PHÁT TRIỂN THIẾT kế cấu TRÚC XƯƠNG KHỚP VAI NHÂN tạo điều CHỈNH DESIGN DEVELOPMENT OF THE BONE STRUCTURE OF THE ADJUSTED ARTIFICIAL SHOULDER JOINT

PHÁT TRIỂN THIẾT KẾ CẤU TRÚC XƯƠNG KHỚP VAI NHÂN TẠO ĐIỀU CHỈNH DESIGN DEVELOPMENT OF THE BONE STRUCTURE OF THE ADJUSTED ARTIFICIAL SHOULDER JOINT Nguyễn Văn Tùng1, Trần Minh Tâm1, Trần Đức Toàn1 , Trương Văn Tiển1 ,Nguyễn Trọng Pul1, Lê Nhựt Linh1, Phan Chu Tấn1, Trịnh Quốc Hùng1, Nguyễn Tấn Khánh1, Trần Nguyên Duy Phương1 ,Võ Đình Thái1, Tơ Ngọc Giơ Na1 Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh TĨM TẮT : Bài báo trình bày phát triển thiết kế cấu trúc xương cánh tay xương bả vai khớp vai nhân tạo điều chỉnh nhằm đảm bảo có khả nâng cao khả chịu tải trọng tương thích sinh học, phù hợp với xương tự nhiên thể Bên cạnh đó, thiết kế tích hợp khả chế tạo, cụ thể phương án chế tạo máy CNC in 3D ABSTRACT: The paper presents the design development of the bone structure of the adjusted artificial shoulder joint to ensure and able to improve loading ability and compatibility, best-fitting with the natural bone of the body In addition, the designs also integrate manufacturing feasibility, such as CNC machine and 3D printing Từ khóa: Khớp vai nhân tạo, cấu trúc xương nhân tạo, khớp vai nhân tạo điều chỉnh Keywords: the artificial shoulder joint, the artificial bone structure, the adjusted artificial shoulder joint TỔNG QUAN 1.1 Thực tiễn Hiện nay, số lượng ca cấy ghép xương nhân tạo tăng liên tục, làm cho nhu cầu ngiên cứu, chế tạo xương nhân tạo thay tăng theo Các chi tiết làm từ vật liệu kim loại gốm rắn với cấu trúc đặc Tuy nhiên, thực tiễn lâm sàng nghiên cứu không phù hợp học với xương tự nhiên gây số tác động xấu cho xương Giải pháp khắc phục : Tạo cấu trúc xương có độ xốp, tái tạo cấu trúc xương thật Mục đích : Giảm trọng lượng xương nhân tạo, tăng tính đàn hồi tăng khả chịu lực, tương thích sinh học 1.2 Cấu trúc xương Xương bất đẳng hướng (các tính chất phụ thuộc vào vị trí xương), cấu tạo khơng đồng (gồm nhiều phận với cấu trúc khác nhau), quan thay đổi theo thời gian Có thể chia xương làm hai phần : phần vỏ phần xốp Vỏ xương tạo thành lớp vỏ bên ngồi hầu hết xương có cấu trúc nhỏ gọn, cứng với mật độ tối đa khoảng 1.8g/cm3 Phần xương xốp vùng xốp xương có cấu trúc độ đậm đặc, cứng với mật độ thay đổi từ 0.050.7 g/cm3 Nó chiếm khu vực bên xương lỗ chân lông làm đầy tủy Hình 1-1 Cấu trúc xương Bảng 2-1: Tính chất học xương (Reilly & Burstein, 1975) Tính chất học Theo chiều dọc Theo chiều ngang 17000 11500 Độ bền kéo (Mpa) 133 51 Độ bền nén 193 133 Sức căng 3.1% 0.7% Module đàn hồi (Mpa) 1.3 Phương án chế tạo Gia công CNC Với phát triển công nghệ CNC, chế tao, gia cơng số cấu trúc có hình dạng đơn giản Từ đó, ta áp dụng để chế tạo cấu trúc xương nhân tạo Hình 1-2 Cấu trúc lỗ trụ Cơng nghệ in 3D Công nghệ in 3D nghiên cứu công ty công nghệ sinh học học viện để sử dụng tốt ứng dụng kỹ thuật mô mà quan phận thể xây dựng cách sử dụng kỹ thuật phun Nó ngày phát triển ứng dụng nhiều loại vật liệu Phương pháp in ba chiều (3DP) có khả chế tạo chi tiết với hình dạng phức tạp , tính chất,, độ xốp cấu trúc kiểm sốt , sử dụng để tái tạo lại cấu trúc xương chế tạo cấu trúc xương thay Hình 1-3 Cấu trúc nhân tạo phương pháp in 3D THIẾT KẾ 2.1 Cấu trúc xương khớp vai nhân tạo điều chỉnh có sử dụng máy CNC chế tạo Thiết kế phần xương với cấu trúc xốp gồm nhiều lỗ trụ rỗng cách khoan lỗ để gia công máy CNC phù hợp với điều kiện cơng nghệ tại, giảm chi phí so với phương pháp đạt độ xác cao Hình 2-2 Phần xương cho gia công CNC 2.2 Cấu trúc xương khớp vai nhân tạo điều chỉnh sử dụng công nghệ in 3D chế tạo Thiết kế phần xương với cấu trúc xốp gồm nhiều lỗ trụ rỗng bao quanh xương Hình 4: Phần xương cho in 3D KẾT LUẬN Bài báo trình bày thiết kế số cấu trúc xương chế tạo với công nghệ Các thiết kế đưa cấu trúc khác nhằm phù hợp với kĩ thuật chế tạo, làm tăng độ đàn hồi khả chịu tải trọng tương thích sinh học TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Shoulder Replacement, Edited by R Kolbel, B Helbig, and W Blauth, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 1987, ISB~-13:978-3-642-71627-0, p.p [2] Qiancheng Zhang, Xiaohu Yang, Peng Li, Guoyou Huang, Shangsheng Feng, Cheng Shen, BinHan, Xiaohui Zhang, Feng Jin,Feng Xu,Tian Jian L (2015) Bio-Inspired Engineering of Honeycomb Structure - Using Nature to Inspire Human Innovation [3] Shailly H Jariwala, Gregory S Lewis, Zachary J Bushman, James H Adair, Henry J Donahue (2105) 3D Printing of Personalized Artificial Bone Scaffolds [4] Shuilin Wu, Xiangmei Liu, Kenvin W.K Yeung, Changsheng Liu, Xianjin Yang, Bioimetic porous scaffolds for bone tissue engineering, Materials Science and Engineering ... xương chế tạo cấu trúc xương thay Hình 1-3 Cấu trúc nhân tạo phương pháp in 3D THIẾT KẾ 2.1 Cấu trúc xương khớp vai nhân tạo điều chỉnh có sử dụng máy CNC chế tạo Thiết kế phần xương với cấu trúc. .. Thiết kế phần xương với cấu trúc xốp gồm nhiều lỗ trụ rỗng bao quanh xương Hình 4: Phần xương cho in 3D KẾT LUẬN Bài báo trình bày thiết kế số cấu trúc xương chế tạo với công nghệ Các thiết kế đưa... với điều kiện công nghệ tại, giảm chi phí so với phương pháp đạt độ xác cao Hình 2-2 Phần xương cho gia cơng CNC 2.2 Cấu trúc xương khớp vai nhân tạo điều chỉnh sử dụng công nghệ in 3D chế tạo Thiết