מבוא

סגסוגת Ti-6Al-4V - המיועדת באופן אנונימי כדרגה 5 טיטניום - היא בעלת ההשפעה המתכתית הנפוצה ביותר עבור אוטהופיטוס ושתלים שיניים.שילובו של כוח ספציפי גבוה, עמידות קורוזיה יוצאת דופן, הוכחה ביו-קופטרייה 6 נכשלה בתקן עבור היפולים, מעצבי ברך, מתקן ריצוף, ודימום שיניים, מאז האינטראקציות האלקטרומיותיות ארוכות, להמשיך את הגוף השלילי, למרות טמפרטורות מורכבות, ממשיכים להיות מסוגלות, להמשיך את הגורמות לכשלונות, כדי למנוע את האינטראקציות הפיזיקלימיות של הגוף.

מחקרים על Retrieval מצביעים על כך שבעוד ששיעור ההישרדות הכולל עולה על 90% בעשר שנים עבור שתלים רבים של Ti-6Al-4V, השבריר של כישלונות הניתנים לשבר חומרי או להשפלה על פני השטח נותר דאגה מתמדת. Debris שנוצר על ידי תהליכים לבישים וקורוזון יכול לגרום לתגובות שליליות של רקמות מקומיות, אוסטאוסטיוזיס, ובסופו של דבר סלקטיבי זה בוחן את מצבי הכישלונות העיקריים של Tiel-6Vרפואי, ביישומים ביולוגיים, כדי להרחיב את שיטות טיפול מוקדם, כדי להרחיב את שיטות שירות לפני טיפול, כדי להפיץ שיטות טיפול פסיכולוגיות, כדי להרחיב את שיטות טיפול.

מצבי כישלונ ראשוניים ב- Ti-6Al-4V Implants

Fatigue Fracture under Cyclic Loading

כשל שומני הוא מצב הכישלון המכאני הנפוץ ביותר עבור Ti-6Al-4V שתלים. ⁇ מציג גבול סיבולת עייפות (באוויר) של כ-500-600 MPa עבור דגימות חלקות, אבל הערך הזה טיפות באופן משמעותי בנוכחות של העלאת מתח או סביבות קורוזיות.שירות, שתלים חווים מיליוני מחזורי טעינה בשנה מהליכה, טיפוס, ופעילויות שגרתיות אחרות.

עבור צמחי הירך מלט, שברים עייפות בדרך כלל מקורו ההיבט הקדמי של אזור אמצע הרחם שבו מתחים בריונים של בריחת שתן הם הגבוהים ביותר.בגזעים ללא השגה, שבר מתחיל לעתים קרובות ליד הצומת של ציפוי ⁇ ואת תת-קרקעי מוצק ניתוחים על ידי המחברים ב FLTASTM F561FLT1Falrated, אשר מתועדים בכשלים מיקרו-R-6 אקרסרב.

סיוע סביבתי סדקים וקורוזיון

למרות ש- Ti-6Al-4V מהווה שכבת תחמוצת יציבה ועצמית (TiO2) המספקת התנגדות כללית מעולה לשחיתות, אין היא חסינים מפני התקפה מקומית בסביבה הפיזיולוגית האגרסיבית.

  • (FLT:0Crevice corrosion: FIRLT:1) Occurs פערים צרים בין רכיבים מודולריים (למשל, חיבורי ברז צוואר ראש) שבו החמצן מוביל לירידה ב- pH והתמוטטות של הסרט הפסיבי. קריון קורוזי יכול להתקדם כדי להטות קורוזיה כאשר micromotions משבשת את תהליך הסגירה.
  • (FLT:0) סטרס קורוזיה סדק (SCCIRLT): 1 Ti-6Al-4V נחשב בדרך כלל עמיד מאוד ל-SCC, אך הכישלונות דווחו בשתלים בלחץ גבוה, עם פגמים לפני-הקרקע.המנגנון בדרך כלל כרוך בהתגלמות מימן בחוד החסקה בנוכחותם של מתחים טפילים ואלקטרואקטיביים.
  • (FLT:0Galvanic corrosion: ⁇ 1) כאשר יחד עם מתכת אצילי יותר כמו cobalt-chromium-molybdenum ⁇ במערכת הירך מודולרית, titanium יכול לפעול כמו aode ו ניסיון פירוק עיצובים מודרניים להימנע מגע ישיר, אבל fretting יכול להסיר את השכבה הפסיבית ו re- re- re- re- re-Buildallingic.

