一种个体化3d打印种植体的设计与制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种个体化3D打印种植体的设计与制作方法，将多孔网架体的孔径平均分为n1个等级，孔隙率平均分为n2个等级，厚度平均分为n3个等级，n1×n2×n3个多孔网架体相对应的弹性模量分为n4个等级，从而对应n4种骨质的密度；对患者进行术前颌骨定量CT的拍摄，利用三维重建软件和经验公式计算出平均骨弹性模量E，在该弹性模量范围相近的种植体中选择多孔网架体的厚度最厚者；对种植体进行3D打印，头部和体部一体成型。本发明多孔网架体的孔径、孔隙率和厚度分级设置，使种植体达到不同大小的弹性模量，适合不同骨密度的人群。
【专利说明】一种个体化3D打印种植体的设计与制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种医用植入生物材料，尤其涉及的是一种个体化3D打印种植体的设计与制作方法。
【背景技术】
[0002]钛及钛合金材料用作种植体的材料已有30余年的历史，然而钛的弹性模量(IlOGPa)与人颌骨的弹性模量(骨皮质3?30GPa，骨松质0.5?3GPa)相差较大，会导致应力遮蔽效应，造成骨吸收，从而导致种植体松动，种植失败。颌骨本身根据部位不同骨密度也不同，上颌骨以松质骨为主，下颌骨的皮质骨较厚，因此种植部位不同，骨环境的弹性模量也不同。而且有一些患者由于患有牙周病、骨质疏松、糖尿病、肿瘤等疾病，其松质骨骨密度低于正常人，因而颌骨的弹性模量与钛相差更大，种植风险随之增大。
[0003]多孔结构的引入能降低材料整体的弹性模量，还能使骨组织长入孔隙，增强骨结合。在中国专利200610136835.5 “一种多孔结构钛种植体及制备方法”中对多孔外层进行碱热处理，仿生沉积羟基磷灰石。
[0004]近年来，3D打印技术在多孔生物材料研究领域被广泛运用，3D打印能精确控制多孔生物材料的微结构，能将多重结构任意结合一体化生产，由于每一种微结构都具备特定的机械性能，因而种植体的机械性能能得以任意调节达到个体化定制的要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种个体化3D打印种植体的设计与制作方法，以适合各种骨密度人群。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的制作方法包括以下步骤:
[0007](I)将多孔网架体的孔径平均分为nl个等级，孔隙率平均分为n2个等级，厚度平均分为n3个等级，不同孔径、孔隙率和厚度的多孔网架体组合成nl Xn2 Xn3个不同弹性模量的多孔网架体；
[0008]⑵nlXn2Xn3个多孔网架体相对应的弹性模量分为n4个等级，匹配n4种骨密度；
[0009](3)对患者进行术前颌骨定量CT的拍摄，根据CT扫描数据对缺牙区域进行三维重建，选择经过缺牙区域中点的横断面CT扫描图像，在横断面图像上用种植体规格的矩形区域表示，并获得矩形区域的平均CT值GV ;
[0010](4)根据平均CT值GV计算平均骨密度P
[0011]P = 1017*GV_13.4 ；
[0012]根据平均骨密度P计算平均骨弹性模量E
[0013]E = 5925* P -388.8 ；
[0014](5)根据E值大小对应选取步骤(2)中与E最接近的一种，然后在该弹性模量范围相近的种植体中选择多孔网架体的厚度最厚者；
[0015](6)根据步骤(5)选择的多空网架体，对种植体进行3D打印，头部和体部一体成型。
[0016]所述多孔网架体的孔径为50?800 μ m，孔隙率在10?90%，厚度为0.5?L 5mm。
[0017]所述步骤(I)中，nl= 4，分别为 50 ?200μπι、200 ?400μπι、400 ?600 μ m、600 ?800μπι ;n2 = 8，分别为 10 ?20%、20 ?30%、30 ?40%、40 ?50%、50 ?60%、60 ?70%、70 ?80%、80 ?90%;n3 = 5，分别为 0.5 ?0.7mm、0.7 ?0.9mm、0.9 ?1.1mm、L I ?L 3mm、L 3 ?L 5mm 0
[0018]本发明制作的打印种植体，包括一体成型的头部和体部，所述头部设有用于连接基桩的凹槽，所述体部的外表面设有螺纹，所述体部包括实心体和多孔网架体，多孔网架体覆盖于实心体的外表面上。
[0019]作为本发明的优选方式之一，所述多孔网架体为多孔网格状结构。
[0020]本发明相比现有技术具有以下优点:本发明多孔网架体的孔径、孔隙率和厚度分级设置，使种植体达到不同大小的弹性模量，适合不同骨密度的人群；种植体内部的实心结构保证了种植体的整体强度，外表面多孔网架结构降低了种植体整体的弹性模量，通过骨组织长入孔隙，增强骨结合；种植体整体结构通过3D打印技术一步生产完成，使内部实心结构和外表面多孔网架结构刚性结合，工艺简单，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0023]如图1所示，本实施例的打印种植体，包括一体成型的头部I和体部2，头部I设有用于连接基桩的凹槽11，体部2表面设有螺纹，体部2包括实心体21和多孔网架体22，多孔网架体22覆盖于实心体21的外表面上。多孔网架体22为多孔网格状结构。头部I为芽銀部分，体部2是骨结合部分。
[0024]本实施例包括以下步骤:
[0025](I)多孔网架体22的孔径为50?800 μ m，孔隙率在10?90%，厚度为0.5?
