修復(fù)下頜骨缺損跨過(guò)中心平面的個(gè)性化支架的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種下頒骨缺損修復(fù)用組織工程支架。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，由于腫瘤、感染、交通事故等原因造成的頒面特別是下頒缺損具有逐年增多的趨勢(shì)，僅在歐洲每年就有150萬(wàn)人需要進(jìn)行顱頒面外科手術(shù)進(jìn)行骨修復(fù)，其中有相當(dāng)大一部分是下頒骨的手術(shù)。
[0003]目前的下頒骨缺損修復(fù)手術(shù)主要采用自體骨移植和金屬板修復(fù)體植入兩種修復(fù)方法，自體骨移植修復(fù)會(huì)造成取骨部位的二次創(chuàng)傷，而且供骨的大小有限，同時(shí)植入時(shí)由于血管化手術(shù)非常困難，造成植入體供血不足，導(dǎo)致自體骨植入體吸收很難控制，影響修復(fù)效果。金屬板植入修復(fù)時(shí)，雖然目前根據(jù)患者自身骨骼結(jié)構(gòu)的個(gè)性化定制技術(shù)已經(jīng)比較成熟，金屬植入物的修復(fù)能提供支撐，恢復(fù)外觀，但后期不能進(jìn)行種植牙，因此不能恢復(fù)咬合功能，且植入體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，優(yōu)化和制造面臨著諸多困難，導(dǎo)致植入手術(shù)后金屬板植入體與周圍骨骼的骨結(jié)合效果不佳，從而影響長(zhǎng)久修復(fù)的效果。
[0004]組織工程是應(yīng)用工程與生命科學(xué)的原理與方法來(lái)認(rèn)識(shí)哺乳類組織(正?；蛘卟±頎顟B(tài)下)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，并研制人工生物材料以便修復(fù)、維持或改善其功能。組織工程是作為面相移植而產(chǎn)生功能組織和器官的科學(xué)和技術(shù)，集成了 CT/MRI等圖像測(cè)量技術(shù)、三維重建技術(shù)、快速原型技術(shù)、材料工程技術(shù)、生物工程技術(shù)等不同的學(xué)科領(lǐng)域。其基本原則是組織可以從病人身上分離出來(lái)，在特殊材料制成的組織支架中生長(zhǎng)和擴(kuò)張，最終形成支架引導(dǎo)的三維組織。這樣，生成的三維組織可以移植到同一病人中，以替代病變組織的功能。
[0005]組織能夠再生主要在于組織支架的結(jié)構(gòu)上的可形成性和支架種子細(xì)胞作用下的生物反應(yīng)器功能。支架由諸如孔、纖維、膜等結(jié)構(gòu)元素通過(guò)隨機(jī)、分形或周期分布規(guī)律組合而成，通過(guò)工程方法可以被復(fù)制和制造。當(dāng)一個(gè)三維組織結(jié)構(gòu)被用于開發(fā)人工替代組織時(shí)，可以對(duì)支架結(jié)構(gòu)中的生物材料進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以優(yōu)化結(jié)構(gòu)并滿足一定的營(yíng)養(yǎng)條件。但目前的組織工程在干細(xì)胞技術(shù)基礎(chǔ)上的修復(fù)由于支架材料都采用可吸收材料，吸收較快不能提供很好的力學(xué)支撐，只能修復(fù)小于3cm缺損，不能修復(fù)超過(guò)4顆牙位(大于3cm)的缺損，特別是下頒骨缺損跨過(guò)中心平面的缺損的修復(fù)。
[0006]下頒缺損修復(fù)的難點(diǎn)在于修復(fù)手術(shù)必須恢復(fù)患者容貌和咀嚼功能，因此組織工程技術(shù)對(duì)支架和植入體的外形、材料和結(jié)構(gòu)有特殊要求，目前用于下頒骨缺損超過(guò)4顆牙位即在3cm以上且缺損跨過(guò)中心平面的創(chuàng)傷缺損的下頒骨的修復(fù)領(lǐng)域中還沒有成熟的技術(shù)可供應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]針對(duì)目前下頒骨缺損修復(fù)中存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種新型的用于下頒骨缺損跨過(guò)中心平面超過(guò)4顆牙位的個(gè)性化組織工程三維網(wǎng)狀金屬支架，其與病人面部結(jié)構(gòu)相匹配，誘導(dǎo)新骨生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)牙的修復(fù)和患者面容的恢復(fù)。
[0008]修復(fù)下頒骨缺損跨過(guò)中心平面的個(gè)性化支架，其特征在于所述個(gè)性化支架包括由具有生物相容性的金屬制成的支架本體，所述支架本體外形為與周圍缺損邊界曲面曲率連續(xù)的修補(bǔ)曲面，內(nèi)部為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0009]所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以笛卡爾正交桁架結(jié)構(gòu)作為個(gè)性化支架內(nèi)部聯(lián)通的基本單元。
