Analysis and patient-specific optimization of 3D printed scaffolds for guided regeneration of large femoral osseous defects

Πελέκης, Ματθαίος; Pelekis, Matthaios

dc.contributor.author	Πελέκης, Ματθαίος	el
dc.contributor.author	Pelekis, Matthaios	en
dc.date.accessioned	2024-10-04T09:46:52Z
dc.date.available	2024-10-04T09:46:52Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60285
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27981
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Τρισδιάστατη εκτύπωση	el
dc.subject	Ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Ικρίωμα	el
dc.subject	Κατάγματα μηριαίου οστού	el
dc.subject	3D Printing	en
dc.subject	Finite element analysis	en
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Scaffold	en
dc.subject	Femoral bone defects	en
dc.title	Analysis and patient-specific optimization of 3D printed scaffolds for guided regeneration of large femoral osseous defects	en
dc.title	Ανάλυση και βελτιστοποίηση τρισδιάστατα εκτυπωμένων ικριωμάτων για την εξατομικευμένη αποκατάσταση μεγάλων οστικών ελλειμάτων μηριαίου	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Biomechanical Engineering	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-07-11
heal.abstract	This thesis introduces a new method for developing and optimizing 3D-printed porous scaffolds specifically tailored for the repair of significant bone defects in the femur. The approach involves creating patient-specific scaffolds that closely match both the anatomical and mechanical characteristics of human bone. By utilizing Voronoi lattice models, this research simulates porous structures that replicate bone's natural cellular architecture, resulting in scaffolds that are both biocompatible and conducive to bone growth. A crucial element of this work is the application of homogenization theory to fine-tune the scaffold's mechanical attributes like stiffness and porosity, ensuring they meet necessary mechanical demands and closely match the properties of human bone. Additionally, the thesis introduces an automated algorithm that optimizes the properties of these scaffolds through mechanical simulations and iterative design adjustments. The automation of this process improves both the efficiency and consistency of producing customized bone scaffolds. The outcomes of this research indicate that 3D-printed porous scaffolds, optimized through these innovative methods, offer substantial potential for advancing the treatment of large bone defects in the femur.	en
heal.abstract	Η παρούσα μελέτη παρουσιάζει μια πρωτοπόρα μέθοδο για την ανάπτυξη και τη βελτιστοποίηση τρισδιάστατα εκτυπωμένων πορωδών ικριωμάτων για την εξατομικευμένη αποκατάσταση μεγάλων οστικών ελλειμάτων μηριαίου. Η προσέγγιση περιλαμβάνει τη δημιουργία εξατομικευμένων ικριωμάτων, τα οποία ανταποκρίνονται στενά τόσο στα ανατομικά όσο και στα μηχανικά χαρακτηριστικά του ανθρώπινου οστού. Χρησιμοποιώντας μοντέλα πλέγματος Voronoi, η έρευνα αυτή προσομοιώνει πορώδεις δομές που αναπαράγουν τη φυσική κυτταρική αρχιτεκτονική του οστού, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται ικριώματα που είναι βιοσυμβατά και ευνοούν την ανάπτυξη του οστού. Ένα κρίσιμο στοιχείο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η εφαρμογή της θεωρίας ομογενοποίησης για τη λεπτομερή ρύθμιση των μηχανικών χαρακτηριστικών του ικριώματος, όπως η το μέτρο ελαστικότητας και το πορώδες, διασφαλίζοντας ότι πληρούν τις απαραίτητες μηχανικές απαιτήσεις ενώ ταιριάζουν παράλληλα με τις ιδιότητες του ανθρώπινου οστού. Επιπλέον, η έρευνα αυτή εισάγει έναν αυτοματοποιημένο αλγόριθμο που βελτιστοποιεί τις ιδιότητες αυτών των ικριωμάτων μέσω μηχανικών προσομοιώσεων και επαναληπτικών προσαρμογών σχεδιασμού. Η αυτοματοποίηση της διαδικασίας αυτής βελτιώνει τόσο την αποτελεσματικότητα όσο και τη συνέπεια της παραγωγής προσαρμοσμένων οστικών ικριωμάτων. Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα πορώδη ικριώματα, βελτιστοποιημένα μέσω της προτεινόμενης μεθόδου, προσφέρουν σημαντικές δυνατότητες για την προώθηση της θεραπείας μεγάλων οστικών ελλειμμάτων στο μηριαίο οστό.	el
heal.advisorName	Σπιτάς, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Σπιτάς, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Προβατίδης, Χριστόφορος	el
heal.committeeMemberName	Κουλοχέρης, Δημήτριος
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	142 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false