1.5mm，将多孔网架体22的孔径平均分为4个等级，分别为50?200μπι、200?400 μ m、400?600μπι、600?800 μ m ;孔隙率平均分为8个等级，分别为10?20%、20?30%、30?40%、40?50%、50?60%、60?70%、70?80%、80?90%;厚度平均分为5个等级，分别为 0.5 ?0.7mm、0.7 ?0.9mm、0.9 ?1.1mm、1.1 ?1.3mm、1.3 ?1.5mm ;
[0026]不同孔径、孔隙率和厚度的多孔网架体22组合成4X8X5 = 160个不同弹性模量的多孔网架体22 ；
[0027](2)该160个多孔网架体22相对应的弹性模量分为10个等级，弹性模量的范围为
O?10GPa,分别为 O ?1GPaUO ?20GPa、20 ?30GPa、30 ?40GPa、40 ?50GPa、50 ?60GPa、60 ?70GPa、70 ?80GPa、80 ?90GPa、90 ?10GPa ；
[0028](3)对患者进行术前颌骨定量CT的拍摄,利用专业软件如Simplant、Nobelguide、Implant3D等对病例CT扫描数据进行三维重建，选择经过缺牙区域中点的横断面CT扫描图像，利用上述软件在横断面图像上设计种植体的位置，用种植体规格的矩形区域表示，如4.1mmX 1mm,获得矩形区域的平均CT值GV ;
[0029](4)利用平均CT值计算平均骨密度P (g/cm3), P = 1017*GV_13.4，利用平均骨密度P计算平均骨弹性模量E (MPa)，E = 5925* P -388.8 ；
[0030](5)根据E值大小对应选取步骤(2)中与E最接近的一种，然后在该弹性模量范围相近的种植体中选择多孔网架体的厚度最厚者；
[0031](6)根据步骤(5)选择的多空网架体，对种植体进行3D打印，头部和体部一体成型；
[0032](7)种植体可以是临床常用的尺寸如4.lmm*10mm，可以是临床常用的各种形状包括圆锥形、柱形、改良圆锥形等。
[0033]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种个体化3D打印种植体的设计与制作方法，其特征在于，包括以下步骤: (I)将多孔网架体的孔径平均分为nl个等级，孔隙率平均分为n2个等级，厚度平均分为n3个等级，不同孔径、孔隙率和厚度的多孔网架体组合成nl Xn2 Xn3个不同弹性模量的多孔网架体； ⑵nl Xn2Xn3个多孔网架体相对应的弹性模量分为n4个等级，匹配n4种骨密度； (3)对患者进行术前颌骨定量CT的拍摄，根据CT扫描数据对缺牙区域进行三维重建，选择经过缺牙区域中点的横断面CT扫描图像，在横断面图像上用种植体规格的矩形区域表示，并获得矩形区域的平均CT值GV ; (4)根据平均CT值GV计算平均骨密度P
P = 1017*GV-13.4 ； 根据平均骨密度P计算平均骨弹性模量E
E = 5925*P -388.8 ； (5)根据E值大小对应选取步骤(2)中与E最接近的一种，然后在该弹性模量范围相近的种植体中选择多孔网架体的厚度最厚者； (6)根据步骤(5)选择的多空网架体，对种植体进行3D打印，头部和体部一体成型。
2.根据权利要求1所述的一种个体化3D打印种植体的设计与制作方法，其特征在于，所述多孔网架体的孔径为50?800 μ m，孔隙率在10?90%，厚度为0.5?1.5mm。
3.根据权利要求2所述的一种个体化3D打印种植体的设计与制作方法，其特征在于，所述步骤(I)中，nl = 4，分别为 50?200μπι、200 ?400μπι、400 ?600μπι、600?800μπι;n2 = 8，分别为 10 ?20%、20 ?30%、30 ?40%、40 ?50%、50 ?60%、60 ?70%、70 ?80%>80 ?90% ；n3 = 5,分别为 0.5 ?0.7mm、0.7 ?0.9mm、0.9 ?1.lmm、l.1 ?1.3mm、L 3 ?L 5mm ο
4.使用如权利要求1所述方法制作的一种个体化3D打印种植体，其特征在于，包括一体成型的头部和体部，所述头部设有用于连接基桩的凹槽，所述体部表面设有螺纹，所述体部包括实心体和多孔网架体，多孔网架体覆盖于实心体的外表面上。
5.根据权利要求4所述的一种个体化3D打印种植体，其特征在于，所述多孔网架体为多孔网格状结构。
【文档编号】A61C8/00GK104352285SQ201410691945
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】陆尔奕, 李慧武, 黄美慧, 卫忠 申请人:上海交通大学医学院附属第九人民医院