Конструкция пористых каркасов для аддитивного производства в ортопедии: обзор

С ростом применения ортопедических каркасов требования к ним стали более точными. Пористые структуры являются фундаментальной конструкцией в инженерии костной ткани и в ортопедической практике благодаря низкому модулю Юнга, высокой прочности при сжатии и обилию пространства для размещения клеток. Пористые структуры, изготовленные методом аддитивного производства (AM), имеют контролируемый размер пор, форму пор и пористость. Отдельные элементы можно проектировать и массивировать с помощью AM, что обеспечивает управляемые характеристики пор и механические свойства. В статье представлен современный статус разработок пористых конструкций в технологии AM. Пористые структуры рассматриваются на уровнях клеточной (ячеистой) структуры и целостной структуры. В части клеточной структуры обсуждаются непараметрические и параметрические проекты в зависимости от того, генерируется ли структура алгоритмом. Непараметрические проекты включают алмазную, кубическую с центрированием в теле (body-centered cubic) и полиэдральные структуры. В параметрических проектах основное внимание уделено структурам типа Вороного, тройно периодическим минимальным поверхностям (TPMS) и другим алгоритмически генерируемым решениям. В обсуждении клеточных структур делается акцент на самих проектах и вызываемых ими биомеханических и биологических эффектах. В части целостной структуры приведен обзор последних экспериментальных исследований по равномерным проектам, слойным градиентным структурам и слойным градиентным структурам на основе топологической оптимизации. Эти разделы суммированы с учетом развития технологий и требований к механике или росту кости. Наконец, в статье изложены вызовы, с которыми сталкиваются пористые конструкции, и перспективы применения пористых структур в ортопедии.