Depuis les années 1940, de nombreux chercheurs ont étudié les corrélats de performance de la bioperformance du titane. Les études ont impliqué plusieurs disciplines telles que la microscopie électronique physique, chimique, biomédicale et avancée et les analyses biochimiques. Il est crucial de garantir la présence d'une bonne biocompatibilité, d'une compatibilité mécanique et des critères correspondants pour les implants en titane tels que la méthodologie et le développement d'implants chirurgicaux. Une brève description des études liées à l’application de tissus durs sur les tissus tumoraux sera maintenant présentée.
1 Propriétés biologiques des matériaux couramment utilisés pour les clous en tube de titane pur en alliages de titane crâniens
1.1 Biocompatibilité des alliages de titane à usage médical
Divers physico-chimiques. après l'interaction entre les alliages de titane et le corps humain. Réactions ou tolérances bioélectriques et autres, telles que cytotoxicité, génotoxicité, corrosion, hémolyse, allergie, etc. Les alliages de titane ont une bonne biocompatibilité, ils sont plus résistants que l'acier inoxydable et les alliages à base de cobalt. La microstructure des alliages de titane est classée en termes d'alliages de titane de type (par exemple systèmes de titane pur), + hybrides biphasiques (par exemple G., Ti6al4V, etc.) ou -. ou alliages de titane de type. Lors de la conception de la microstructure et de la sélection de la conception d’un matériau en alliage de titane médical, les différents composants de l’alliage doivent être exempts de réactions indésirables. Le Ti-6AL-4V (TC4) de première génération est un alliage de titane haute température typique + biphasé. Cependant, cet alliage contient du v, un effet secondaire toxique sur les organismes vivants, et des applications cliniques ont montré que la biotoxicité de v devrait dépasser celle du Ni et du Cr. La deuxième génération est constituée des alliages de titane de type + Ti-6a1-7nB et Ti-5a1-2, FE, de Nb.5FE a été développé en Suisse et en Allemagne, et est intégré à la norme internationale sur les biomatériaux.
L'utilisation d'un alliage de titane médical de type bêta TI-13N-13ZR de rats faibles de troisième génération, TI-12MO-6ZR-2FE (TMZF ), TI-29NB-13TA-4. 6ZR (TNTZ) est le point névralgique mondial de la recherche sur les matériaux médicaux en alliage de titane et le principal objectif de la direction de l'aide. TI-13NB-13ZR a été développé en 1994, le premier à être officiellement inclus dans la norme internationale TI-12MO-6ZR-2FE (TMZF) a été utilisé en 2000 et a été utilisé dans la fabrication d’articulations de hanche. Ces nouveaux alliages de titane bêta ont un module d'élasticité relativement faible. Il est important d’avoir une bonne biocompatibilité pour prévenir la densité osseuse et réduire le risque d’échec de l’implant. Les facteurs affectant la biocompatibilité comprennent le type de substance de l'implant, la morphologie et la morphologie de surface du dispositif, le travail, les propriétés physico-chimiques et les propriétés mécaniques. Pour
modifier la caractérisation et les propriétés biologiques des biomatériaux, l'application de différentes méthodes de traitement permet de contrôler un plus large éventail de formes microstructurales. La biocompatibilité et les propriétés ostéogéniques peuvent être encore améliorées. Les méthodes de traitement conventionnelles peuvent être largement classées comme mécaniques, physiques, chimiques et électrochimiques. Ceux-ci incluent l'utilisation de titane sablé et d'alliages de titane, de suspension de titane plasmatique, de revêtements d'hydroxyapatite, d'oxydation par micro-arc, de gravure à l'acide ou de gravure sablée, qui peuvent favoriser la formation d'une déshydratation superficielle des os, raccourcir le processus de guérison osseuse et faciliter l'assemblage. de nouveau tissu osseux pour former un assemblage mécanique. Augmentant ainsi la résistance de l’implant et du tissu osseux.