סקירה של מנגנוני כשל קורוזיה בשתלים אורטופודיים זמינה מן ה-FLT:0 (הדיווחים המדעיים של הטבע) FLT:1, אשר מספק סקירה מקיפה של השפלה בתוך-וואבו.

ללבוש והתחל

ללבוש של Ti-6Al-4V משטחים הוא דאגה קריטית, במיוחד במפרקים מאומנים שבו ⁇ משמש כמשטח הנושא נגד פוליאתילן או קרמיקה.התכונות הטריבולוגיות העניות יחסית של ⁇ - קשיחות נמוכה (~350 HV) ומקדם גבוה של חיכוך נגד עצמו - שלא כמו דבקים כבדים של מתכת או מטבוליים, לאחר מכן, כמו שיבושים מתכתיים של חלקיקים קצרים יותר, כמו מטושטשים של חומר מתכתי מתכתי מתכתי, כמו מטושטשים קטנים.

חשוב להבחין בין שני הטפסים: קורוזיה מכוננת מתרחשת בתוך ממשקים מודולריים בתנאים אלקטרוכימיים, בעוד ללבוש פשוט שולט על פני השטח הפיסוליים. שני התהליכים מייצרים פסולת עשירה טיטניום שיכולה לעבור לרקמות ההפריטיפורטיות, הפעלת מקרופילים ואוסטאוקליסטים, המוביל לאוסטאוסטיוזיס ונשגב.

מתח ועצמות

בעוד שלא כשלון חומרי ל-Seixal, לחץ מגן הוא תופעה ביומכנית שיכולה להוביל באופן עקיף לכישלון מבני של השתל. Ti-6Al-4V יש מודולולוס של כ 110 GPa, שהוא בערך פי עשרה מאשר זה של עצם קוטורי (10-30) היפרדות חריפה של עצם (R) לאחר שריד עובר שלילי חזק של אובדן העצם (Fic) וגרם שלילי חזק של לחץ על ידי גירוי עצמי, ירידה עצמית נמוכה, ירידה של לחץ על ידי לחץ על ידי התקף העצם, ירידה עצמית, ירידה של חרדה נמוכה של חרדה).

גורמים שגורמים לכישלונ

עיצוב מתח וריכוזי מתח

תכונות גיאומטריות כגון פינות חדות, שינויים פתאומיים בניתוח חלקי, ושורשי חוט לפעול כמו העלאת מתח כי להפחית את חיי העייפות של Ti-6Al-4V שתלים. Finite רכיב ניתוח (FEA) הראו שוב ושוב כי אפילו רדיוס שורש קטן לאנץ יכול לחדד את גבול הסיבולה. עיצובים עם שרוולים משולבים, ברגים עבור תיקון, או מודולרי ליצור מולטי-קליד ו-מחץ המקורי עלול להיות ניתוח טעינה.

ייצור Defects

שני תהליכים ייצור ותוספים קונבנציונליים (AM) יכולים להציג פגמים כי כוח עייפות פשרות. Porosity, הכללות, פגמים פני השטח משמשים אתרי סדקים. in wrought Ti-6Al-4V, הכללות של alpha-case (אבקת חמצן עשיר, משטח כפול שנוצר במהלך עבודה חמה) הם כישלון ידוע עבור שתלים מופק על ידי אלקטרום להיות ממיס (BIP) כדי למנוע את הדימום פנימי של סרטן חום (אבקת שומן) או אבקת דלקת ריאות (דלקת דם) להישאר עם לחץ דם חזק (Ric) או אבקת דלקת ריאות (דלקת דם (Ricial) או חומצה פוליוזבת שומן אחורית שומן) אשר עשוי להיות מופחתת שומן אחורית) אשר עשוי להיות מופחתת) כדי להפחית את הדם (Ricial) כדי להפחית את הדם הלבבת 50% לחץ דם חזק (Ricial) אבל ירידה במשקל חום-Lopvd) הוא עדיין נמוך יותר מאשר לחץ דם חזק (Ricial) עם ירידה במשקל לחץ דם חזק (Ricial) הוא עדיין ירידה במשקל מופעלת שומן לחץ דם חזק, 000 לחץ דם חזק, 000 לחץ דם חזק, 000 לחץ על ידי דלקת ריאות (Ricial להישאר לחץ דם חזק, 000 לחץ דם חזק, 000 לחץ דם חזק, 000

סביבה ביולוגית וכימיקלית

הגוף האנושי אינו סביבה שפירה עבור מתכות.ה- pH של נוזל periprosthetic יכול לרדת מתחת 4.0 בנוכחות תגובה דלקתית או זיהום, מאיץ את פירוק שכבת תחמוצת פסיבית. חשיפה לטווח ארוך חלבונים, אנזימים ומימן peroxide שוחרר על ידי תאים דלקתיים מופעל יכול גם לקלקל את הסרט ולקדם קורוזיציה מקומית.

