Naukowcy Studiują 3D Drukowanie hydrofobowych Szczepów Kościanych swoistych dla Pacjenta

Hydroksyapatyt to naturalnie występujący minerał, który jest głównym składnikiem nieorganicznym zarówno szkliwa, jak i kości. W artykule zatytułowanym "Optymalizacja procesu ceramicznego druku 3D na złożonych konstrukcjach kostnych" zespół naukowców opisuje, w jaki sposób wydrukowano materiał 3D, badając wpływ różnych parametrów, a na koniec 3D wydrukowano przeszczep kostny specyficzny dla pacjenta.

Naukowcy rozpoczęli od drukowania 3D kilku rusztowań w kształcie sześcianu za pomocą atramentu INKREDIBLE + 3D firmy CELLINK. Po wydrukowaniu próbki wysuszono, spiekano i chłodzono. Wymiary rusztowań zostały wykonane za pomocą suwmiarki i przeprowadzono testy mechaniczne w celu zbadania wytrzymałości na ściskanie rusztowań. Próbki analizowano następnie za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, a skaner mikro CT wykonano w celu uzyskania nieniszczącego jakościowego obrazu rusztowań i przeprowadzenia ilościowej analizy 3D porowatości, frakcji objętościowej i stopnia anizotropii CD3D .

Przeprowadzono wtedy analizę przypadku.

" Krótko, tomografia komputerowa dystrakcji dalszego promienia była zrekonstruowano i wykonano rekonstrukcję wymaganej wady klinicznej i przeszczepu i zaprojektowano je za pomocą obrazowania TK ... od stawu łokciowego do stawów karonowo-okołopanałowych "- stwierdzają naukowcy. "Pliki DICOM zostały zaimportowane do oprogramowania do przetwarzania obrazów medycznych ... w celu segmentacji obrazów CT i wygenerowania trójwymiarowych wirtualnych modeli obu kości przedramienia. W związku z tym wykonano wirtualną osteotomię, aby uzyskać dokładną korektę niedokładności kątowej i rotacyjnej promienia. "

Model 3D defektu pacjenta wydrukowano w 3D za pomocą czystej żywicy przy użyciu drukarki 3D Formlabs Form 2. CAD przeszczepu ubytku przeskalowano w celu skompensowania skurczu po spiekaniu, a następnie wydrukowano 3D za pomocą tuszu hydroksyapatytowego. Po spiekaniu, przeszczep został wklejony wewnątrz ubytku i wykonano tomografię komputerową całego konstruktu.

Naukowcy odkryli podczas procesu, że skurcz po spiekaniu jest proporcjonalny do gęstości wypełnienia. < p> "Średnia objętość zewnętrzna po spiekaniu jest mniejsza dla wypełnienia 50% i 75% w porównaniu do gęstości wypełnienia 100%" - wyjaśniają. "... Ta zależność między skurczem objętościowym a gęstością wypełnienia może być użyta do dokładnego przewidywania poziomu skurczu drukowanych geometrii 3D za pomocą atramentu HA opracowanego w tym badaniu. Dzięki temu możemy wykorzystać te informacje do skalowania geometrii podczasproces projektowania, dzięki czemu zachowana jest dokładność końcowego wydruku, proces po spiekaniu. "

Różne parametry, w tym prędkość drukowania, ciśnienie wytłaczania i lepkość atramentu, wszystkie przyczyniają się do porowatości rusztowań przed spiekaniem. Po usunięciu spoiwa z matrycy rusztowania, wzrost temperatury powoduje wibracje cząstek i zbliżanie się do siebie, zmniejszając porowatość i zwiększając stabilność.

"Zrozumienie zależności między kurczeniem się procesu spiekania geometrii 3D Oparta na HA struktura drukowana 3D zapewnia przewidywalną korelację między plikami projektu i końcowymi przetworzonymi obiektami, dzięki czemu specyficzne dla pacjenta defekty kości można wydrukować z przedoperacyjnych skanów TK - podsumowują naukowcy. "Badanie to ma wpływ na materiały i optymalizację procesu projektowania 3D w zastosowaniach klinicznych. Specyficzne dla pacjenta przeszczepienie kości może zmniejszyć zapotrzebowanie na pobranie autoprzeszczepu i skrócić czas operacji, co ma wpływ na ogólny wynik operacji i związane z tym koszty. "

Autorami publikacji są Roopavath Uday Kiran, Sara Malferrari, Annemieke Van Haver, Frederik Verstreken, Subha Naryan Rath i Deepak N. Kalaskar.