מחקרים קרניומקסילו-פנים של ציפורני טיטניום טהור

מאז שנות ה-40, חוקרים רבים חקרו את מתאמי הביצועים של ביצועים ביולוגיים של טיטניום. מחקרים כללו דיסציפלינות מרובות כמו מיקרוסקופ אלקטרונים פיזיקלי, כימי, ביו-רפואי ומתקדם וניתוח ביוכימי. הבטחת נוכחות של תאימות ביולוגית טובה, תאימות מכנית, והקריטריונים המתאימים עבור שתלי טיטניום, כגון מתודולוגיה ופיתוח שתלים כירורגיים, היא חיונית. כעת יוצג תיאור קצר של המחקרים הקשורים ליישום רקמה קשה על רקמת הגידול.

1 מאפיינים ביולוגיים של חומרים נפוצים עבור סגסוגות טיטניום גולגולתי טהור צינור טיטניום

1.1 תאימות ביולוגית של סגסוגות טיטניום לשימוש רפואי

פיזיקוכימיים שונים. לאחר האינטראקציה בין סגסוגות טיטניום לגוף האדם. תגובות או סבילות ביו-חשמליות ואחרות, כגון ציטוטוקסיות, גנוטוקסיות, קורוזיה, המוליזה, אלרגיה וכו'. לסגסוגות טיטניום יש תאימות ביולוגית טובה, היא חזקה יותר מסגסוגות על בסיס נירוסטה וסגסוגות על בסיס קובלט. המבנה המיקרו של סגסוגות טיטניום מסווג במונחים של (למשל מערכות טיטניום טהור), + היברידיות דו-פאזיות (למשל G., Ti6al4V וכו') או סגסוגות טיטניום מסוג. או סגסוגות טיטניום מסוג. בעת תכנון המיקרו-מבנה ובחירת העיצוב של חומר סגסוגת טיטניום רפואי, הרכיבים השונים של הסגסוגת צריכים להיות נקיים מתגובות שליליות. הדור הראשון Ti-6AL-4V (TC4) הוא סגסוגת טיטניום טיפוסית + דו-פאזית בטמפרטורה גבוהה. עם זאת, סגסוגת זו מכילה v, תופעת לוואי רעילה על אורגניזמים חיים, ויישומים קליניים מצאו ש-v ביו-רעילות צריכה לעלות על זו של Ni ו-Cr. הדור השני הוא סגסוגות הטיטניום מסוג + Ti-6a1-7nB ו-Ti-5a1-2, FE, של Nb.5FE שפותחו בשוויץ ובגרמניה, ומשולבת בתקן הביו-חומרים הבינלאומי.
השימוש בסגסוגת טיטניום רפואית מסוג ביתא TI-13N-13ZR דור שלישי לחולדות נמוכות, TI-12MO-6ZR-2FE (TMZF ), TI-29NB-13TA-4. 6ZR (TNTZ) הוא הנקודה החמה העולמית לחקר חומרי סגסוגת טיטניום רפואית והמוקד העיקרי של כיוון הסיוע. TI-13NB-13ZR פותחה ב-1994, הראשון שנכלל רשמית בתקן הבינלאומי TI-12MO-6ZR-2FE (TMZF) היה בשימוש בשנת 2000 והיה בשימוש בייצור מפרקי ירך. סגסוגות טיטניום בטא חדשות אלה בעלות מודול גמישות נמוך יחסית. חשוב שתהיה תאימות ביולוגית טובה כדי למנוע צפיפות עצם ולהפחית את הסיכוי לכשל מופחת בשתל. גורמים המשפיעים על התאימות הביולוגית כוללים את סוג חומר השתל, המורפולוגיה ומורפולוגיה פני השטח של המכשיר, העבודה, התכונות הפיזיקוכימיות והתכונות המכניות. כדי

לשנות את האפיון והתכונות הביולוגיות של חומרים ביולוגיים, היישום של שיטות עיבוד שונות מאפשר שליטה על מגוון רחב יותר של צורות מיקרו-סטרוקטורליות. ניתן לשפר עוד יותר את התאימות הביולוגית והמאפיינים האוסטאוגניים. שיטות טיפול קונבנציונליות יכולות להיות מסווגות באופן נרחב כמכניות, פיזיקליות, כימיות ואלקטרוכימיות. אלה כוללים שימוש בטיטניום וסגסוגות טיטניום בהתזת חול, תמיסת טיטניום פלזמה, ציפוי הידרוקסיאפטיט, חמצון מיקרו-קשת, תחריט חומצה או תחריט בהתזת חול, שיכולים לקדם היווצרות של התייבשות עצם פני השטח, לקצר את תהליך ריפוי העצם ולהקל על ההרכבה של רקמת עצם חדשה ליצירת מכלול מכני. ובכך להגביר את חוזק השתל ורקמת העצם.
1.2 תאימות ביומכנית של חומרי סגסוגת טיטניום רפואית

