Giriş Giriş Giriş
Ti-6Al-4V alaşımı - Grade 5 titanyum olarak adlandırılmıştır - yük taşıma veya diş implantları için en yaygın metalik biyomalzeme cihazları ve diş implantları için en yaygın olarak kullanılan implantlar. Yüksek performanslı, olağanüstü korozyon direnci ve kanıtlanmış biyokompatabilitesi, kalça kökleri, diz bileşenleri, omur düzeltme cihazları ve 1970'lerden bu yana cerrahileri hedef alan cerrahileri hedef alan cerrahiler için gerekli olan temelleri anlamak için standart haline gelmiştir.
Raporlanmış retrieval çalışmaları, genel hayatta kalma oranlarının on yıl boyunca% 90'ını Ti-6Al-4V implantları için aştığını, biyomedikal uygulamalarda kullanılan hataların çoğu kalıcı bir endişe kalır.Süresel doku reaksiyonlarını araştırarak üretilen Debris, osteolysis ve sonuçta implant hizmetini genişletmek için kullanılan başlıca başarısızlık modlarını inceler.
Ti-6Al-4V İmplantlarında İlk Başarısızlık Modus
Şükrü'l Altında Şükrü
Fatigue başarısızlığı Ti-6Al-4V implantları için en sık bildirilen mekanik başarısızlık modudur. alaşım, yürüyüşten milyonlarca yükleme döngüsü gösterir (havada yaklaşık 500-600 MPa'nın düzgün örnekleri için, ancak bu değer, stres kesici veya korrosif ortamlarda önemli ölçüde azalır. Serviste, implantlar yürüyüşten yılda milyonlarca yükleme döngüsüne ulaşır, merdiven tırmanmaya ve diğer rutin aktiviteler. Cracks genellikle yüksek yerel stres siteleri başlar.
Çimentolı hipn kökler için, yorgunluk kırıkları genellikle ön segmentte yazarların ön-sağlık analizlerine yol açıyor:0)ASTM F561 standardı) Ti-6Al-4V kökleri genellikle yüzeysel hasarların yakınında başlar.
Çevrede Cracking ve Korozyona Yardımcı Oldu
Ti-6Al-4V, mükemmel genel korozyon direnci sağlayan, sağlam bir oksit tabakası (TiO2) oluşturur, agresif fizyolojik ortamda yerelleştirilmiş saldırıya bağışıklık değildir. Çevre yardım eden üç çeşit çevresel hasar gözlemlenmiştir:
- [FONT=0)Crevice korozyonu: [Döneticileri arasında dar boşluklarda (örneğin, kafa uçlu bağlantı) oksijenin düşmesi ve pasif filmin bozulmasına yol açıyor. Crevice korozyonu, mikromotion geri dönüşüm sürecindeki yeniden geçitleme sürecini bozabilir.
- [FONT:0]Stress korozyon çatlakları (SCC): ) Ti-6Al-4V genellikle SCC'ye karşı oldukça dirençli olarak kabul edilir, ancak daha önceden belirlenmiş yüzey hataları ile ilgili olarak yapılan hatalar rapor edilmiştir.
- [FONT:0)Galvanic korozyon:[Dönetici:[Dönetici:0)[Döntgenlik:0)) Modern tasarımlar pasif tabakayı ve yeniden inşa edilmiş galvanic darbeleme gibi daha asır bir metal ile kaçabilir.
Ortopedik implantlarda korozyon başarısızlık mekanizmalarının incelenmesi, aşikârlık Bilimsel Raporlar [Dönetici:0) Biyobiyolojik Raporlar[Dönetici: 1), in-vivo dezenfeksiyonu kapsamlı bir genel bakış sağlar.
Giyin ve Fretting
Ti-6Al-4V yüzeylerinin giyini, özellikle de yapıştırıcı ve aşındırıcı aşınmaya karşı kompresyona veya seramike karşı yüzey olarak hizmet eden eklemler için kritik bir endişedir.Depresyon veya seramik olmayan yüzeylerde -kırık sertliği (~350 HV) ve yüksek kattoksit kırışıklık kataraktlar.
İki form arasında ayrım yapmak önemlidir: elektrokimyasal koşullar altında modüler arayüzler içinde aşınma, düz aşınma yüzeyleri dikmelerken, her iki işlem de periprosthetic dokulara göç edebilecek titanyum-zenfek yıkımlar yaratır, makrofazlar ve osteoklastlar aktive eder ve osteozitler implante eder.
