一种低弹性模量钛基颌骨植入体及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及人工骨骼植入体研宄领域，特别涉及一种低弹性模量钛基颁骨植入体及其制备方法。
【背景技术】
[0002]颁骨是口颁系统的重要组成部分，不仅是颁面部的骨性支持，还是咀嚼、吞咽和语言等功能的结构基础。一旦由于炎症、外部创伤、肿瘤或发育畸形等引起颁骨畸形、大面积缺损，不但会导致患者颁面部畸形，而且严重者会影响患者的咀嚼、吞咽和语言等基本功能，因此增加了患者的生理和心理痛苦，导致患者的生活质量下降。但是由于颁骨结构复杂，所以对颁骨大面积缺损的修复一直是外科临床工作的重点和难点。
[0003]目前常见的传统颁骨缺损修复方法有自体骨游离移植、血管化自体骨移植、异体异种骨游离移植、骨牵张成骨等，这些方法各有其优缺点，不同程度的存在骨量有限、供骨手术创伤大、塑性困难等问题，难以充分满足外科临床的需求。
[0004]钛及钛合金材料制造的骨植入体具有良好的生物相容性、无毒性、耐腐蚀性、高机械强度和韧性，已经在颁面外科及其他骨科广泛应用于人体承力部位骨的修复和替换。人体骨骼的弹性模量为10?30GPa，而目前较广泛的用于骨植入体制造的钛合金材料T1-6A1-4V的弹性模量为108GPa，与人体骨骼相比仍然较高。骨植入体和宿主骨之间的弹性模量不匹配将造成应力集中和应力屏蔽现象，即弹性模量大的骨植入体承受绝大部分的应力，而宿主骨在与植入体结合部位几乎不承担应力，使得骨植入体和宿主骨之间的结合部位缺乏必要的应力刺激，宿主骨的骨吸收大于骨生成，会延缓骨痂的形成，并可能导致植入体产生无菌松动及断裂等一系列并发症。相关统计表明，目前植入体在15年内的失效率达到10%-20%，其中约80%是由于应力集中和应力屏蔽造成的。因此，设计和制备与人体骨骼弹性模量相匹配的颁骨植入体，减少应力集中和应力屏蔽引起的不良效应，对于推动颁骨缺损修复的临床应用，改善治疗效果，减少病患痛苦具有重要的使用价值。
[0005]为了降低现有钛及钛合金植入体的弹性模量，使其尽可能的与宿主骨相匹配，使用多孔制备技术模拟人体骨组织的微观特征并制备三维多孔植入体，就成为了一个值得尝试的解决方案。国内外的相关研宄者已经开始在此方面开展研宄，Garrett E.Ryan等在《B1material》(生物材料，2008年第29期3625-3635页)上发表的“Poroustitanium scaffolds fabricated using a rapid prototyping and powder metallurgytechnique” 一文中，介绍了利用多阶段快速成型技术制备出高度模仿骨组织的多孔钛合金材料。先用计算机进行多孔材料结构设计，通过三维打印机制作出一个蜡模，然后将钛合金粉末制成浆状灌注到蜡模里，再通过1000-1300°C高温加热融化蜡模，形成多孔状的钛基材料。通过改变蜡模孔洞大小的设计，可以将孔径控制在200-400微米之间，孔隙率为66.8±3.6%。经力学性能测试，材料的轴向压缩强度为104.4 + 22.5MPa，横向压缩强度则为23.5±9.6MPa，显示出各向异性的特征。但这种制作工艺较复杂，不能一次性完成制备。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的在于针对现有传统钛基颁骨植入体在临床应用中的不足，提供一种低弹性模量钛基颁骨植入体的制备方法，该方法综合应用快速成型技术和选择性激光熔化技术，既可以满足患者的个性化需求，同时也可以降低弹性模量，缓解传统颁骨植入体的应力集中和应力屏蔽问题，缩短了制备时间，减少了加工难度和生产成本。