תחליפי עצם ומפרקים כפופים למגוון של כיפוף, דחיסה, הארכה, גזירה והשפעות ביומכניות אחרות. לכן, התכונות המכניות של השתלים תובעניות מאוד. תכונות מכניות קובעות כיצד נבחר חומר מתכת ליישום מסוים; המאפיינים החשובים ביותר הם קשיות, חוזק מתיחה, מודול גמישות, עמידות בפני שחיקה, תכונות עייפות והתארכות. אם שתל העצם אינו חזק מספיק או אם התכונות המכניות בין העצם לשתל אינן תואמות, אז זה נקרא אי התאמה ביומכנית. שתי גישות לסגסוגות טיטניום נחקרות בדרך כלל בניסיון להפחית או לפתור חסימת מתח. השגת תאימות ביומכנית טובה: סוג חדש של סגסוגת טיטניום רפואית המפחיתה את מודול האלסטיות של סגסוגות טיטניום ומשפרת את הפעילות הביולוגית של סגסוגות טיטניום. -סוג (המכיל Al ו-O, n יסודות גזיים), -סוג (המכיל Mo, NB, אבנית, v וכו'). ה-type (המכיל Al ו-O, יסודות n-גזיים), ה-type (המכיל Mo, NB, Ta, v וכו'), ו-+ -סוג מיקרו של שלושה סוגים של סגסוגות טיטניום. עיבוד שונה של הסגסוגות שולט ביחס ובחלוקה הנכונים של השלבים -ו - ליצירת ארגונים שונים לשיפור התכונות המכניות שלהם.
במדדים המכניים הבודדים של סגסוגות טיטניום, לא רצוי לקבוע אם תאימות ביומכנית לא רצויה. אם חוזקה של סגסוגת טיטניום ישתפר, מודול האלסטיות המתכתי, קשיות/התנגדות שחיקה, חוזק העייפות יגדל והפלסטיות שלה תקטן. הסתירה לעיל גורמת לחלק מהחוזק המכני של החומר לוודא שהתכונות המכניות האחרות של היישום תואמות. אלמנט EG, al, V יעיל מאוד לחוזק של סגסוגות טיטניום. עם זאת, הקשיחות הפלסטית של החומר פוחתת. בנוסף, מודול האלסטיות משתפר. לכן, יש להימנע מסגסוגות טיטניום רפואיות או להוסיף אותן בכמויות קטנות. עם זאת, אלמנטים כגון zr, NB, Ta, Mo, HF, Sn יכולים לחזק טיטניום עם השפעה מועטה על הקשיחות הפלסטית. במקביל, זה עוזר להפחית את מודול האלסטיות של סגסוגות טיטניום. ניתן להוסיף אותו. ניתן לשנות אותו למבנה החלל הפנימי של התיקון כדי להכין טיטניום נקבובי כדי להפחית את מודול האלסטי או הקשיחות. סגסוגות Ti{{0}}a1-4V המוזרקות כמשטחים מסועפים משמשות להכנת מוצרים רפואיים. עם זאת, ל-Ti6-Al4-V צפוף יש מודול אלסטי של 110 GPA ועצם קליפת המוח הטבעית 0.5 GPA עד 20 GPa.
מנקודת מבט של תאימות ביומכנית, מספר רב של מחקרים קליניים הוכיחו את תאימות החומרים הגרועה של שתלים מתכתיים קונבנציונליים. יש חוסר התאמה בתכונות המכניות של רקמת העצם ושילוב פנים חלש עם הרקמה הקשה החלופית. לבסוף, התרופפות השתל או שבר עצמי. היישום של טכנולוגיות שתלים חדשות כגון סגסוגות טיטניום עם מבני נקבוביות תלת מימדיים משפר את נוכחותם של חורים בביצועי השתל.

(1) ניתן להתאים את הצפיפות, הכוח ומודול האלסטיות של שתלים מתכתיים לממדים של גודל הנקבוביות והנקבוביות כדי להשיג תאימות מכנית. הימנעות מעצם סביב השתל מפחיתה עיוותים חדשים בעצמות ויכולת נשיאת העומס שלה.

