Функционально градуированные пластины, изготовленные методом 3D-печати, для фиксации переломов ребер

Введение: Свобода конструирования, которую предоставляет аддитивное производство, позволяет создавать функциональные градиенты, при которых механическая жесткость имплантата уменьшается по его длине. Неизвестно, влияют ли такие изменения на механизмы разрушения при лечении переломов ребер. Мы предположили, что разработанные нами новые реберные имплантаты с функциональным градиентом будут менее жесткими, чем контрольный имплантат, и снизят частоту вторичных переломов на концах имплантата.

Методы: Были испытаны пять новых имплантатов, изготовленных методом аддитивного производства, и контрольный имплантат, применяемый в клинической практике. Реконструкции перелома моделировали с использованием специально изготовленных синтетических моделей ребер с поперечным переломом типа B1. Ребра подвергали циклическому двухточечному изгибу в течение 360 000 циклов, после чего проводили испытание с возрастающей нагрузкой до разрушения. Определяли различия в циклической жесткости, трехмерных межфрагментарных перемещениях, жесткости при испытании до разрушения, максимальной нагрузке и работе до разрушения.

Результаты: Жесткость конструкции в контрольной группе была ниже (0,76 ± 0,28 Н/мм), чем при использовании всех новых конструкций (средние значения — 1,35–1,61 Н/мм; p < 0,05). Кроме того, контрольные конструкции значительно сильнее вращались вокруг оси изгиба (2,7° ± 1,3°), чем конструкции, изготовленные методом аддитивного производства (средние значения — 1,2–1,6°; p < 0,05). Во всех случаях разрушение происходило вследствие перелома кости в области наиболее заднего отверстия под винт. Экспериментальные имплантаты были жестче контрольных, при этом между группами с различными функциональными градиентами выявлено лишь несколько статистически значимых различий.

Выводы: Конструкции, изготовленные методом аддитивного производства и содержащие функциональные градиенты, потенциально способны изменить форму и функциональные характеристики травматологических имплантатов. В данном исследовании влияние функциональных градиентов было ограниченным, поскольку имплантаты имели небольшую площадь поперечного сечения.