心与对侧髋关节比较,平均水平差异为外移1.4 mm(外移4 mm~内移4 mm,P>0.05),差异无统计学意义,无影像学松动病例,均无需进行翻修手术。结论3D打印钛合金骨小梁髋臼及组件重建治疗PaproskyⅡ型和Ⅲ型髋臼骨缺损的中期随访结果满意。