(2) מבנה הרשת החודר התלת מימדי והמשטחים הפנימיים והחיצוניים המחוספסים מעדיפים אוסטאובלסטים בעלי תכונות הדבקה חזקות, המובדלות על ידי פוטנציאל ההתרבות של המשטחים שלהם. ניתן ליצור ריפוי עצם אנכי, המשפר את הקיבוע הביולוגי של השתל והעצם. בנוסף להרכב הנ"ל, המבנה יכול להשפיע על תכונות החומר, וייצור ועיבוד של סגסוגות טיטניום יכולים גם לווסת את התכונות המכניות ועמידות החומר בפני קורוזיה בטווח רחב יחסית.
2 מאפיינים של סגסוגות טיטניום קרניופציאליות לעיבוד שתלים מותאם אישית

סגסוגות טיטניום בעלות תכונות מצוינות ולכן דורשות מגוון שיטות דפוס לעיבוד צורות ספציפיות העונות על הדרישות. ניתן להכין שתלי סגסוגת טיטניום רפואית בצורת סקי באמצעות הכנת תהליכי פרזול מדויקים, תהליכי גלגול פרופיל, תהליכי יציקה מדויקת של התכת ואקום, כביכול. מכבשים תרמו-אלקטריים ואחרים הידרוסטטיים יכולים לבטל את הארגון הפנימי הרופף של יציקת הסגסוגת. יש לו תכונות סגסוגת משופרות. בשל המורכבות של מבנה הגולגולת, התכנון והייצור של פגמים עקשן מקופלים היו קשים באמצעות תכנון בעזרת מחשב (CAD), סימולציה מספרית בעזרת מחשב (CAE), טכניקות ייצור תוספים להכנה (AM: AdditiveManufacure), וכו'. התכנון והייצור של פגמים עקשנים היו קשים באמצעות תכנון בעזרת מחשב (CAD), סימולציה מספרית בעזרת מחשב (CAE), טכניקות ייצור תוספים להכנת פגמים עקשנים. זה מבטיח שליטה מדויקת בתיקון הסופי באמצעות הצורה המורכבת והמבנה הפנימי של השלד הגולגולתי.
ניתן לתכנן טכניקות הדפסה תלת-ממדיות המבוססות על קרן אלקטרונית או לייזר כדי להשיג ישירות שתלי טיטניום מזופורי תלת-ממדיים עם מבנים מרחביים פנימיים שונים ונקבוביות שונות המבוססות על כל עיצוב מורכב של מודל 3D CAD. חספוס פני השטח הביולוגי סביר יותר והתהליך אמין יותר. וניתן להכין אותם על ידי תכנון מדויק של תאי הרשת ומידות הרשת להכנה, פיזור מרחבי, צורה וכו'. עוד, התאמת התכונות המכניות שלהם. ועוד, התאמת התכונות המכניות שלהם. התאמת המאפיינים המכניים של רקמה קשה אנושית מאפשרת ייצור מותאם אישית. טכנולוגיית ייצור משלימה, המכונה גם טכנולוגיית הדפסת תלת מימד. היישומים כוללים טכניקות הדפסת מתכת תלת מימדית במטרה העיקרית של הכנת שתלים מותאמים אישית לשחזור פגמים בדרגות שונות של תוך פריטוניאום, כגון שחזור פגמים בלסת התחתונה. טכניקות הדפסת מתכת תלת מימדית לייצור ישיר של שתלי טיטניום הן בעיקר: ebm (אור אלקטרוני, ebm), Se-Lectivelasermelting (SLM) וכו'. שתי שיטות אלו משכו עניין רב ונעשה בהן שימוש במשך זמן רב ב תחום ייצור שתלי טיטניום. שתי השיטות הללו משכו תשומת לב רבה מכיוון שהן מספקות שליטה מדויקת על מבנה הנקבוביות הפנימיות והצורות המורכבות. הדפסת תלת מימד לייצור סגסוגות טיטניום קשה מבחינה טכנית בשל נקודת ההתכה הגבוהה יחסית של המתכת. זה כרוך במגוון תהליכים פיזיקליים כגון שינוי פאזה מוצק-נוזל, דיפוזיה של פני השטח ומוליכות תרמית. נושאים שיש לקחת בחשבון כוללים האם סגסוגת הטיטניום מאורגנת היטב לאחר התגבשות, האם כל הדגימה הומוגנית, וגודלם של זיהומים וחורים פנימיים, למשל. בנוסף, חימום וקירור מהירים יגרמו גם ללחצים שיוריים גדולים יותר בחתיכת הבדיקה.
טכנולוגיית המסת אלומה אלקטרונית פותחה באמצע ה-1990 על ידי פיתוח מקור אנרגיה לאלומות אלקטרונים. על ידי בחירת אבקת מתכת ולאחר מכן המסתה, מערכת מחשב שולטת בהמסת האלקטרונים ובהקרנתה. כל התהליך מתבצע בסביבת ואקום. סגסוגת Ti-6Al-4V נשמרה ב-626?700 מעלות במהלך תהליך ההכנה. לסגסוגת יש התאמה טובה יותר של מבנה מיקרו ותכונות מכניות. יש לו את היתרונות הבאים: הטמפרטורה הגבוהה יותר שומרת את הסגסוגת המוכנה במצב המוחזר. מתחים שיוריים בחלק מתבטלים; אחידות של מבנה המיקרו סגסוגת מובטחת; הרכב הסגסוגת של החלק טהור, ומפחית את תכולת החמצן; הפחתה בייצור שלבים מרטנסיטים.
סגסוגת Ti-6Al-4V הוכנה על ידי אל-ברמני, בלקמור ואחרות בבריטניה באמצעות מכונת Arcams12 EBM. מבנה המיקרו, המרקם והתכונות המכניות של הסגסוגת נחקרו לעומק. BASS, חוקר אמריקאי, חקר את המיקרו-מבנה והתכונות המכניות של הסגסוגות שהוכנו בשיטת EBM. יצוין כי לסגסוגת יש תכונות מכניות טובות. סגסוגות שהוכנו בשיטה זו תכונות מתיחה ושיטות קונבנציונליות של הכנת סגסוגת ניתנות להשוואה. חוקרי קויקה וג'ושי, ארצות הברית המשתמשים בציוד Arcama2 EBM להשתלות שיניים TI-6AL-4מסגסוגת Veli, הסגסוגת חייבת להיות מסוגלת לבדוק ולבצע בדיקות עייפות. Murr et al. ארה"ב. לחקור את הארגון והמאפיינים המכניים של סגסוגת Ti-6Al-4V בשיטת EBM ולהשוות אותה לסגסוגת Ti-6AL-4V מחושלת. מחקר זה מראה סגסוגת Ti-6Al-4V בשיטת EBM, בעלת החוזק והפלסטיות של סגסוגת מחושלת. הוא מתאים גם להכנת שתלים רפואיים.
חוקר לאומי ובינלאומי אחר ערך מבחני ביצועי דחיסה ומבחני עייפות על חומר נקבובי מסגסוגת TI-6AL-4V בשיטת EBM. המקרה הקליני הראשון של EBM שיוצרה על ידי EBM היה השתלה מוצלחת של שתל אישה בת 83 בשנת 2011. רוב שתלי הטיטניום המותאמים אישית מעובדים, נמצאו, מזויפים ומסתיימים בתהליכי הכנה אחרים. ייצור מתכת ישיר, למשל, EBM עדיפה על טכניקות אלו מכיוון שהיא לא רק משנה את הטופוגרפיה של פני השטח של השתל, אלא גם מאפשרת ייצור של צורות ומבנים ספציפיים של שתלים המבוססים על קבצי עיצוב בעזרת מחשב. השימוש בשתלים מיוצרים של EBM כחלופה לכרסום והיגוי קונבנציונליים נדון ב-Cronskr ובמחקרים אחרים. נדון בהיתכנות כלכלית.

