Sababu za kutumia vijiti vya titani vya ASTM F136 GR5 (Ti-6Al-4V ELI) katika vipandikizi vya mifupa ya binadamu

Sababu za kutumia vijiti vya titani vya ASTM F136 GR5 (Ti-6Al-4V ELI) katika vipandikizi vya mifupa ya binadamu

Baoji Dongint Metal Materials Co., Ltd. imejikita katika Baoji, Mkoa wa Shaanxi, unaojulikana kama "Bonde la Titanium la China". Kwa kutumia faida za msururu kamili wa viwanda vya titanium vya eneo hilo, kampuni inazingatia utafiti, uzalishaji na usambazaji wa nyenzo za hali ya juu za titanium na aloi za titanium. Bidhaa yake ya msingi ni ASTM F136 Gr5 (Ti-6Al-4V ELI) fimbo za titanium za matibabu, ikitoa suluhisho thabiti na linalofuata viwango vya malighafi ya titanium kwa watengenezaji wa vifaa vya matibabu wa ndani na nje ya nchi.

Vijiti vya titani vya ASTM F136 GR5 ni kiwango maalum cha vipandikizi vya upasuaji vinavyotengenezwa kwa aloi ya titani ya Ti-6Al-4V ELI, vinavyolingana na TC4-ELI ya China. Vina vipengele vya kuingilia vya chini sana (oksijeni, nitrojeni, kaboni, chuma), na ni vifaa vya kawaida zaidi vya vipandikizi vya metali kwa sahani za kurekebisha mifupa, skrubu, misumari ya ndani ya mifupa, viungo vya bandia, na mifupa ya bandia. Ikilinganishwa na GR5 ya kawaida, titani safi, aloi za cobalt-chromium, na chuma cha pua, vina faida za kina.

Tofauti: Vijiti vya kawaida vya titani vya GR5 hufuata kiwango cha ASTM B348; vijiti vya titani vya matibabu lazima viwe ASTM F136 GR5, na kupunguza uchafu wa kuingilia kwa ukali, vinavyofaa kwa mwili wa binadamu.

Modulus ya elastic ni ya chini sana kuliko chuma cha pua na aloi za cobalt-chromium

Modulus ya elastic ya TC4-ELI ni takriban 110 GPa; mfupa wa gamba la binadamu ni takriban 10-30 GPa; chuma cha pua 316L ≈ 200 GPa, cobalt-chromium ≈ 230 GPa.

Kadiri modulus inavyokuwa chini, ndivyo athari ya kuficha mkazo inavyopungua:

Vipandikizi vilivyo na ugumu wa juu sana vitabeba mzigo mwingi, na mfupa hautapata msisimko wa nguvu, na kusababisha kupungua kwa mfupa, kudhoofika kwa mfupa, na kulegea kwa kipandikizi. Vijiti vya titani vya ASTM F136 GR5 vina modulus iliyo karibu zaidi na mfupa, na hivyo kupunguza kwa kiasi kikubwa athari ya kuficha mkazo.

Nguvu za kutosha, ugumu, na upinzani wa uchovu

Vipandikizi vya mfupa lazima vihimili mizunguko ya mara kwa mara ya shughuli za binadamu (kutembea, harakati), kwa nguvu za juu za kuvuta na mavuno, ugumu mzuri wa kuvunjika, upinzani bora wa uchovu, na skrubu na mabamba ya kurekebisha yanayobeba nguvu kwa muda mrefu yana uwezekano mdogo wa kuvunjika.

Fimbo za titani za ASTM F136 GR5 zimeboresha zaidi ugumu na kupunguza hatari za kuvunjika kwa brittle, hasa zinafaa kwa matibabu ya mifupa ya majeraha.

2. Upatanifu bora wa kibayolojia

Uso wa titani huunda kiotomatiki filamu mnene isiyoweza kutu ya TiO₂: inastahimili kutu, maji ya mwili wa binadamu (ioni za kloridi, protini) haziwezi kuiharibu au kuiyeyusha kwa urahisi, ioni chache sana za metali hutolewa, na mara chache husababisha uvimbe, kukataliwa, au mzio.

Inaweza kufikia muunganiko wa mfupa: mifupa inaweza kukua moja kwa moja kwenye uso wa aloi ya titani, kufikia muunganiko imara kati ya mfupa na kipandikizi, jambo ambalo chuma cha pua hakiwezi kufikia.

Kumbuka: Ingawa alumini na vanadium zipo kwenye aloi, filamu mnene ya oksidi huzizuia, na kiwango cha kutolewa ni cha chini sana katika upandikizaji wa kawaida; ELI inadhibiti uchafu zaidi na kupunguza hatari.