[0007]本发明的另一目的在于提供一种采用上述制备方法制备的低弹性模量钛基颁骨植入体。
[0008]本发明的目的通过以下的技术方案实现:一种低弹性模量钛基颁骨植入体的制备方法，包括步骤:
[0009](I)利用CT检查设备扫描患者颁骨部位，获得相关区域骨骼的断面图像并保存为DICOM格式文件；
[0010](2)将DICOM格式文件导入图像处理软件，重建出配合位置正确的曲面模型，即根据患者的具体情况对颁骨进行镜面重建，并保存为STL格式文件；
[0011 ] (3)将STL格式文件导入CAD设计软件，根据患者的手术设计，选取所需颁骨植入体的大小范围，截取所需的颁骨模型；
[0012](4)将步骤(3)生成的颁骨模型以STL格式文件导出，利用相应软件将该模型分层切片，转化为带有截面轮廓数据等加工信息的SLI文件；
[0013](5)根据步骤(4)的SLI文件，使用选择性激光熔化设备，逐层加工制造钛基颁骨植入体；
[0014](6)对钛基颁骨植入体进行表面酸处理，使用磁力研磨设备去除加工时残留在植入体表面的毛刺，完成制备。
[0015]具体的，所述步骤(I)中，利用CT检查设备扫描患者颁骨部位时，扫描区域为眼眶上缘到下颁角下方2mm，扫描电压为120kV，扫描电流为170_220mA，扫描层厚为1-1.5mm。
[0016]具体的，所述步骤(2)中，STL格式文件的获取步骤是:
[0017](2-1)将步骤(I)中获得的DICOM格式文件导入图像处理软件Mimics，检查CT断层图像是否存在明显错误或变形，若不存在，则进行步骤(2-2);
[0018](2-2)定义一灰度阈值，高于该灰度阈值的区域认定为骨组织区域，提取骨组织轮廓线，低于该灰度阈值的区域认定为软组织和松质骨，将其作为噪音点去除；
[0019](2-3)根据患者的骨骼缺损情况，选择相应数据区域进行自动三维叠加运算，软件根据点云数据完成颁骨缺损模型的三维重建；
[0020](2-4)根据健全侧颁骨的形态，应用镜像生成功能完成对侧缺损的颁骨的重建；
[0021](2-5)将最后得到的模型保存为STL格式文件。
[0022]具体的，所述步骤(3)中，在CAD设计软件中得到数字模型的步骤是:
[0023](3-1)将步骤⑵中获得的STL格式文件导入CAD设计软件，根据患者的手术设计，选取所需颁骨植入体的大小范围，使用软件的截取功能，垂直颁骨中心轴线截取所需的颁骨模型；
[0024](3-2)设定一多孔结构单元，使用镜像工具对该多孔结构单元进行扩展，得到多孔结构模型；
[0025](3-3)通过软件的布尔运算工具，将步骤(3)得到的多孔结构模型与步骤(3-1)中截取的颁骨模型进行拟合，获得带有多孔结构单元的颁骨植入体数字模型；
[0026](3-4)设计颁骨植入体与颁骨的连接体，连接体是位于植入体与颁骨连接部位面侧的长方体结构，向颁骨延伸l_3cm，宽度为患者正常颁骨高度的1/2，厚度为0.8_，并在连接体上生成标准骨钛重建螺钉(2.5x9mm)直径的圆孔，将该连接体拟合到步骤(3_3)中带有多孔结构单元的颁骨植入体数字模型，得到最终的获得颁骨植入体数字模型。
[0027]更进一步的，所述步骤(3-2)中，所述多孔结构单元的结构为:八个边角采用八分之一的球体，圆柱体作为梁状结构，中间由一个方体和一个球体重叠而成，作为梁状结构的连接部分。
[0028]具体的，所述步骤(4)中，SLI文件的获取步骤是:
[0029](4-1)将步骤(3)中生成的STL文件导入专业分层软件(如RP-Tools)；
[0030](4-2)选择切片/分层功能，获得STL文件的分层切片数据，检查数据是否存在未完全闭合、多余三角形等错误，使用相邻层替换或去除三角