人體骨肌系統(tǒng)的常見疾病包括骨關(guān)節(jié)退行性變、脊柱退行性變、四肢創(chuàng)傷、骨缺損、骨質(zhì)疏松及骨腫瘤等。骨植入體是骨肌系統(tǒng)治療的方式之一,其主要功能是全部或部分替代關(guān)節(jié)、骨骼、軟骨或肌肉骨骼系統(tǒng)。目前臨床應(yīng)用的植入體主要采用傳統(tǒng)機(jī)加工、模具成形等方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化制造,然而人體骨骼具有個(gè)性化的外形特征,造成了標(biāo)準(zhǔn)化的植入體與個(gè)性化的骨骼不匹配的局面,從而影響治療效果。激光選區(qū)熔化（Selective laser melting,SLM）技術(shù)在直接制造精細(xì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件方面具有巨大優(yōu)勢(shì),特別適合金屬骨植入體的個(gè)性化成形。然而,目前骨植入體在應(yīng)用中面臨著金屬材料與骨組織之間模量不匹配、界面結(jié)合力低、骨整合能力差的問題,同時(shí)結(jié)構(gòu)上存在內(nèi)部孔隙梯度可控與拓?fù)湫阅軆?yōu)化的需求。因此,本論文針對(duì)金屬骨植入體應(yīng)用中材料與結(jié)構(gòu)制備上面臨的問題,主要展開了結(jié)構(gòu)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)表面涂層改性、金屬基復(fù)合材料、梯度材料和梯度結(jié)構(gòu)制備等五個(gè)方面的研究。具體研究工作如下:針對(duì)金屬與骨組織之間由模量不匹配產(chǎn)生的應(yīng)力遮蔽效應(yīng),以及人骨在結(jié)構(gòu)上對(duì)植入體拓?fù)湫阅軆?yōu)化的需求,提出基于單元陣列的多孔結(jié)構(gòu)單元拓?fù)鋬?yōu)化方法。通過有限元模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：170 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

骨植入體在人體不同位置的分類示意圖

骨移植以及骨替代材料植入法等進(jìn)行治療。自體骨游離移植簡(jiǎn)便，無排異反應(yīng)；缺點(diǎn)是血運(yùn)較差，抗感染力較弱，愈合過吸收明顯，且手術(shù)損傷大，骨源有限，塑形困難[1]。特別是對(duì)于骨缺損，術(shù)中時(shí)間大量對(duì)骨瓣塑形，且往往難以恢復(fù)滿意的面植入材料和結(jié)構(gòu)的開發(fā)和應(yīng)用是大面積骨缺損修復(fù)的主要研材料主要包括陶瓷、高分子聚合物和金屬三大類。陶瓷材料與物相容性好，但加工性差，且強(qiáng)度和韌性低，僅適宜于非承重子聚合物易加工，但強(qiáng)度不足，且易降解并引起無菌性等炎癥瓷和聚合物強(qiáng)度高，在承重骨修復(fù)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。另一方復(fù)雜的外形，內(nèi)部還呈現(xiàn)為復(fù)雜的梯度孔隙[3]，如圖 1-2 所示質(zhì)，由一根根內(nèi)空的“柱子”累積構(gòu)成；里層為低密度的骨松孔錯(cuò)綜交織而成。因此，具有復(fù)雜個(gè)性化外形和梯度內(nèi)部可控當(dāng)下骨植入體的研究熱點(diǎn)。

增材制造技術(shù)是 20 世紀(jì) 80 年代后期興起的先進(jìn)制造技術(shù)，采用材料逐層累加的方法直接由 3D 數(shù)字化模型制造實(shí)體零件，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的快速成形，在骨植入體制造領(lǐng)域具有巨大的優(yōu)勢(shì)。少數(shù)采用增材制造技術(shù)生產(chǎn)的個(gè)性化植入體已經(jīng)獲得審批，并開始應(yīng)用于臨床。2009 年 AdvancedMedicalTechnologiesAG 公司生產(chǎn)的純鈦?zhàn)甸g融合器通過了歐洲合格認(rèn)證。2014 年，西京醫(yī)院完成了亞洲首例增材制造鈦合金骨盆腫瘤假體植入術(shù)，同年世界首例增材制造鈦合金鎖骨和肩胛骨假體植入術(shù)也在西京醫(yī)院實(shí)施成功。2015 年，北京愛康宜誠公司生產(chǎn)的增材制造鈦合金人工髖關(guān)節(jié)產(chǎn)品獲得國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局（CFDA）的注冊(cè)批準(zhǔn)，成為我國(guó)首個(gè)通過認(rèn)證的增材制造骨與關(guān)節(jié)植入假體，迄今已有30余名患者接受了該假體的植入手術(shù)。在金屬骨植入體增材制造技術(shù)中，基于粉床的激光選區(qū)熔化（SelectiveLaserMelting,SLM）技術(shù)可制造近全致密、接近鍛件性能的精細(xì)復(fù)雜零件，特別適合個(gè)性化骨植入體的制造。目前，SLM 已可成形不銹鋼、鈦合金、鎳基高溫合金、鋁合金等材料，圖 1-3 為 SLM 制造的典型個(gè)性化金屬骨植入體。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]中國(guó)首個(gè)3D打印人體植入物獲CFDA注冊(cè)批準(zhǔn)[J]. 仰東萍,蔡宏.  北京大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版). 2015(05)
[2]新型醫(yī)用Ti-35Nb-4Sn-6Mo-9Zr和Ti-35Nb-1.3Mo-3.7Zr合金在林格溶液中的電化學(xué)腐蝕行為[J]. 戴世娟,陳鋒,王煜.  稀有金屬材料與工程. 2014(S1)
[3]不銹鋼粉末的選擇性激光熔化快速成形工藝研究[J]. 史玉升,李瑞迪,章文獻(xiàn),劉錦輝.  電加工與模具. 2010(S1)
[4]光纖激光選區(qū)熔化316L不銹鋼工藝優(yōu)化[J]. 王迪,楊永強(qiáng),吳偉輝.  中國(guó)激光. 2009(12)
[5]NiTi合金血管內(nèi)支架表面改性及其生物相容性研究[J]. 沈陽,王貴學(xué),全學(xué)軍,俞青松.  中國(guó)醫(yī)療器械雜志. 2006(01)

博士論文
[1]醫(yī)用合金粉末激光選區(qū)熔化成形工藝與性能研究[D]. 張升.華中科技大學(xué) 2014
[2]金屬粉末選擇性激光熔化成形的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題研究[D]. 李瑞迪.華中科技大學(xué) 2010
[3]選擇性激光熔化快速成形關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 章文獻(xiàn).華中科技大學(xué) 2008
[4]個(gè)體化鈦合金示指掌指關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)、制造和生物力學(xué)的研究[D]. 王鵬.吉林大學(xué) 2008



本文編號(hào)：3131472