Különböző 3D nyomtatott lattice struktúrák hatása fúziós gerincstabilizációs implantátumok teherbírására
Az emberi gerincoszlop lumbális szakaszát éri életünk során a legtöbb terhelés. Jelenthet ez statikus vagy dinamikus eredetű erőhatásokat, de biomechanikai tanulmányok alátámasztják, hogy a gerincen belül az ágyéki területen ébrednek a legnagyobb erők és nyomatékok, amik a kor előrehaladtával degeneratív megbetegedésekhez vezetnek. Az ilyen maradandó megbetegedések az egész társadalmat érintő problémát jelentenek és rendkívül megnehezítik a mindennapi életet, mivel nagymértékű fizikai fájdalmat és zsibbadást okoznak. Ha az ágyéki izmok fejlesztése nem elegendő akkor végső megoldást jelent a fúziós gerincstabilizációs műtét, más néven a PLIF és TLIF fúziós műtéti eljárások. Amelyeknél az említett gerincszakaszon elváltozott porckorong helyére, hátulról beépítésre kerülnek a gerincimplantátumok és ezeket kiegészítő instabilitást helyreállító rögzítő rendszerek.
A gerincimplantátumok az orvostechnika fejlődésével és a különböző additív gyártási eljárások elterjedésével egyre nagyobb teret hódítanak meg. Ezeknek az implantátumoknak a tervezésekor nagy szerep jut a biomechanikai vizsgálatoknak, amelyek segítséget nyújtanak a mérnöki modell megalkotásában és adatot szolgáltatnak a teszteléskor az implantátumok viselkedéséről, stabilizációs hatásukról és terhelési megbízhatóságukról. Additív gyártással előállíthatóvá válnak a különböző belső rácsszerkezetes, azaz az úgynevezett lattice struktúrákkal ellátott implantátumok is. Ezek a belső struktúrák rendkívül előnyösek a fúziós műtéti eljárásoknál, mert velük kiküszöbölhetőek azok a negatív hatások és tulajdonságok, amelyek megjelennek a tömör, forgácsolt eszközöknél. Megállapítható, hogy az additív technológiákkal gyártott eszközök két biokompatibilis anyagra és 3D nyomtatási technikára korlátozódnak. Az FDM technológiával gyártott PEEK polimer anyagú implantátumok száma elmarad az SLM fémnyomtatással készített titán implantátumoké mellett, éppen ezért erre a kialakulóban lévő orvostechnikai ágazatra szeretnék nagyobb hangsúlyt fektetni. Az irodalomkutatásom részeként egy átfogó adatbázisba rendszereztem a világpiacon jelenlévő implantátumokat és ez segítségével elvégeztem egy előszűrést, hogy leszűkítsem melyek a leggyakrabban használt és legjobb tulajdonságokkal rendelkező rácsszerkezetek.
A TDK dolgozatom az FDM technológiával előállítható gerincstabilizációs implantátumokra jellemző lattice struktúrák terhelési vizsgálatára és egy fúziós gerincimplantátum tervezéshez a legmegfelelőbb rácsstruktúra kiválasztására irányul. Az ABS alapanyagból nyomtatott próbatesteken elvégzett szilárdsági mérések eredményére alapozva validálható a végeselemes analízis, lehetővé téve a fejlesztett implantátumok tesztelését olyan összetett igénybevételekre, amelyek a beépített környezetben közvetlenül érnék azt. Ezáltal a belső részeket kitöltő struktúraszerkezet optimalizálható az in vivo terhelésekre. Ez nagy előnyt jelent, mert az implantátumok forgalomba helyezése előtti szabványos vizsgálatai nem terjednek ki az összetett igénybevételekre, mivel ezek javarészt egytengelyű húzó-, nyomó- vagy hajlítóvizsgálatok. Jelen tanulmány az első lépésének tekinthető egy hosszabb kutatási folyamatnak, ahol megtervezésre kerül egy gerincstabilizációs implantátum, mely rendelkezik hagyományos gyártástechnológiai eljárásokkal készült implantátumok tulajdonságaival és teherbírásával, azonban igazodik napjainkban elérhető új gyártástechnológiai eljárások adta előnyökkel.
szerző
-
Molnár Luca
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Zwierczyk Péter Tamás
adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék