Modelling of Gyroid Structures for Osseointegration of Implant Surfaces
The result's identifiers
Result code in IS VaVaI
<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F68407700%3A21110%2F21%3A00352065" target="_blank" >RIV/68407700:21110/21:00352065 - isvavai.cz</a>
Result on the web
—
DOI - Digital Object Identifier
—
Alternative languages
Result language
čeština
Original language name
Modelování gyroidních struktur pro osteointegrační povrchy implantátů
Original language description
Osteointegrace implantátů, která je velmi úzce spjatá s vlastnostmi jejich povrchů a materiálů, je problematika, která je v oboru již velmi dobře popsána a povrchové vlastnosti konvenčních implantátů mají dnes mnohé možnosti, jak docílit optimálního povrchu a spojení na rozhraní kost-implantát. Povrchové úpravy obecně cílí na zdrsnění povrchu implantátu, neboli zvětšení jeho specifického povrchu. Jiný postup, který je dnes možný díky aditivním technologiím, je aplikace porézních povrchů, které se na zvětšení specifického povrchu nepodílí na materiálové úrovni, ale na úrovni geometrie samotného implantátu. Jednou z takových struktur je gyroid – tuto strukturu můžeme najít velmi často v přírodě a z jejích mechanických testů vychází, že vykazuje velmi dobré pevnosti i při výrazné redukci modulu pružnosti E (příznivý efekt pro kost) a značné porozitě. Výzkum ukazuje, že pro tvorbu vzorků pro mechanické testy či pro účely 3D tisku reálných implantátů nám stačí CAD prostředí pro generaci struktury s uspokojivou přesností modelu. Pokud ale chceme na struktuře provádět výpočty pomocí MKP (FEM – metoda konečných prvků), musíme ke generaci modelu přistoupit jinak. Gyroidů je více druhů, ale obecně jsou to TPMS (triply-period minimal surface) povrchové struktury. Single gyroid je základní formou gyroidní struktury. Je popsán následující rovnicí: sin(2πx/a)xcos(2πy/a)+sin(2πy/a)xcos(2πz/a)+sin(2πz/a)xcos(2πx/a)-t=0, kde a je parametr určující rozměr opsané krychle a x, y a z jsou prostorové souřadnice. Manipulací parametru t můžeme docílit požadované charakteristiky struktury – parametr má svá omezení, ale lze jeho pomocí docílit variace mezi tzv. trabekulární a stěnovou variantou struktury (Obr. 1).
Czech name
Modelování gyroidních struktur pro osteointegrační povrchy implantátů
Czech description
Osteointegrace implantátů, která je velmi úzce spjatá s vlastnostmi jejich povrchů a materiálů, je problematika, která je v oboru již velmi dobře popsána a povrchové vlastnosti konvenčních implantátů mají dnes mnohé možnosti, jak docílit optimálního povrchu a spojení na rozhraní kost-implantát. Povrchové úpravy obecně cílí na zdrsnění povrchu implantátu, neboli zvětšení jeho specifického povrchu. Jiný postup, který je dnes možný díky aditivním technologiím, je aplikace porézních povrchů, které se na zvětšení specifického povrchu nepodílí na materiálové úrovni, ale na úrovni geometrie samotného implantátu. Jednou z takových struktur je gyroid – tuto strukturu můžeme najít velmi často v přírodě a z jejích mechanických testů vychází, že vykazuje velmi dobré pevnosti i při výrazné redukci modulu pružnosti E (příznivý efekt pro kost) a značné porozitě. Výzkum ukazuje, že pro tvorbu vzorků pro mechanické testy či pro účely 3D tisku reálných implantátů nám stačí CAD prostředí pro generaci struktury s uspokojivou přesností modelu. Pokud ale chceme na struktuře provádět výpočty pomocí MKP (FEM – metoda konečných prvků), musíme ke generaci modelu přistoupit jinak. Gyroidů je více druhů, ale obecně jsou to TPMS (triply-period minimal surface) povrchové struktury. Single gyroid je základní formou gyroidní struktury. Je popsán následující rovnicí: sin(2πx/a)xcos(2πy/a)+sin(2πy/a)xcos(2πz/a)+sin(2πz/a)xcos(2πx/a)-t=0, kde a je parametr určující rozměr opsané krychle a x, y a z jsou prostorové souřadnice. Manipulací parametru t můžeme docílit požadované charakteristiky struktury – parametr má svá omezení, ale lze jeho pomocí docílit variace mezi tzv. trabekulární a stěnovou variantou struktury (Obr. 1).
Classification
Type
O - Miscellaneous
CEP classification
—
OECD FORD branch
30404 - Biomaterials (as related to medical implants, devices, sensors)
Result continuities
Project
—
Continuities
S - Specificky vyzkum na vysokych skolach
Others
Publication year
2021
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů