Архив номеров
Медицинская Техника / Медицинская техника №3, 2022 / с. 33-36

Сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния облегченного 3D-печатного имплантата плеча

А.В. Синегуб, В.А. Суворов, Д.В. Гаврилов, М.Р. Бахрами


Аннотация

Применение 3D-печати в ортопедии имеет ряд преимуществ, одним из которых является облегчение веса импланта за счет ячеистых структур. Целью данного исследования является проверка возможности облегчения 3D-импланта плеча без потери жесткости и прочности.
Исследование основывается на сравнительном анализе напряженно-деформированного состояния индивидуального плечевого имплантата в двух исполнениях: цельном и ячеистом (облегченном). Первое исполнение имеет цельную форму и изготавливается посредством традиционных технологий. Второе исполнение имеет ячеистую структуру, которая облегчает вес имплантата, и изготавливается посредством аддитивных технологий – 3D-печати.
В результате работы было получено, что имплантат с ячеистым исполнением не уступает по прочности необлегченному и может смело использоваться в ортопедии.


Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Андрей Владимирович Синегуб, аспирант, Высшая школа автоматизации и робототехники,
Владимир Александрович Суворов, аспирант, Высшая школа механики и процессов управления, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»,
Дмитрий Викторович Гаврилов, аспирант, кафедра общей хирургии, ФГОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет», г. С.-Петербург,
Мохаммад Реза Бахрами, канд. техн. наук, доцент, научный руководитель, Университет Иннополис, г. Иннополис, Республика Татарстан,

Список литературы

1. Sanchez-Sotelo J., Cofield R.H., Rowland C.M. Shoulder hemiarthroplasty for glenohumeral arthritis associated with severe rotator cuff deficiency // JBJS. 2001. Vol. 83. № 12. PP. 1814-1822.
2. Fuhrmann R.A., Roth A., Venbrocks R.A. Salvage of the upper extremity in cases of tumorous destruction of the proximal humerus // Journal of cancer research and clinical oncology. 2000. Vol. 126. № 6. PP. 337-344.
3. Rцdl R.W. et al. Reconstruction of the proximal humerus after wide resection of tumours // The Journal of Bone and Joint Surgery. British Volume. 2002. Vol. 84. № 7. PP. 1004-1008.
4. Van de Sande M.A.J., Dijkstra P.D., Taminiau A.H.M. Proximal humerus reconstruction after tumour resection: Biological versus endoprosthetic reconstruction // International Orthopaedics. 2011. Vol. 35. № 9. PP. 1375-1380.
5. Mok S.W. et al. From the printer: Potential of three-dimensional printing for orthopaedic applications // Journal of Orthopaedic Translation. 2016. Vol. 6. PP. 42-49.
6. Pearl M.L. Proximal humeral anatomy in shoulder arthroplasty: Implications for prosthetic design and surgical technique // Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 2005. Vol. 14. № 1. PP. 99-104.
7. Peretyaka A.P., Maykov S.V. Results of primary and revision reverse shoulder arthroplasty // Traumatology and Orthopedics of Russia. 2012. Vol. 18. № 4. PP. 93-98.
8. Murylev V., Elizarov P., Lychagin A., Rukin Ya., Muzychenkov A., Rubin G. Experience with endoprosthetic shoulder joint replacement with different implants // The Doctor. 2016. Vol. 1. PP. 61-66.
9. D’Arienzo A., Ipponi E., Ruinato A.D., De Franco S., Colangeli S., Andreani L., Capanna R. Proximal Humerus Reconstruction after Tumor Resection: An Overview of Surgical Management // Advances in Orthopedics. 2021. Vol. 2021. Р. 16.
10. Sufiiarov V.S. et al. Design and mechanical properties simulation of graded lattice structures for additive manufacturing endoprostheses // Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2021. Vol. 28. № 16. PP. 1656-1662.
11. Li Z., Wang C., Li C., Wang Z., Yang F., Liu H., Qin Y., Wang J. What we have achieved in the design of 3D printed metal implants for application in orthopedics? Personal experience and review // Rapid Prototyping Journal. 2018. Vol. 24. № 8. РР. 1365-1379.
12. Kohlhof H. et al. Reconstruction of tibial metaphyseal defects with artificial components in revision arthroplasty (GenuX MK System) // Operative Orthopadie und Traumatologie. 2020. Vol. 32. № 4. PP. 284-297.
13. Javaid M., Haleem A. Additive manufacturing applications in medical cases: A literature based review // Alexandria Journal of Medicine. 2018. Vol. 54. № 4. PP. 411-422.
14. Mroczkowski M., Wilex M. Initial fixation of the trabecular metal reverse shoulder glenoid base implant. – Zimmer, 2008.
15. Liu Y., Rath B., Tingart M., Eschweiler J. Role of implants surface modification in osseointegration: A systematic review // Journal of Biomedical Materials Research Part A. 2020. Vol. 108. № 3. PP. 470-484.
16. Fradique R. et al. Production of new 3D scaffolds for bone tissue regeneration by rapid prototyping // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 2016. Vol. 27. № 4. PP. 1-14.
17. Shevtsov M., Gavrilov D., Yudintceva N., Zemtsova E., Arbenin A., Smirnov V., Voronkina I., Adamova P., Blinova M., Mikhailova N. et al. Protecting the skin-implant interface with transcutaneous silver-coated skin-and-bone-integrated pylon in pig and rabbit dorsum models // Journal of Biomedical Materials Research. Part B: Applied Biomaterials. 2021. Vol. 109. № 4. PP. 584-595.
18. Zhang B.G.X. et al. Bioactive coatings for orthopaedic implants – Recent trends in development of implant coatings // International Journal of Molecular Sciences. 2014. Vol. 15. № 7. PP. 11878-11921.
19. Albrektsson T., Johansson C. Osteoinduction, osteoconduction and osseointegration // European Spine Journal. 2001. Vol. 10. № 2. PP. 96-101.
20. Narra S.P. et al. Additive manufacturing in total joint arthroplasty // The Orthopedic Clinics of North America. 2019. Vol. 50. № 1. P. 13.
21. Wodarski P. et al. Wyznaczanie obciazeс w stawie ramiennym z wykorzystaniem przestrzennego matematycznego modelu koсczyny gуrnej // Modelowanie Inzynierskie. 2016. Vol. 29. № 60. PP. 74-79.
22. Dumas M., Terriault P., Brailovski V. Modelling and characterization of a porosity graded lattice structure for additively manufactured biomaterials // Material Design. 2017. Vol. 121. PP. 383-392.
23. Limmahakhun S., Oloyede A., Sitthiseripratip K., Xiao Y., Yan C. 3D-printed cellular structures for bone biomimetic implants // Additive Manufacturing. 2017. Vol. 15. PP. 93-101.
24. Simхes J.A., Marques A.T. Design of a composite hip femoral prosthesis // Materials & Design. 2005. Vol. 26. № 5. PP. 391-401.