3. Umuhimu wa kiwango cha ASTM F136 GR5 cha fimbo ya titani, kwa nini tusitumie GR5 ya kawaida

Fimbo za kawaida za titani GR5 (ASTM B348) zina kikomo cha juu cha maudhui ya oksijeni;

Fimbo za titani GR5 za ASTM F136 hulazimisha kupunguza vipengele vya kuingilia kati vya O, N, C, Fe:

Oksijeni ya ziada itafanya aloi kuwa brittle na kupunguza ugumu, na baada ya kupandikizwa chini ya nguvu, inakabiliwa na nyufa ndogo na kuvunjika;

Mahitaji madhubuti ya muundo, uchafu, na ugunduzi wa kasoro, kuondoa mashimo ya ndani na uchafu, kuhakikisha usalama wa kipandikizi.

Mahitaji ya kisheria na kimatibabu ya kipandikizi cha matibabu lazima yazingatie ASTM F136, na haiwezi kutumia moja kwa moja vifaa vya viwandani vya TC4 kusindika vipandikizi.

4. Usindikaji na upatanifu wa kimatibabu

Inaweza kughushiwa, kuviringishwa, kutengenezwa kwa urahisi kuwa vijiti, mabamba, skrubu, na mabamba ya kurekebisha; pia inaweza kuchapishwa kwa 3D kwa ajili ya viungo vya mifupa vyenye mashimo mengi.

Inaweza kupitia uoksidishaji wa anodi, urekebishaji wa uso, na hivyo kukuza ukuaji wa mfupa ndani;

Haina sumaku, haipati joto wakati wa uchunguzi wa MRI, haihamishiki, na uchunguzi wa baada ya upasuaji hauna vikwazo; vipandikizi vya chuma cha pua vitasumbua MRI.

5. Ulinganisho wa mapungufu ya nyenzo nyingine za vipandikizi (kuelewa kwa nini ilichaguliwa)

Chuma cha pua cha 316L: cha bei nafuu, lakini kina moduli ya juu kupita kiasi, husababisha mkazo mkubwa wa kufunikwa, hutoa ioni za metali, husumbua MRI, na sasa inabadilishwa hatua kwa hatua na titani;

Aloi ya kobalti-kromi: ina nguvu kubwa sana, lakini ina moduli ya juu na uzito mkubwa zaidi. Hutumika zaidi kwa vichwa vya viungo vya duara na haifai kwa mabamba na skrubu za mifupa ya majeraha;

Titani safi (fimbo ya titani Gr2 ASTM F67): Ina upatanifu bora wa kibiolojia, lakini nguvu yake ni ya chini kiasi. Inaweza kutumika tu kwa vipandikizi vidogo na haiwezi kuhimili mzigo mzito wa mfupa;

Fimbo ya titani ASTM F136 GR5: Inasawazisha nguvu, ugumu, moduli ya chini, muunganiko wa mfupa, na upinzani wa kutu. Ina usawa bora wa jumla na kwa hivyo inakuwa aloi ya titani inayopendelewa kwa matumizi ya mifupa inayobeba uzito.

Mapungufu ya fimbo ya titani ASTM F136 GR5 (nyongeza ya lengo)

Moduli bado ni ya juu kuliko ile ya mfupa wa binadamu, na inaweza tu kupunguza mkazo lakini haiwezi kuondoa kabisa ukandamizaji wa mkazo; Muundo wa porous uliochapishwa kwa 3D umeundwa ili kupunguza zaidi moduli sawia;

Aloi hii ina alumini na vanadium, na itatoa kiwango kidogo cha vitu chini ya hali ya kuvaa kali, na usalama wa muda mrefu ndani ya mwili umethibitishwa kikliniki kuwa wa kuaminika kwa miongo kadhaa;

Ugumu wake sio wa juu sana, na utendaji wa msuguano na kuvaa ni duni, na haufai kwa nyuso za msuguano za viungo. Nyuso za msuguano za viungo mara nyingi hutengenezwa kwa cobalt-chromium au keramik.

Muhtasari kwa sentensi moja

Fimbo ya titani ya ASTM F136 GR5 inategemea nafasi ndogo sana kuleta ugumu wa juu, moduli ya wastani kupunguza kukinga mkazo, upinzani bora wa kutu na uwezo wa kuungana na mfupa, upatanifu wa MRI, na mchanganyiko wa usawa wa sifa za kimakanika na kibiolojia. Ni aloi ya titani inayopendelewa kwa ajili ya kurekebisha mifupa ya binadamu inayobeba uzito. Fimbo za titani za GR5 za kiviwanda hazina udhibiti wa uchafu kama fimbo za titani za ASTM F136 GR5 na zimekatazwa kabisa kutumika moja kwa moja kwa upandikizaji.