一种利用3D打印技术制备血管内壁支架的方法及其制品与流程

本发明属于医疗器械制备技术领域，尤其涉及一种利用3D打印技术制备血管内壁支架的方法及其制品。

背景技术：

如今3D打印行业的飞速发展，已经引起了各行各业的重视与关注，这种成型技术是直接通过三维模型文件输入机器之后进行逐层打印叠加成型，理论上可以无视任何复杂的结构直接一次成型，对所使用的材料也有很大范围的选择，特别是在医学领域，这种优势尤为明显。能够根据不同患者的自身条件，个性化使用三维模型和不同材料人工制造复杂的器官、骨组织、血管结构等，在力学性能，结构精度，材料种类等方面都有较优异的表现。

在当今社会，随着人民生活水平的提高、生活节奏的加快和生活方式的改变，心、脑血管疾病的发病率和死亡率在中国呈现增加和低龄化态势，我国每10名死亡者中就有4名死于心、脑、肺血管疾病，治疗费用超过2000亿元人民币。人工血管内壁支架置入技术目前已被广泛应用于心血管疾病的治疗，血管支架是指在管腔球囊扩张成形的基础上，在病变段置入内支架以达到支撑狭窄闭塞段血管，减少血管弹性回缩及再塑形，保持管腔血流通畅的目的。但是该技术目前用于制备精密血管支架所使用的钛合金等材料不仅成本高昂，制作周期较长，且在支架结构的可选择性上十分狭窄，目前我国大部分血管支架都是由国外进口，高昂的费用使很多患者得不到有效的治疗。而且每个病患不能根据自身需要定制适合自己个体的血管支架，手术的成功率和患者的康复率得不到有效保证，故利用3D打印技术制备人工血管支架具有广泛的应用前景。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种利用3D打印技术制备血管内壁支架的方法，该方法能为患者量身定制所需要的血管内壁支架，从而大大提高手术的成功率和患者的康复率。

本发明的另一目的在于提供通过所述方法制备得到的血管内壁支架。

本发明目的通过如下技术方案实现：一种利用3D打印技术制备血管内壁支架的方法，包括以下步骤：

(1)利用人体扫描装置，对需要制造血管内壁支架的人体血管部分进行扫描，从而初步得到需要建立支架的部位的3D模型图；

(2)利用计算机绘制软件在得到的3D模型图内绘制需要架设的血管内壁支架的雏形，再从模型图中将支架雏形隔离取出后进行修饰处理，最终转换为可供3D打印机识别的文件格式输出；

(3)利用3D打印机软件读取并识别步骤(2)制好的文件，为模型的主体；再利用软件进行模型的支撑体建设，得到需要打印的模型切片文件；

(4)将主体材料和支撑体材料装载进3D打印机的两个耗材室，设置打印参数进行打印，将步骤(3)得到的模型切片文件分别用主体材料和支撑体材料打印出主体和支撑体，然后去除所建立的支撑体，得到血管内壁支架。

步骤(1)中所述的人体扫描装置优选CT断层扫描仪。

步骤(1)中得到的3D模型图格式优选为mcs格式。

步骤(2)中所述的绘制软件优选为2016Auto3DsMAX和2014AutoCAD中的一种以上。

步骤(2)中所述的输出的文件格式优选为stl文件格式。

步骤(3)中所述的利用软件进行模型的支撑体建设中的软件优选为Cura、Up和Ultimakers中的一种。

所述的软件更优选为Cura 14.07。

步骤(4)中所述的3D打印机优选为双喷头的FDM3D打印机、SLA打印机、DLP打印机或3DP打印机。

步骤(4)中所述的打印参数设置优选为打印温度180℃-210℃，平台温度0-50℃，打印速度30-60mm/s，空运速度160-200mm/s，层厚设置0.1-0.2mm，支撑建设选取大于60°；更优选为打印温度180℃℃，平台温度40℃，打印速度60mm/s，空运速度160-200mm/s，层厚设置0.1-0.2mm，支撑建设选取大于60°。