Stres ve Kemik Reoryonu
Bir malzeme başarısızlığı göz ardı edilmezken, stres kalkanı, sert bir femoral kök implante edilebilir bir biyomekanik fenomendir. Ti-6Al-4V, Proximal femur'ı dövmek için yaklaşık 110 GPa elastik bir modulusu vardır.Bir sonuç olarak, kemik deneyimleri mekanik uyarıları azaltılır, sert bir fizofaja ve zayıf bir kemik-görüntü arayüzüne karşı dirençlidir.
Başarısızlık için Contribute'nin Faktörleri
İmplant Tasarımı ve Stres Yoğunlaştırmaları
Geometrik keskin köşeler, kesitte aniden değişiklikler ve iplik kökleri Ti-6Al-4V implantlarının yorulma ömrünü azaltan stres yükselticileri olarak hareket eder. Finite element analizi (FEA) çalışmaları, implantın küçük bir kök sınırının bile yarıya düştüğünü göstermiştir.
Üretim Defects
Her iki geleneksel beton üretimi ve katkı üretimi (AM) süreçleri, yorgunluk gücü için yaratılan kusurları tanıtabilir. Porosity, dahil olmak üzere, ve yüzey kusurları çatlakları çatlakları çatlatmaya hizmet eder. Ti-6Al-4V, alfa-türe dahil etmek (kırıklıkta bulunan oksijen-en zenginleştirilmiş, sert yüzey kaplamaları), ısıtımının% 50 oranında azaltılabilir.
Biyolojik ve Kimyasal Çevre
İnsan vücudu metaller için iyi bir ortam değildir. Periprosthetic sıvının pH'ı, enflamatuar bir yanıt veya enfeksiyon varlığında 4.0'ı düşürebilir, pasif oksit tabakasının dağılmasını hızlandırır. Proteinlere, enzimlere ve hidrojen peroksite aktif olarak maruz kalır ve yerelleştirilmiş korozyonu da artırabilir.
Hastaya Bağlı Faktörler
Hasta aktivite seviyesi, vücut ağırlığı, kemik kalitesi ve postoperatif yükleme tarihi önemli ölçüde implant hayatı yaratır. Genç, aktif hastalar daha yüksek döngü yüklerini ve daha şiddetli istismarı azaltırlar, korozyon ve aşınmayı hızlandırır Osteopenic kemik, başarısız implantların genellikle bu risk faktörlerinden biri veya daha fazla hastayı artırdığını gösterir.
Başarısızlık Analizi Teknikleri
Bir Ti-6Al-4V implant başarısız olduğunda, kök nedeninin tespit edilmesi ve doğrulayıcı eylemlerin uygulanması gerekir. Aşağıdaki yöntemler uygulanır, genellikle algFLT gibi protokollerin uygun olarak uygulanır:0)ASTM E2330).
Görsel ve Stereo Microscopy
Düşük magnification (5× 50 ×) altında yapılan ilk muayene, makroskobik kırık özellikleri, korozyon lekeleri, aşınma desenleri ve birden fazla çatlakların kanıtları ile yapılır. kırık yüzey, plaj izlerini (sevcut striya) veya chevron desenleri için başlangıç sitesine işaret eder.
Taramalı Elektron Mikroscopy (SEM)
Yüksek magnifications (500 × ila 10.000 ×) kırık yüzeyin ayrıntılı topografik bilgilerini sağlar. Fatigue striasyonlar - bir yük döngüsünü temsil eder - çatlakları tahmin etmek için sayılabilir ve çatlakları tahmin etmek için sayılır.
Enerji Dispersive X-ray Spectroskopu (EDS)
SEM odasında yapılan EDS, elemental kompozisyonu belirli noktalarda tanımlar, korozyon ürünleri, dahil olmak üzere, oksijen, klor, sulfur veya fosforun tespiti, kimyasal saldırı veya biyomineralizasyon anlamına gelebilir. EDS ayrıca dış toz parçacıkları veya metalik transferleri bir karşı yüzten çıkarabilir.
X-ray Diffraction (XRD)
XRD, kırık yüzeyde veya korozyon ürünlerinde mevcut aşamaları tanımlamak için kullanılır. Ti-6Al-4V için, titanyum hipnoz durumu hakkında bilgi verir (TiH2), TiO2 (rutile/anatase) gibi hidrojen embrittlementinin güçlü bir göstergesidir.
Metallografik Sınav
Lazere yakın implantı bölmek mikroyapının incelenmesine izin verir. Bu, mikrokracaların varlığını ortaya çıkarabilir, alfa-beta fazlarının morfolojisi ve üretim veya hizmet nedeniyle tahıl yapısındaki değişiklikler. Porosity ve dahil edilmeler nicelmektedir.