הבחירה בטכנולוגיית המסת לייזר היא טכניקה אשר נמסה לחלוטין באמצעות אבקות מתכת תחת הפעולה התרמית של קרן לייזר בשנת 1995. טכנולוגיית SLM אומתה ליישום מוצלח בייצור סגסוגת טיטניום ביו-רפואית. ניתן ליצור חומרים פיזיים וניתן לקבל חומרים נקבוביים עם נקבוביות מבוקרת וחוזק לחיצה מתאים לפי בקשה. נשק להשמדה המונית, גרמניה וכו'. נעשה שימוש בשיטות טיפוסיות כגון MTT, Brdu ו-WST כדי לבדוק את ההשפעה של גודל הנקבוביות של SLM על התאימות הביולוגית ותכונות הדחיסה שלו ביצירת פיגומי Ti-6Al-4V.
3.סיכום

כמו שתלים כירורגיים צריך להשתיל חומרים מסגסוגת טיטניום עם תאימות ביולוגית טובה ותאימות מכנית בטבעת הפיזיולוגית לטווח ארוך. הבטחת בטיחות ויציבות גופנית לטווח ארוך עם יתרונות טיפוליים היא גורם חשוב. בנוסף לצורך בתכנון קפדני ובחירת סגסוגות ללא השפעות שליליות, מובטחת איכות המטלורגיה והעיבוד של החומר, והשליטה על המיקרו-מבנה הפנימי שלו, המיקרו-מבנה שלו ושיפור מצב פני השטח של החומר כדי לייעל את הטיפול. גם כלי טכנולוגי חשוב.