[0010]所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部連通孔間通孔的中心距范圍為l-10mm，其中優(yōu)選的所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的靠近牙床部分的內(nèi)部連通孔間通孔的中心距范圍為1_6_，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)離牙床部分的內(nèi)部連通孔間通孔的中心距范圍為6-10mm。
[0011]所述生物相容性的金屬材料為鈦，其上加入成骨材料復(fù)合移植體即羥基磷灰石、自體骨髓基質(zhì)干細(xì)胞和BMP，表面覆蓋B1-guide膜。
[0012]技術(shù)效果
[0013]本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:應(yīng)用曲面補(bǔ)孔外形的支架可以針對(duì)下頒骨缺損跨過(guò)中心平面的情況較好的恢復(fù)患者的外表和容貌，并通過(guò)設(shè)計(jì)合理的支架密度分布使之既具有更好的應(yīng)力結(jié)構(gòu)同時(shí)具有更好的生物活性可填充成骨材料和干細(xì)胞等誘導(dǎo)新骨生長(zhǎng)，最終使骨缺損部位再生的組織與支架完全形成像鋼筋混凝土般結(jié)構(gòu)，在完成種植牙修復(fù)后，使患者口腔功能得到完全恢復(fù)。
[0014]本實(shí)用新型一方面解決了現(xiàn)有技術(shù)使用金屬支架與周圍骨骼的骨結(jié)合效果不佳，無(wú)法實(shí)現(xiàn)組織再生，以及使用自體骨移植造成二次創(chuàng)傷和難控制的問(wèn)題，另一方面也解決了目前組織工程三維網(wǎng)狀金屬支架運(yùn)用于臨床還很困難，組織工程三維網(wǎng)狀金屬支架強(qiáng)度和外形難以滿足臨床的運(yùn)用，也即克服了一般組織工程技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)良好的適應(yīng)下頒骨結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，為下頒骨的修復(fù)提供了一種更有效的方法。
[0015]本實(shí)用新型的支架能夠更好的促進(jìn)和引導(dǎo)骨生長(zhǎng)；另外對(duì)支架進(jìn)行了力學(xué)分析，對(duì)支架的孔洞疏密程度也有相應(yīng)的控制，受力大的部位加密一些可以更好的支撐，受力小的部位稀疏一些讓骨組織更多的長(zhǎng)入，同時(shí)可以節(jié)省材料，節(jié)約成本，方便加工。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為實(shí)施例1下頒骨缺損示意圖；
[0017]圖2為個(gè)性化支架的示意圖；
[0018]圖3為個(gè)性化支架安裝于患處的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了更好的解釋本實(shí)用新型，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的解釋。
[0020]實(shí)施例1
[0021]如圖1所示，缺陷位于下頒右側(cè)切牙至左側(cè)下頒升支及髁狀突部分，尺寸大約8_10cmo
[0022]首先對(duì)下頒骨缺陷處進(jìn)行螺旋CT掃描:采用Philips公司生產(chǎn)的MX-8000型螺旋CT進(jìn)行掃描，掃描平面平行于眶耳平面，掃描范圍從眶上緣至下頒骨下緣，獲得患者原始的斷層影像。再運(yùn)用三維可視化技術(shù)、利用吉馬飛公司自主編寫的三維重建軟件3DMSR(3-Dimens1nal Medicine Surface Rendering)將這些離散數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄庇^立體效果的圖像，得到STL格式的下頒骨三維模型；
[0023]將STL格式的圖像數(shù)據(jù)輸入軟件MMICS10.1，通過(guò)定義灰度閾值來(lái)識(shí)別并重建密質(zhì)骨、松質(zhì)骨、牙齒和下頒神經(jīng)管目標(biāo)區(qū)域，將在Mimicsl0.1中處理后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic Stud14.0，刪除下頒骨以外的部分，得到完整下頒骨的三維重建模型；