Mekanik Test
Başarısız implantın bir bölümü kanıtları yok etmeden kaldırılabilir, küçük ölçekli örnekler çekme için hazırlanabilir, sert test veya mikrozap profilleri.Bu testler implantın mekanik özelliklerini doğrulayınca, 0,ASTM F136
Finite Element Analizi (FEA)
FEA implant anatomisinin fizyolojik yükler altında modellemesi, başarısızlık yerinin en yüksek tahmin edilen stres bölgesine karşılık geldiğini doğrulayabilir. fractografik bulgularla birlikte, FEA başarısızlığın uygun maliyetli veya beklenmedik yükleme koşulları ile yönlendirildiğini belirlemeye yardımcı olur.
Başarısızlık önlemek için stratejiler
Fatigue ve Load Transfer için optimize edilmiş tasarım
Modern implant tasarımları keskin köşeleri ortadan kaldırır, cömert dolgun radii kullanın ve daha büyük kapaklı geometriler ile çalışır. hip kökler için, proksimal yükleme kemik ingrowth ve proximal desteği teşvik eden göz ardı edilir. modüler klübüsler daha büyük musluklar ile tasarlanmıştır ve yüzeyleri azaltmak için yapılır.
Gelişmiş Üretim ve Kalite Kontrol
Katkı üretimi karmaşık, hastaya özel implantlar üretebilmek için tasarım özgürlüğü sunar, ancak işlem sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir. HIP tedavisi, implantasyondan önce kritik kusurları tespit etmek için hemen hemen hemen her implanta uygulanır.
Yüzey Modifications and Kaplamas
Ti-6Al-4V'nin giyilmesi ve korozyon direnci çeşitli yüzey tedavileri tarafından geliştirilebilir:
- [FONT=0)Oxidation ve anodize:) Daha kalın bir oksit tabakası (ceramic TiO2), iyon salıvermesini azaltır ve korozyon korumasını arttırır. Renkli bir anodize ayrıca kaliteli kontrol olarak hizmet eder.
- [FONT:0)Nitriding veya iyon implantasyon: ), azotu yüzey katmanına tanıtıyor, aşınma direncini büyük ölçüde artıran sertleştirilmiş bir TiN aşaması yaratıyor.
- [DLC) Karbon gibi (DLC) kaplamalar: [DFLT:1), düşük sürtünme ve yüksek sertlik sağlar ancak delaminasyondan kaçınmak için dikkatli bir adhesion gerektirir.
- [FONT:0)Hydroxyapatite (HA) kaplamalar: [DÜDÜT:1), erken kemik bağını teşvik eder ve mikro duygusallığı azaltır, dolaylı olarak yorgunluklara karşı koruma sağlar.
Malzeme Alternatifleri ve Yüzey Mühendisliği
Ti-6Al-4V'in tribolojik performansı yetersiz olduğu uygulamalar için, mühendisler Ti-6Al-7Nb (bu, toksik kullanım alanlarının ortadan kaldırılması) veya Ti-35Nb-5Ta-7Zr (TNZT) gibi düşük çözünürlükte bulunan yüzeylerde daha iyi ısıtıcı dirençler ifade eder ve daha iyi empresiyon direnci sağlarlar.
Hasta Yönetimi ve Cerrahi Teknikleri
Proper hasta seçimi ve cerrahi tekniği malzeme seçimi kadar önemlidir. İmplant hizalama, yüksek vücut kitle indeksi veya yüksek aktivite seviyelerini önlemek için güvenli koridorlar içinde olmalıdır. Postoperatif aktivite kısıtlamaları iyileşmeye yardımcı olur, kemik-implant arabirimleri. Düzenli radyografik takip-up, cerrahların osteolysis veya implant geçişlerini erken tespit etmelerine izin verir, daha büyük vücut kitle indeksi veya yüksek aktivite seviyelerinin implantlardan yararlanabilir.
Son gelişmeler ve Future Yollar
Araştırma, Ti-6Al-4V performanslarını implantlar için zorlamaya devam ediyor. Yeni yüzey mühendisliği yaklaşımları - yük taşıma kapasitesi olmadan stres kalkanı oluşturmak gibi, osseointegration implantı azaltırken, bakteri temizlemeyi öngören mikroyapılar geliştiriliyor - sözcülük üretimi şimdi, en düşük etkili sertlik analizleriyle birlikte, bir sonraki nesilde şarj cihazının azaltılmasına yol açan gerçekleştirilir.C ⁇ modelleri, hastaya özel kemik kalitesi ve aktivite kalıplarının dahil edilmesinde geliştirilmiştir.