生物人工骨材料结合cad/cam技术重建颅颌骨制作工艺的制作方法

专利名称：生物人工骨材料结合cad/cam技术重建颅颌骨制作工艺的制作方法
专利说明生物人工骨材料结合CAD/CAM技术重建颅颌骨制作工艺 本发明涉及生物医学材料技术领域，具体地说是生物人工骨材料结合CAD/CAM技术重建颅颌骨制作工艺。目前世界范围用于较大面积颅颌骨缺损修复的材料除了羟磷灰石类生物活性陶瓷外还有以下几种材料钛金属板、高密度聚乙烯和硅橡胶等。国内外已有的技术是采用钛金属材料三维重建制作颅颌骨定制体，而钛金属存在以下不足一是生物惰性材料，材质与人体骨差异很大，与骨组织不能形成骨性结合；二是金属材料导热性大，对脑组织存在潜在的刺激性；三是钛金属材料成形加工比较困难，加工周期长且加工成本高。羟磷灰石类生物陶瓷脆性比较大，难塑形。而另几种材料虽然临床操作使用方便，但均为生物惰性材料，植入人体后长期与骨组织之间界面清晰，不能与骨组织产生骨性结合，并且这些材料产品均为预制件，缺乏个性化设计，尤其是在患者额颞部等几何外形要求较高的部位应用时常常影响美学效果。从生物相容性和骨融合性角度考虑，骨缺损修复材料选择与人体骨理化性能相近的生物活性材料是不容置疑的。
EH复合人工骨由羟磷灰石和EAM医用树脂塑型剂两部分组成。EH复合人工骨固化后化学性能稳定，不溶于水，是热的良好绝缘体，抗压强度、抗拉强度在皮质骨和松质骨之间，密度相当于人体骨组织，不影响CT、MRT成像。EH复合人工骨在生物相容性方面仍然保持了羟磷灰石所具有的良好骨结合性，同时具有塑形容易的特点，因此以往采用手术前预制骨板或骨片的方法来进行颅颌骨缺损修复。虽然方法简便易行，但由于对骨缺损几何外形的模拟主要依赖于X光照片和对患者骨缺损外表处的触摸，因此在吻合性、圆弧度和固位模式方面均存在不少缺憾。本发明的目的是运用计算机三维重建和快速成型技术，直接根据患者颅颌骨缺损部位的CT扫描数据快速翻制出与缺损骨几何外形一致、易于手术固位、与健康侧对称、符合修复美学效果并且肯有良好骨结合特性、利于早期骨愈合的人工颅颌骨定制体，具体的说是一种一种生物活性人工骨材料结合CAD/CAM技术重建颅颌骨制作工艺。
实现上述目的，设计一种生物活性人工骨材料结合CAD/CAM技术重建颅颌骨制作工艺。其特征在于包括以下工艺步骤患者头颅CT数据采撷；计算机三维重建；快速成型机还原出缺损骨模型；三维结构设计的重建；生物活性人工骨翻制成型、复原；临床应用。患者头颅CT数据采撷为需实施颅颌骨修补的患者通过螺旋CT机行全头颅平扫，要求扫描层厚≤8mm，含对称侧；横断面数据重建层厚≤1.5mm，要求重建层厚与重建间距完全相同；重建数据中的定位篇与平篇须分别打包，存在不同文件夹；将数据用标准DICOM文件格式记录成光盘。计算机的三维重建为通过三维软件处理将CT图像数字信息转换为三维重建影像数据。快速成型机还原出缺损骨模型为CT数据经过计算机CAD软件三维重建成像处理后转入快速成型机进行实体制造，还原出缺损部位的骨骼结构及重建骨模型。三维结构设计、重建为通过螺旋CT与CAD/CAM技术结合，使重建骨与健康侧对称，与缺损部位几何形态高度吻合。生物活性人工骨翻制成型、复原为通过重建骨模型翻制成石膏阴模，然后在石膏阴模中填入生物活性人工骨材料，待材料固化、脱模后即可制得患者颅颌骨修补治疗所需要的颅颌骨定制体。临床应用为对颅颌骨定制体作常规高压蒸汽灭菌后，使用缝合丝线固定及配套的EH复合型骨水泥对骨界面进行填塞固定。生物活性人工骨由粉剂和液剂双组份体系构成。粉剂和液剂调和质量比为3～7∶7～3。粉剂主要成份为生物玻璃材料或生物活性类陶瓷包括羟基磷灰石、磷酸三钙、碳酸基磷灰石、锶磷灰石、氟磷灰石等；液剂主要成份为甲基丙烯酸类有机树脂包括Bis-GMA系列、胺基甲酸酯双甲基丙烯酸酯及其衍生物或类似物。
本发明同现有技术相比，开创了将生物活性人工骨材料与计算机三维重建颅颌骨技术相结合的先例，不但生物活性高，材料的物理性能、化学性能与骨组织相近，生物相容性程度好，与骨组织形成紧密的骨性结合，且加工形成简便、快捷，值得推广。

图1是本发明创造的工作方框图。
参见图1，1为患者头颅CT数据采撷；2为计算机重建；3为快速成型机还原出缺损骨模型；4为三维结构设计、重建；5为生物活性人工骨翻制成型、复原；6为临床应用。下面结合附图对本发明作进一步的说明，本发明对本技术领域的人来说还是比较清楚的。