1.2 Compatibilité biomécanique des matériaux médicaux en alliage de titane
Les substituts osseux et articulaires sont soumis à divers effets de flexion, de compression, d’extension, de cisaillement et d’autres effets biomécaniques. Les propriétés mécaniques des implants sont donc très exigeantes. Les propriétés mécaniques déterminent la manière dont un matériau métallique est sélectionné pour une application particulière ; les propriétés les plus importantes sont la dureté, la résistance à la traction, le module d'élasticité, la résistance à l'abrasion, les propriétés à la fatigue et l'allongement. Si l’implant osseux n’est pas assez solide ou si les propriétés mécaniques entre l’os et l’implant ne correspondent pas, on parle alors d’incompatibilité biomécanique. Deux approches des alliages de titane sont couramment étudiées pour tenter de réduire ou de résoudre l'occlusion sous contrainte. Obtention d'une bonne compatibilité biomécanique : un nouveau type d'alliage de titane médical qui réduit le module d'élasticité des alliages de titane et améliore la bioactivité des alliages de titane. -type (contenant Al et O, n éléments gazeux), -type (contenant Mo, NB, tartre, v, etc.). Les microstructures de type (contenant Al et O, n-gazeux), de type (contenant Mo, NB, Ta, v, etc.) et + - de trois types d'alliages de titane. Différents traitements des alliages contrôlent le rapport et la répartition appropriés des phases - et - pour former différentes organisations afin d'améliorer leurs propriétés mécaniques.
Dans les indices mécaniques individuels des alliages de titane, il n'est pas souhaitable de déterminer s'il y a une compatibilité biomécanique indésirable. Si la résistance d'un alliage de titane est améliorée, son module métallique d'élasticité, sa dureté/résistance à l'usure, sa résistance à la fatigue augmenteront et sa plasticité diminuera. La contradiction ci-dessus fait qu'une partie de la résistance mécanique du matériau garantit que les autres propriétés mécaniques de l'application correspondent. l'élément EG, al, V est très efficace pour la résistance des alliages de titane. Cependant, la ténacité plastique du matériau diminue. De plus, le module d'élasticité est amélioré. Par conséquent, les alliages de titane médicaux doivent être évités ou ajoutés en petites quantités. Cependant, des éléments tels que zr, NB, Ta, Mo, HF, Sn peuvent renforcer le titane avec peu d'effet sur la ténacité plastique. En même temps, cela contribue à réduire le module d’élasticité des alliages de titane. On peut l'ajouter. Il peut être modifié dans la structure de la cavité interne de la réparation pour préparer du titane poreux afin de réduire le module élastique ou la rigidité. Les alliages Ti{{0}}a1-4V injectés sous forme de surfaces ramifiées sont utilisés pour la préparation de produits médicaux. Cependant, le Ti6-Al4-V dense a un module d'élasticité de 110 GPA et l'os cortical naturel de 0,5 GPA à 20 GPa.
D'un point de vue compatibilité biomécanique, un grand nombre d'études cliniques ont démontré la mauvaise compatibilité matérielle des implants métalliques conventionnels. Il existe une inadéquation dans les propriétés mécaniques du tissu osseux et une faible combinaison interfaciale avec le tissu dur de remplacement. Enfin, descellement d’implant ou fracture autologue. L'application de nouvelles technologies d'implants telles que les alliages de titane avec des structures de pores tridimensionnelles améliorent la présence de trous dans les performances de l'implant.
(1) La densité, la force et le module d'élasticité des implants métalliques peuvent être ajustés aux dimensions de la taille des pores et de la porosité pour obtenir une compatibilité mécanique. Éviter l’os autour de l’implant réduit les nouvelles déformations osseuses et sa capacité portante.
(2) La structure maillée tridimensionnelle pénétrante et les surfaces internes et externes rugueuses favorisent les ostéoblastes dotés de fortes propriétés adhésives, différenciées par le potentiel prolifératif de leurs surfaces. Une cicatrisation osseuse verticale peut être formée, améliorant ainsi la fixation biologique de l'implant et de l'os. En plus de la composition ci-dessus, la structure peut influencer les propriétés du matériau, et la fabrication et le traitement des alliages de titane peuvent également moduler les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion du matériau sur une plage relativement large.