גורמי מטופלים-מחדשים

רמת פעילות המטופל, משקל גוף, איכות העצם, והיסטוריית טעינה שלאחר הניתוח משפיעים באופן משמעותי על חיי השתל.צעירים, חולים פעילים לכפות עומסי אופניים גבוהים יותר והתעללות חמורה יותר מאשר חולים קשישים sedentary. Osteopenic העצם מספקת תמיכה פרוקסימית גרועה, הגדלת הרגע השברירי על הגזע. Malalignment במהלך ניתוח יכול ליצור מתחים מגע לא נורמליים, בעוד זיהום או היפרגישות יכול לגרום למקריות ביולוגיות כי הם לעתים קרובות להאיץ את מקרי סרטן אלה.

שיטות ניתוח כשל

כאשר השתלת Ti-6Al-4V נכשלת, נדרש ניתוח כשלון שיטתי כדי לקבוע את שורש הסיבה וליישם פעולות נכונות.השיטות הבאות מוחלות, בדרך כלל בהתאם לפרוטוקולים כמו FLT:0ASTM E230330IRFLT:1:

ויזואלי ו- Stereo Microscopy

בדיקה ראשונית תחת הגדלת נמוכה (5× 50×) מגלה תכונות שבר מקרוסקופיות, כתמים קורוזיים, תבניות ללבוש וראיות של מקורות סדק מרובים.משטח השברים מצולם ונבחן עבור סימני חוף (תרמיות פשים) או תבניות קמורון מצביעות על אתר ההתקדשות.

סורק אלקטרון מיקרוסקופיה (SEM)

SEM בגרות גבוהה (500× ל-10,000 ×) מספק מידע טופוגרפי מפורט של משטח השברים. striations Fatigue - כל אחד המייצג מחזור עומס אחד - ניתן לספור כדי להעריך את קצב הפחתת הסדקים.נוכחות של דיפרונים דוקטריליים מצביעה על שברים; אזורים שטוחים, פנים מציעות שברים או cleage. SEM הוא גם חיוני לזיהוי קורוזיה, מפוסקים, צלקות, צלקות.

אנרגיה Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS)

EDS המבוצעת בתא SEM מזהה את ההרכב האלמנטרי בנקודות ספציפיות, כגון מוצרי קורוזיה, הכללות או מקהלי פני השטח.זיהוי חמצן, כלור, גופרית, או זרחן עשויים להצביע על התקפה כימית או ביו-מיןיזציה. EDS יכול גם להדגיש פסולת זרה (למשל, חלקיקים מתכתיים או העברה מתכתית מדלפק).

X-ray Diffraction (XRD)

XRD משמש לזהות שלבים הקיימים על פני השטח השבורים או במוצרי קורוזיה.עבור Ti-6Al-4V, נוכחות של hydride titanium (TiH2) הוא אינדיקטור חזק של התגלמות מימן, בעוד נוכחות של תחמוצות כגון TiO2 (רוטילי / אנטנהאז) לעומת Ti2O3 מודיע על מצב חמצון.

בדיקה מטבוליזם

ניתוח חלקי של השתל ליד מטוס השבעה מאפשר בדיקה של מבנה המיקרו.זה יכול לחשוף את נוכחותם של מיקרו-קריפים, המורפולוגיה של השלבים אלפא-בטה, שינויים במבנה דגנים עקב ייצור או שירות. Porosity והכללות הם הקוונטים. חלקיק של אלפא וגודל דגנים לפני בטא הם פרמטרים קריטיים המשפיעים על ביצועים.

בדיקות מכניות

כאשר ניתן להסיר חלק מהשתל הכושל מבלי להרוס את הראיות, ניתן להכין דגימות בקנה מידה קטן לבדיקות פילים, בדיקות קשיחות או פרופילים microhardness.מבחנים אלה לאמת אם התכונות המכאניות של השתל עומדות בדרישות של סטנדרטים כגון FLT:0AS-6FLT:1 עבור סגסוגת wt או FLT2:2TM FLT1F13 עבור תוסף ipi-4.

ניתוח יסודות Finite Element Analysis (FEA)

FEA מודלים של האנטומיה של השתל תחת עומסים פיזיולוגיים יכול לאמת אם המיקום הכשל מתאים לאזור של לחץ צפוי גבוה בשילוב עם ממצאים פרוקטוגרפיים, FEA עוזר לקבוע אם הכישלון מונע על ידי עיצוב אי-התאמה או תנאי טעינה בלתי צפויים.