步骤(4)优选为：进料操作前对3D打印机进行调试，将3D打印机预热180℃-210℃；接着将主体材料和支撑体材料装载进3D打印机的两个耗材室，设置打印参数进行打印，将步骤(3)得到的模型切片文件分别用主体材料和支撑体材料打印出主体和支撑体，然后去除所建立的支撑体，得到血管内壁支架。

步骤(4)中所述的主体材料优选为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、聚氨酯热塑性弹性体(TPU)、氢化SBS(SEBS)、聚(已二酸-丁二酸)丁二醇共聚酯(PBSA)和聚乙二醇(PEG)中一种以上；优选为聚(已二酸-丁二酸)丁二醇共聚酯、聚乙二醇和聚氨酯热塑性弹性体按质量比20：10：70配比混合得到的材料。

步骤(4)中所述的支撑体材料优选为聚乙烯醇(PVA)。

步骤(4)中所述的去除所建立的支撑体的方法优选为去离子水浸泡2h以上。

一种血管内壁支架，通过上述方法制备得到。

所述的血管内壁支架，形貌误差控制在5％以内，制备时间在24h以内。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明提供的3D打印技术制备人工血管支架的方法，可以通过3D打印技术实现“量身定制”的人工血管支架的制作，大大缩短人工支架的制备时间以及可选构造范围，结构和尺寸的灵活性非常的大。

(2)本发明中使用的支架模型的特殊结构设计，相比其它现有技术而言，可以大大增强血管支架的强度以及收缩性能，并且使支架的结构灵活性大大增加。

(3)本发明中新的3D打印材料可以大大的节省一般人工支架选用的钛合金的高昂成本。

(4)本发明中使用的PVA支撑材料以及去支撑方法可以使得打印出来的支架形貌误差结构控制在5％以内，且容易去除的支撑结构材料可以将去除支撑时候对支架的物理损伤降到极低。

附图说明

图1是本发明通过软件设置的结构示意图的俯视图。

图2是本发明通过软件设置的结构示意图的左视图。

图3是本发明在3D打印软件内建立支撑后的俯视图。

图4是本发明在3D打印软件内建立支撑后的整体示意图。

图5是本发明通过3D打印机打印出来的成品血管内壁支架照片图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种利用3D打印技术制备血管内壁支架的方法，包括以下步骤：

(1)使用CT断层扫描仪，对需要制造血管内壁支架的人体血管部分进行扫描，初步得到需要建立支架的部位的3D模型图的mcs文件。

(2)使用AutoCAD及Auto3DsMAX在所得到的模型图文件中进行血管内壁支架的绘制，形貌结构控制误差范围在5％，按照设置的结构进行绘制，得到如图1和图2所展示的血管内壁支架3D模型文件图，然后通过软件转换为STL格式输出到SD卡内备用。

(3)在电脑上安装好3D打印机的对应软件，利用3D打印机的软件读取并识别制好的STL文件，然后利用软件(Cura 14.07)进行模型的支撑体建设，选取大于60°建立支撑的选项，得到建立支撑体的模型图，最终得到如图3和图4所示的模型文件。

(4)让3D打印机预热180℃，然后进行进料操作，将准备好的主体材料A(PBSA/PEG/TPU复合材料，比例为20：10：70，PBSA为金发科技公司3A40型号，PEG为南通海天源化工有限公司，4000型号，TPU为金发科技公司型号Desmopan DP 2784A)和支撑体材料B(PVA材料，上海艾玛生物科技有限公司，SIGMA型号)同时进料双喷头的3D打印机，然后进行试挤出操作，待材料挤出正常流畅后，设定平台温度40°，设定打印速度60mm/s，设定填充度100％，空运速度200mm/s，层厚0.1mm，填充度100％，开始打印。待打印结束后用工具取下完成成品。

(5)将成品浸泡在蒸馏水中2H以上，使支撑体材料PVA完全溶解在水中，取出主体部分，如图5所示，最终得到所制备的血管内壁支架。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。