2 Propriétés des alliages de titane cranio-faciaux pour le traitement personnalisé des implants
Les alliages de titane ont d'excellentes propriétés et nécessitent donc diverses méthodes de moulage pour traiter des formes spécifiques répondant aux exigences. Les implants médicaux en alliage de titane en forme de ski peuvent être préparés grâce à la préparation de processus de forgeage de précision, de processus de profilage par laminage, de processus de moulage de précision par fusion sous vide, pour ainsi dire. Les presses thermoélectriques et autres presses hydrostatiques peuvent éliminer l’organisation interne lâche de la coulée d’alliage. Il possède des propriétés d'alliage améliorées. En raison de la complexité de la structure du crâne, la conception et la fabrication de défauts réfractaires pliés ont été difficiles à utiliser en utilisant la conception assistée par ordinateur (CAO), la simulation numérique assistée par ordinateur (CAE), les techniques de fabrication additive pour la préparation (AM : AdditiveManufacure), etc. La conception et la fabrication de défauts réfractaires ont été difficiles à utiliser en utilisant la conception assistée par ordinateur (CAO), la simulation numérique assistée par ordinateur (CAE), les techniques de fabrication additive pour la préparation des défauts réfractaires. Il assure un contrôle précis de la réparation finale grâce à la forme complexe et à la structure interne du squelette crânien.
Des techniques d'impression 3D de prototypage rapide par faisceau électronique ou par laser peuvent être conçues pour obtenir directement des implants 3D en titane mésoporeux avec diverses structures spatiales internes et différentes porosités basées sur n'importe quelle conception de modèle CAO 3D complexe. La rugosité biologique de la surface est plus raisonnable et le procédé est plus fiable. Et ils peuvent être préparés en concevant avec précision les cellules du maillage et les dimensions de la grille pour la préparation, la distribution spatiale, la forme, etc. Plus encore, en ajustant leurs propriétés mécaniques. Et plus encore, en ajustant leurs propriétés mécaniques. Faire correspondre les propriétés mécaniques des tissus durs humains permet une fabrication personnalisée. Technologie de fabrication complémentaire, également connue sous le nom de technologie d’impression 3D. Les applications incluent les techniques d'impression 3D métallique dont l'objectif principal est de préparer des implants personnalisés pour la reconstruction de défauts à différents degrés de l'intrapéritoine, comme la reconstruction de défauts de la mandibule. Les techniques d'impression 3D métal pour la fabrication directe d'implants en titane sont principalement : l'ebm (electronic light, ebm), le Se-Lectivelasermelting (SLM), etc. Ces deux méthodes suscitent beaucoup d'intérêt et sont utilisées depuis longtemps dans le domaine de la fabrication d'implants en titane. Ces deux méthodes ont attiré beaucoup d’attention car elles permettent un contrôle précis de la structure des pores internes et des formes complexes. L'impression 3D pour la fabrication d'alliages de titane est techniquement difficile en raison du point de fusion relativement élevé du métal. Cela implique une variété de processus physiques tels que le changement de phase solide-liquide, la diffusion en surface et la conductivité thermique. Les questions à considérer incluent par exemple si l'alliage de titane est bien organisé après cristallisation, si l'ensemble de l'échantillon est homogène et quelle est la taille des impuretés et des trous internes. De plus, un chauffage et un refroidissement rapides provoqueront également des contraintes résiduelles plus importantes dans l'éprouvette.