אסטרטגיות למניעת כישלון

עיצוב מותאם ל Fatigue ו- Load Transfer

עיצובי שתל מודרניים לחסל פינות חדות, להשתמש בגליקת נדיבות, וליישם את הגיאומטריה של טאקר הממזער ריכוזי מתח. עבור hip גזעים, טעינה פרוקסימית מוגברת באמצעות ציפויים ⁇ אשר מקדם גידול העצם ולשמור על תמיכה פרוקסימית. צומת מודולרי נועדו עם זוויות טאפר יותר ושיפור פני השטח כדי להפחית את העוקץ.

בקרת ייצור ואיכות

ייצור אדקטיבית מציע חופש עיצוב לייצר שתלים מורכבים, ספציפיים לחולה עם נוקשות מותאמים ⁇ , אבל התהליך חייב להיות נשלט הדוק. HIP טיפול כמעט מבטל את הנפיחות הפנימית.חוספס על פני השטח מופחת על ידי עיבוד לאחר כגון הצצה סטרימינג, אשר גם מציג מתחים דחיסה כי עיכוב סדקים שיטות הערכה לא-דה (CT, סריקה קולי) הם מיושם על כל זיהוי פגמים קריטי לפני פגמים קריטיים.

משטח משתנה ו-Cotings

ללבוש ושחיתות של Ti-6Al-4V ניתן לשפר באמצעות מגוון של טיפולים על פני השטח:

  • (FLT:0) אוקסידציה ו anodizing:FreaLT:1) מייצרת שכבת תחמוצת עבה יותר, מדבקת יותר (ceramic TiO2) אשר מפחיתה את שחרור היון ומשפרת את ההגנה על קורוזיה.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ או נטישת יון: ⁇ 1 (ב) מציג חנקן לתוך שכבת פני השטח, יצירת שלב צמיגים קשיח שמשפר את ההתנגדות על ידי עד סדר גודל.
  • (ב) ציפוי פחמן דמויי ההרחבה:0 (DLC): 0LT:1 לספק חיכוך נמוך וקשהות גבוהה אך דורשות דבקות זהירה כדי להימנע מדיכאון.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ (Hydroxyapatite) (HA): FLT:1 מקדם חיבור העצם מוקדם ולהפחית את המיקרו-מוtion, הגנה בעקיפין מפני עייפות מכוננת.

חלופות והנדסת פני השטח

עבור יישומים שבהם הביצועים הטריביולוגיים של Ti-6Al-4V אינם מספיקים, מהנדסים מציינים סגסוגת טיטניום חלופית כגון Ti-6Al-7Nb (אשר מבטלת וניל רעילה) או נמוך-מודולולוציות בטא כמו Ti-35Nb-5TathT-7Zr (TNZT) אלה להפחית את הלחץ ומציעים התנגדות יותר מעייפות.

ניהול מטופלים וטכניקה כירורגית

בחירת המטופל הנכון וטכניקה כירורגית חשובים כמו בחירה חומרית.התשולית חייבת להיות בתוך מסדרונות בטוחים כדי להימנע מעומסי טעינה קצה ומדגישי מגע לא נורמליים.הגבלות פעילות פוסטאקטיבית מסייעות להגן על ממשק הריפוי של העצם-השתלה רדיואקטיבי רגיל מאפשר למנתחים לזהות או להשפיל מוקדם, לפני שכישלון קטסטרופלי עם מדד מסת גוף גבוה או רמות פעילות גבוהות עשויים להפיק תועלת מהשתלות עם קוטרים גדולים יותר, ממשטח עבה, ממשטח עבה, או ממשטחי, ציפויים או ממשטחים, או ממשטחי גוף גבוה יותר, או מחוזק.

כיוונים עתידיים והתקדמות

המחקר ממשיך לדחוף את הגבולות של Ti-6Al-4V ביצועים עבור שתלים. גישות הנדסיות של פני השטח החדש - כגון לייזר טקסט טקסט כדי ליצור מבנים מיקרו השראה אשר מקדם אוסוינטציה תוך צמצום הדבקות חיידקית - להראות הבטחה.ייצור השתלת לייזר עכשיו מאפשר מבנים ל-iV ספציפי יותר כדי להתאים את העצם, צמצום הלחץ ללא יכולת הקרבה של ניתוח סיבולת יעילה יותר וחיזוי של פעילות גופנית יעילה יותר.