性羥基磷灰石骨植體的3D打印研究

羥基磷灰石是一種天然存在的礦物質(zhì)，是牙釉質(zhì)和骨骼的主要無機成分。在一篇名為“基于陶瓷3D打印過程的復雜骨骼設計優(yōu)化”的論文中，一組研究人員描述了他們?nèi)绾问褂?D打印材料，研究不同參數(shù)的影響，最后3D打印骨植體。

研究人員首先使用CELLINK的INKREDIBLE + 3D打印墨水3D打印幾個立方體形狀的支架。打印后，將樣品干燥，燒結(jié)并冷卻。使用卡尺拍攝支架的尺寸，并進行機械測試以測試支架的抗壓強度。然后使用掃描電子顯微鏡分析樣品，并進行微CT掃描以獲得支架的非破壞性定性圖像，并進行孔隙率計算、體積分數(shù)和各向異性程度的定量3D分析，最后進行案例研究。


“簡要地說，重建了橈骨遠端畸形愈合的CT掃描，并使用CT成像重建和設計了所需的臨床缺損和移植物......從肘部到腕掌關節(jié)進行了研究，”研究人員說道。 “將DICOM文件導入醫(yī)學圖像處理軟件......以分割CT圖像并生成前臂骨骼的三維虛擬模型。 因此，進行虛擬截骨術(shù)以產(chǎn)生半徑的角度和旋轉(zhuǎn)不對齊的精確校正。

使用Formlabs Form 2 3D打印機，使用透明樹脂3D打印患者缺陷的3D模型。將缺陷移植物的CAD按比例放大以補償燒結(jié)后的收縮，然后使用羥基磷灰石墨水進行3D打印。 燒結(jié)后，將植體粘在缺損內(nèi)，并對整個構(gòu)建體進行CT掃描。

研究人員在此過程中發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)后的收縮率與填充密度成正比。

他們解釋說：“與100％填充密度相比，燒結(jié)后的平均外部體積小于50％，填充率為75％�！� “......體積收縮和填充密度之間的這種關系可用于準確預測使用本研究中開發(fā)的HA油墨的3D打印幾何形狀的收縮水平。因此，我們可以在設計過程中可以使用這些信息來擴大幾何形狀，從而保持最終打印、燒結(jié)后工藝的準確性�！�

各種參數(shù)，包括打印速度、擠出力度和油墨粘度，都有助于改善燒結(jié)前支架的孔隙率。從支架基質(zhì)中除去粘合劑后，溫度的升高導致顆粒振動并彼此靠近，從而降低孔隙率并增加穩(wěn)定性。

“理解基于HA的3D打印結(jié)構(gòu)燒結(jié)過程后三維幾何收縮之間的關系，可以在設計文件和最終加工對象之間提供可預測的相關性，從而可以從術(shù)前CT掃描中打印出患者特異性骨缺損，”研究人員總結(jié)道。 “這項研究對臨床應用的材料和3D設計過程優(yōu)化具有重要意義。這種方式的骨移植生產(chǎn)很有可能減少自體移植需求并縮短手術(shù)時間，從而影響手術(shù)的總體結(jié)果和費用�！�

論文作者：Roopavath Uday Kiran，Sara Malferrari，Annemieke Van Haver，F(xiàn)rederik Verstreken，Subha Naryan Rath和Deepak N. Kalaskar。