例1.先将需实施颅颌骨修补的患者通过螺旋CT机行全头颅平扫，要求扫描层厚≤8mm，含对称侧；横断面数据重建层厚≤1.5mm，要求重建层厚与重建间距完全相同；重建数据中的定位篇与平篇须分别打包，存在不同文件夹再将数据用标准DICOM文件格式记录成光盘。然后通过计算机三维软件处理将CT图像数字信息转换为三维重建影像数据，即得CT数据，将CT数据经过计算机CAD软件三维重建成像处理后转入ZIPPY-1快速成型机进行实体制造，还原出缺损部位的骨骼结构及重建骨模型，再通过螺旋CT与CAD/CAM技术结合，使重建骨模型与健康侧对称，与缺损部位几何形态高度吻合，然后通过该重建骨模型翻制成石膏阴模，再在石膏阴模中填入由重量比为30％-70％的粉剂和70％-30％的液剂组成的生物活性人工骨材料，其中粉剂的组成百分比为羟磷灰石颗粒20-47.5％；磷酸三钙20-47.5％；有机填料2-30％；无机填料3-30％；液剂主要成份为甲基丙烯酸类有机树脂包括Bis-GMA系列、胺基甲酸酯双甲基丙烯酸酯及其衍生物或类似物。在室温下，固化20分钟，待材料固化、脱模后即可制得患者颅颌骨修补治疗所需要的颅颌骨定制体。最后对颅骨定制体作常规高压蒸汽灭菌后，使用缝合丝线固定及配套的EH复合型骨水泥对骨界面进行填塞固定。
权利要求
1.一种生物活性人工骨材料结合CAD/CAM技术重建颅颌骨制作工艺，其特征在于包括以下工艺步骤(1)患者头颅CT数据采撷；(2)计算机三维重建；(3)快速成型机还原出缺损骨模型；(4)三维结构设计、重建；(5)生物活性人工骨翻制成型、复原；(6)临床应用。
2.如权利要求1所述的一种生物活性人工骨材料结合CAD/CAM技术重建颅颌骨制作工艺，其特征在于患者头颅CT数据采撷为需实施颅颌骨修补的患者通过螺旋CT机行全头颅平扫，要求扫描层厚≤8mm，含对称侧；横断面数据重建层厚≤1.5mm，要求重建层厚与重建间距完全相同；重建数据中的定位篇与平篇须分别打包，存在不同文件夹；将数据用标准DICOM文件格式记录成光盘。
3.如权利要求1所述的一种生物活性人工骨材料结合CAD/CAM技术重建颅颌骨制作工艺，其特征在于计算机的三维重建为通过三维软件处理将CT图像数字信息转换为三维重建影像数据，获得CT数据。
4.如权利要求1所述的一种生物活性人工骨材料结合CAD/CAM技术重建颅颌骨制作工艺，其特征在于快速成型机还原出缺损骨模型为CT数据经过计算机CAD软件三维重建成像处理后转入快速成型机进行实体制造，还原出缺损部位的骨骼结构及重建骨模型。
5.如权利要求1所述的一种生物活性人工骨材料结合CAD/CAM技术重建颅颌骨制作工艺，其特征在于三维结构设计、重建为通过螺旋CT与CAD/CAM技术结合，使重建骨与健康侧对称，与缺损部位几何形态高度吻合。
6.如权利要求1所述的一种生物活性人工骨材料结合CAD/CAM技术重建颅颌骨制作工艺，其特征在于生物活性人工骨翻制成型、复原为通过重建骨模型翻制成石膏阴模，然后在石膏阴模中填入生物活性人工骨材料，待材料固化、脱模后即可制得患者颅颌骨修补治疗所需要的颅颌骨定制体。
7.如上述权利要求1所述的一种生物活性人工骨材料结合CAD/CAM技术重建颅颌骨制作工艺，其特征在于临床应用为对颅颌骨定制体作常规高压蒸汽灭菌后，使用缝合丝线固定及配套的EH复合型骨水泥对骨界面进行填塞固定。
8.如权利要求1所述的一种生物活性人工骨材料结合CAD/CAM技术重建颅颌骨制作工艺，其特征在于生物活性人工骨由粉剂和液剂双组份体系构成。
9.如权利要求1或7所述的一种生物活性人工骨材料结合CAD/CAM技术重建颅颌骨制作工艺，其特征在于粉剂和液剂调和质量比为3～7∶7～3。
10.如权利要求1或7所述的一种生物活性人工骨材料结合CAD/CAM技术重建颅颌骨制作工艺，其特征在于粉剂主要成份为生物玻璃材料或生物活性类陶瓷包括羟基磷灰石、磷酸三钙、碳酸基磷灰石、锶磷灰石、氟磷灰石等；液剂主要成份为甲基丙烯酸类有机树脂包括Bis-GMA系列、胺基甲酸酯双甲基丙烯酸酯及其衍生物或类似物。
全文摘要
本发明涉及生物医学材料技术领域，具体地说是一种生物活性人工骨材料结合CAD/CAM技术重建颅颌骨制作工艺，包括以下工艺步骤患者头颅CT数据采撷；计算机三维重建；快速成型机还原出缺损骨模型；三维结构设计的重建；生物活性人工骨翻制成型、复原；临床应用。本发明同现有技术相比，开创了将生物活性人工骨材料与计算机三维重建颅颌骨技术相结合的先例，不但生物活性高，材料的物理性能、化学性能与骨组织相近，生物相容性程度好，与骨组织形成紧密的骨性结合，且加工形成简便、快捷，值得推广。
文档编号G06T15/00GK1618412SQ20041005397
公开日2005年5月25日 申请日期2004年8月24日 优先权日2004年8月24日
发明者陈德敏, 刘义荣, 刘俊 申请人:上海倍尔康生物医学科技有限公司, 陈德敏, 刘义荣