La technologie de fusion par faisceau électronique a été développée au milieu-1990 en développant une source d'énergie pour les faisceaux d'électrons. En sélectionnant une poudre métallique puis en la faisant fondre, un système informatique contrôle la fusion et la projection des électrons. L'ensemble du processus est effectué dans un environnement sous vide. L'alliage Ti-6Al-4V a été maintenu à 626 ? 700 degrés pendant le processus de préparation. L'alliage présente une meilleure adaptation de la microstructure et des propriétés mécaniques. Il présente les avantages suivants : la température plus élevée maintient l'alliage préparé dans l'état retourné. Les contraintes résiduelles dans la pièce sont éliminées ; L'uniformité de la microstructure de l'alliage est assurée ; La composition de l'alliage de la pièce est pure, réduisant la teneur en oxygène ; Réduction de la production de phases martensitiques.
L'alliage Ti-6Al-4V a été préparé par al-bermani, Blackmore et d'autres au Royaume-Uni à l'aide de la machine Arcams12 EBM. La microstructure, la texture et les propriétés mécaniques de l'alliage ont été étudiées en profondeur. BASS, un chercheur américain, a étudié la microstructure et les propriétés mécaniques des alliages préparés par la méthode EBM. Il convient de noter que l'alliage possède de bonnes propriétés mécaniques. Les propriétés de traction des alliages préparés par cette méthode et celles des méthodes conventionnelles de préparation des alliages sont comparables. Les chercheurs Koike et Joshi, aux États-Unis, utilisent l'équipement Arcama2 EBM pour les implants dentaires TI-6AL-4alliage Veli, l'alliage doit être capable de tester et de tester la fatigue. Murr et coll. ETATS-UNIS. Étudier l'organisation et les propriétés mécaniques de l'alliage Ti-6Al-4V par la méthode EBM et le comparer avec l'alliage Ti-6AL-4V corroyé. Cette étude montre l'alliage Ti-6Al-4V par la méthode EBM, qui présente la résistance et la plasticité de l'alliage corroyé. Il convient également à la préparation d'implants médicaux.
Un autre chercheur national et international a effectué des tests de performances de compression et des tests de fatigue sur le matériau poreux en alliage TI-6AL-4V selon la méthode EBM. le premier cas clinique d'EBM fabriqué par EBM a été l'implantation réussie d'un implant féminin de 83 ans en 2011. La plupart des implants en titane sur mesure sont usinés, trouvés, forgés et finis avec d'autres processus préparatoires. la fabrication directe de métal, par exemple, l'EBM est supérieure à ces techniques car elle modifie non seulement la topographie de la surface de l'implant, mais permet également la fabrication de formes et de structures spécifiques d'implants basées sur des fichiers de conception assistée par ordinateur. l'utilisation d'implants fabriqués par EBM comme alternative au fraisage et à la direction conventionnels est discutée dans le Cronskr et d'autres études. La faisabilité économique est discutée.
Le choix de la technologie de fusion laser est une technique qui fond complètement les poudres métalliques sous l'action thermique d'un faisceau laser en 1995. La technologie SLM a été validée pour une application réussie dans la fabrication biomédicale d'alliages de titane. Des matériaux physiques peuvent être formés et des matériaux poreux avec une porosité contrôlée et une résistance à la compression correspondante peuvent être obtenus sur demande. Armes de destruction massive, Allemagne, et cetera. Des méthodes typiques telles que MTT, Brdu et WST ont été utilisées pour tester l'effet de la taille des pores du SLM sur sa biocompatibilité et ses propriétés de compression dans la formation d'échafaudages Ti-6Al-4V.
3.Résumé
Comme les implants chirurgicaux doivent être implantés avec des matériaux en alliage de titane présentant une bonne biocompatibilité et une bonne compatibilité mécanique dans l'anneau physiologique à long terme. Assurer la sécurité physique et la stabilité à long terme avec des bienfaits thérapeutiques est un facteur important. Outre la nécessité d'une conception rigoureuse et d'une sélection d'alliages sans effets indésirables, la qualité de la métallurgie et de la transformation du matériau est assurée, et le contrôle de sa microstructure interne, de sa microstructure et l'amélioration de l'état de surface du matériau pour optimiser le traitement sont également un outil technologique important.
