Tak jako každá živá tkáň i kosti
a chrupavky regenerují, ale jen
do určité míry. Pak zbývá pouze
náhrada kostí většinou kovovými
implantáty. Dobře snášenlivé jsou
umělé kosti ze slitin titanu. V těle
se pokrývají jemnými oxidovými
povlaky – ideálním vazebním podkladem
pro lidské buňky. Předností
je lehkost a pevnost titanových
slitin.
Metoda Selective Laser Melting
(SLM) byla vyvinuta k výrobě průmyslových
prototypů. V lékařské
technice se od roku 2008 využívá
pro novou generaci implantátů. Dají
se s ní zhotovovat dokonce porézní
implantáty, které se lépe a rychleji
hojí. V lednu 2008 byl prvnímu pacientovi
v Duisburgu nasazen kyčelní
kloub na míru ze slitiny titanu, hliníku
a vanadu.
Zhotovit implantát z titanu není
jednoduché. Titan je sice „hvězdou“
mezi materiály, ale on samotný
i jeho zpracování jsou nákladné
a titanový prášek ve styku s kyslíkem
vzplane. Dá se zpracovávat pod
ochrannou atmosférou, ale i tak se
to vyplatí. Ve Fraunhoferově institutu
pro laserovou techniku ILT a na
katedře laserové techniky LLT na
RWTH v Cáchách se podařilo metodou
SLM vytvořit ze slitiny titanu,
hliníku a vanadu TiAl6V4 v projektu
„Elastobone“ (= elastické kosti)
implantáty na míru.
Pod tenkým laserovým paprskem
rostou s mikrometrovou přesností
z kovového nebo keramického prášku
obrobky. Používá se kobalt, chrom,
titan i ocel a jejich slitiny. Laserový
paprsek natavuje prachové částice
vrstvu po vrstvě s tloušťkou 80 až 100
mikrometrů do požadované struktury.
Při tom nedochází k materiálovým
ztrátám. Přebytečný prášek lze okamžitě
znovu použít. Předlohou mohou
být CAD-modely, např. na bázi dat
počítačové tomografie (CT). Pro
implantáty lze využívat i promyšleně
děrovaný porézní titan v libovolném
tvaru. Nosné kosti srůstají s porézními
povrchy a zajišťují pevné ukotvení
implantátů. Umožňují rychlejší
a lepší hojení.
Důležitou roli má také flexibilita
implantátu. Kostní houbovitá hmota
(spongiózní) s mřížkovou strukturou
činí „Elastobone“ implantáty elastickými.
V ideálním případě jsou tak elastické
jako kosti.
Individuální implantáty pomáhají
také řešit vrozené vady – vykloubení
kyčle. Implantát může být přesně
přizpůsoben anatomické předloze.
Nemá žádné navařované části a tedy
ani žádná slabá místa. Příklad:
původní hlava kyčelního kloubu
nebyla uložena v kloubové jamce,
která se proto také ani správně nevytvořila,
byla příliš malá pro standardní
implantáty. Využití SLM při
náhradě kyčelního kloubu je v takovém
případě nezbytné.
Standardní implantáty lze v malých
sériích vyrábět metodou SLM.
V porovnání se soustružením a frézováním
je laserové slinování sice
velmi drahé, ale nesmírně vylepšuje
tuhost implantátu. Proto je zajímavé
také pro standardní implantáty.
Plánuje se uplatnění SLM implantátů
v korekčních operacích páteře.
Překážka mezi Rapid-Prototypingem
a Rapid-Manufacruringem byla
zdolána. Také doba výroby je atraktivní.
Výroba kyčelního kloubu trvá
7 hodin. Rychlá dostupnost náhrady
kyčelního kloubu nehraje zpravidla
rozhodující roli, neboť průměrná
doba přípravy operace trvá 4 až 6
týdnů. V kritických případech je ale
krátká výrobní doba neocenitelnou
výhodou. Je tomu tak například tehdy,
musí-li být po nehodě zraněnému
nahrazena lebeční kost.
Při zapojení týmu specialistů je
operace možná už příští den. Velkoplošný
lebeční implantát z titanu byl
vytvořen za 14 hodin. Pro zhotovení
části lebky v konvenčním provedení
metodou hlubokého tažení se předpokládají
čtyři týdny. V Cáchách chtějí
metodou SLM v budoucnu vytvářet
resorbovatelné implantáty. Zlomovým
bodem je struktura. Implantát
musí být rovnoměrně protkán
kanálky, aby keramické kompozity
s obsahem vápníku mohly přecházet
do kostí.
Doposud neexistovala k tomuto
účelu žádná vhodná metoda tváření.
Ale metodou SLM se dají takové
implantáty vytvářet, a to přesně tak,
jak po požadují lékaři.
