استكشاف استراتيجيات التصميم للهيكل العظمي المخصص للمرضى لإنشاء بيئة ميكانيكية موحدة في العظام الإسفنجية

الخلفية والهدف: لا يمكن إصلاح عيوب العظام الكبيرة بواسطة آليات التجديد الذاتية للعظام بسبب حجمها، مما يجعل التدخل الطبي ضروريًا. العلاجات العلاجية الحالية لها قيودها، مما أدى إلى دراسة وتطوير الهياكل العظمية التي تحافظ على التكامل الهيكلي أثناء التئام العظام. هناك حاجة إلى تصميمات جديدة لإنشاء بيئة ميكانيكية تعزز تكامل العظام. في هذا العمل، نهدف إلى تحليل تأثير التصميمات المخصصة للمرضى على إنشاء بيئة ميكانيكية موحدة في هياكل الهيكل العظمي العظمي. الأساليب: تم تصميم هياكل سطحية الحد الأدنى ثلاثية الدورات (TPMS) المخصصة للمرضى وفقًا لخصائص الميكروستروكشر للعظام الإسفنجية الصحية والمرضية لمحاكاة الشكل. بالإضافة إلى ذلك، تم أخذ حجم عنصر حجم العينة التمثيلية TPMS في الاعتبار أيضًا لتصميم الهياكل العظمية. تم تحليل التفاعل بين العظام والهياكل العظمية من خلال محاكاة نموذج العناصر المحدودة. في تلك التجميعات من العظام والهياكل العظمية، قمنا بتقييم ثلاث استراتيجيات تصميم مختلفة: (1) تطابق الميكروستروكشر العظمي؛ (2) معامل المرونة الفعلي الظاهر مماثل؛ و(3) محاكاة كل من الشكل ومعامل المرونة الظاهرة للعظام الإسفنجية. النتائج: توزيع الإجهاد في هياكل TPMS المخصصة للمرضى مشابه بنسبة 83.86 % لذلك للعظام المستهدفة، مما يفوق بشكل كبير نسبة 54.41 % من حلول غير المخصصة للمرضى. الاستنتاجات: يسمح تصميم هياكل عظمية مخصصة جديدة استنادًا إلى ميكروستروكشر مشابه للعظام الإسفنجية بتوزيع إجهاد موحد. وبالتالي، يعد تطابق كل من شكل العظام والمعامل المرن الظاهر قضية رئيسية للحد من ظواهر درع الإجهاد وتحفيز تكامل العظام.