使用拓优化设计3D打印假肢,用于重建围骨瘤的3D打印假肢
Jiazhuang Zhu1, Jianping Hu1, Kunpeng Zhu1
1Department of Orthopedic Surgery, Institute of Bone Tumor, Shanghai 10th People's Hospital Affiliated to Tongji University, Tongji University School of Medicine, Shanghai, China.
Frontiers in bioengineering and biotechnology
|December 20, 2023
概括
设计具有拓优化 (TO) 的3D打印多孔假肢可以减少围骨瘤重建中的应力屏蔽. 这些植入物促进骨质整合并保持性,满足患者日常活动的需求.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 整形瘤学 整形瘤学
- 材料科学 材料科学 材料科学
背景情况:
- 围骨瘤重建通常涉及假肢,可能导致压力屏蔽.
- 应力屏蔽发生在假肢承受大部分负荷时,导致骨再吸收和植入物松动.
研究的目的:
- 用拓优化 (TO) 来设计3D打印的假肢,用于围骨瘤重建.
- 结合多孔结构以减轻应力屏蔽和增强骨植入物集成.
主要方法:
- 利用患者CT数据创建有限元素分析 (FEA) 模型.
- 用SIMP模型应用TO以优化植入物设计,并用多孔结构取代移除的区域.
- 进行了手术前和后的FEA模拟,以评估压力,应变能量密度 (SED) 和微运动,以及初步的临床随访.
主要成果:
- 拓优化显著增加了SED (143.61%和35.050%),表明负载转移得到了改善.
- 在一个假肢类型 (10.494%) 中,峰值应力下降,而应力分布或微运动没有显著变化.
- 手术后的FEA证实了骨和植入物的低压力水平;临床随访显示成功的骨质整合和100%的MSTS分数在12个月.
结论:
- 有TO的3D打印多孔假肢有效降低应力屏蔽,并促进围骨重建中的骨质整合.
- 这些植入物保持了原来的刚性,同时满足日常活动的功能需求.
- 这项研究为未来的围骨骨瘤重建假肢提供了有价值的设计参考.