[0024]利用曲面補(bǔ)孔的方式進(jìn)行修復(fù)，根據(jù)缺損區(qū)域周邊曲面的曲率變化，設(shè)計(jì)修補(bǔ)曲面使其與周圍邊界曲面曲率連續(xù)；在所述下頒骨骨骼模型上獲得缺損區(qū)域的截骨線，利用該截骨線在所述修復(fù)模型上將修復(fù)假體切割分離出來(lái)，獲得的修復(fù)假體的外形即為個(gè)性化支架的外形；在ICEM CFD軟件中劃分網(wǎng)格，得到三維網(wǎng)格模型，模型包含節(jié)點(diǎn)數(shù)和四面體單元數(shù)，模型的每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)自由度，包括X、y、z方向上的移動(dòng)，模型的單元類型為S0LID185;設(shè)定模型中密質(zhì)骨和松質(zhì)骨材料性質(zhì)連續(xù)、均質(zhì)、各向同性，密質(zhì)骨彈性模量為17000MPa，松質(zhì)骨為lOOOMPa，密質(zhì)骨和松質(zhì)骨的泊松比均為0.30 ;以笛卡爾正交桁架結(jié)構(gòu)作為內(nèi)部聯(lián)通的基本單元，然后分別通過(guò)向X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)方向的陣列運(yùn)算得到內(nèi)部連通孔的運(yùn)算框架；將修復(fù)假體與內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行布爾運(yùn)算，得到個(gè)性化支架的成型數(shù)據(jù)。其中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的靠近牙床部分的內(nèi)部連通孔間通孔的中心距范圍分布在1_6_，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)離牙床部分的內(nèi)部連通孔間通孔的中心距范圍分布在6-10mm。
[0025]根據(jù)上述計(jì)算得到的個(gè)性化支架的成型數(shù)據(jù)通過(guò)采用具有生物相容性的鈦金屬材料通過(guò)EBSM電子束選區(qū)融化工藝快速成型制造出個(gè)性化支架。
[0026]在下頒骨缺損區(qū)植入三維網(wǎng)狀金屬支架，修復(fù)體與兩骨斷端用鈦螺釘固定，在所述個(gè)性化支架上加入成骨材料羥基磷灰石和自體骨髓基質(zhì)干細(xì)胞(術(shù)前抽取骨髓，分離干細(xì)胞，培養(yǎng)；在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候可以應(yīng)用干細(xì)胞庫(kù)的同種異體干細(xì)胞)以及BMP，成骨材料要求能夠充滿支架，自體骨髓基質(zhì)干細(xì)胞需要滲透成骨材料，BMP適量，表面覆蓋可吸收生物膜B1-guide膜，可吸收生物膜的大小以支架的長(zhǎng)短為依據(jù)。
[0027]將軟組織縫合；完成成骨后進(jìn)行純鈦的人工牙根種植體植入，最后完成義齒修復(fù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.修復(fù)下頒骨缺損跨過(guò)中心平面的個(gè)性化支架，其特征在于所述個(gè)性化支架包括由具有生物相容性的鈦金屬制成的支架本體，所述支架本體外形為與周圍缺損邊界曲面曲率連續(xù)的修補(bǔ)曲面，內(nèi)部為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部連通孔間通孔的中心距范圍為l-10mm，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的靠近牙床部分的內(nèi)部連通孔間通孔的中心距范圍為l-6mm，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)離牙床部分的內(nèi)部連通孔間通孔的中心距范圍為6-10mm，其上加入成骨材料復(fù)合移植體，表面覆蓋B1-guide膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修復(fù)下頒骨缺損跨過(guò)中心平面的個(gè)性化支架，其特征在于所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以笛卡爾正交桁架結(jié)構(gòu)作為個(gè)性化支架內(nèi)部聯(lián)通的基本單元。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及修復(fù)下頜骨缺損跨過(guò)中心平面的個(gè)性化支架，其特征在于所述個(gè)性化支架包括由具有生物相容性的金屬制成的支架本體，所述支架本體外形為與周圍缺損邊界曲面曲率連續(xù)的修補(bǔ)曲面，內(nèi)部為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型應(yīng)用曲面補(bǔ)孔獲得的支架外形可以針對(duì)下頜骨缺損跨過(guò)中心平面的情況較好的恢復(fù)患者的外表和容貌，最終使骨缺損部位再生的組織與支架完全形成像鋼筋混凝土般結(jié)構(gòu)，在完成種植牙修復(fù)后，使患者口腔功能得到完全恢復(fù)。
【IPC分類】A61F2/28
【公開號(hào)】CN204683842
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201320376223
【發(fā)明人】徐娟, 胡敏, 譚新穎, 劉昌奎
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院
【公開日】2015年10月7日
【申請(qǐng)日】2013年6月27日