一種基于激光選區(qū)熔化技術(shù)制備骨修補(bǔ)植入物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種骨損傷修補(bǔ)方法，特別是一種基于激光選區(qū)熔化技術(shù)制備骨修補(bǔ)植入物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在骨缺損修復(fù)中，傳統(tǒng)方法一般采用自體骨移植或者人工重建的方法，前者雖然排斥小恢復(fù)快但原材料采集復(fù)雜且骨量不多，造成二次創(chuàng)傷增大患者治療痛苦;而后者多填入人工材料，通過(guò)基因技術(shù)、添加生長(zhǎng)因子等技術(shù)處理后進(jìn)行移植，但是匹配性、融合性及可制造性并不理想，往往在植入后會(huì)產(chǎn)生病變，致使病患進(jìn)行二次治療。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出一種合理的骨損傷修復(fù)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)病患的個(gè)性化治療，提高手術(shù)成功率及術(shù)后使用壽命。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種基于激光選區(qū)熔化技術(shù)制備骨修補(bǔ)植入物的方法。
[0004]—種基于激光選區(qū)熔化技術(shù)制備骨修補(bǔ)植入物的方法，包括以下步驟:
a.基于患者骨骼的標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)學(xué)圖像掃描原始數(shù)據(jù)，通過(guò)圖像分割、編輯、三維計(jì)算處理，完成患者原生骨的數(shù)字化三維模型的提取；
b.根據(jù)患者個(gè)體情況，直接對(duì)原生骨的數(shù)字化三維模型進(jìn)行截骨操作，獲得骨修補(bǔ)植入物的三維模型；
c.對(duì)骨修補(bǔ)植入物的三維模型內(nèi)部進(jìn)行可防止應(yīng)力遮擋的多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
d.對(duì)骨修補(bǔ)植入物的三維模型表面進(jìn)行可加強(qiáng)與原生骨固定連接的鑲嵌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
e.以修整設(shè)計(jì)后的骨修補(bǔ)植入物的三維模型為基礎(chǔ)導(dǎo)入快速成型輔助軟件中進(jìn)行處理，包括擺放定位、添加支撐、參數(shù)設(shè)置和切片分層，骨修補(bǔ)植入物的多層切片二維數(shù)據(jù)模型，再利用激光選區(qū)熔化技術(shù)進(jìn)行金屬3D打印，獲得骨修補(bǔ)植入物。
[0005]其中，步驟b所述的截骨操作是通過(guò)三維設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)，所述三維設(shè)計(jì)軟件為pro-e或SolidWorks。
[0006]其中，步驟c所述的多孔結(jié)構(gòu)中的孔徑為400?ΙΟΟΟμπι、孔壁厚為80?120μπι、孔隙率為55%?85%。
[0007]其中，步驟e所述金屬3D打印的材料包括純鈦金屬、鈦合金、不銹鋼和鈷鉻鉬合金，所述擺放定位包括骨修補(bǔ)植入物的三維模型加工方向設(shè)置、骨修補(bǔ)植入物的三維模型擺放坐標(biāo)以及鋪粉方向夾角的調(diào)節(jié)。所述參數(shù)設(shè)置是金屬3D打印的層厚為20μπι?70μπι、功率為80W?100W、掃描速度為200mm/s?400mm/s、掃描間距為ΙΟΟμπι?200μπι。
[0008]本發(fā)明的有益效果:
1)精確:本發(fā)明構(gòu)建的骨修補(bǔ)植入物與患者手術(shù)中取下的原骨高度一致，使得后續(xù)的植入手術(shù)術(shù)不需二次塑型，可簡(jiǎn)化手術(shù)過(guò)程，縮短手術(shù)時(shí)間，且外形美觀(guān)。
[0009]2)安全:本發(fā)明構(gòu)建的骨修補(bǔ)植入物以純鈦、鈦合金、鈷鉻合金、氧化鋯等金屬粉末作為3D打印材料，具有良好的生物相容性以及機(jī)械性，是人體植入的最佳材料。
[0010]3)豎固:多孔結(jié)構(gòu)使得骨修補(bǔ)植入物質(zhì)輕、豎固，其抗沖擊力能力遠(yuǎn)勝于目前臨床的常規(guī)構(gòu)型，能避免出現(xiàn)應(yīng)力遮蔽的不良情況。
[0011 ] 4)高效:構(gòu)建此類(lèi)骨修補(bǔ)植入物耗時(shí)短，效率高，制備全過(guò)程僅需8小時(shí)左右。
【附圖說(shuō)明】
[0012]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單說(shuō)明。顯然，所描述的附圖只是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他設(shè)計(jì)方案和附圖。
[0013]圖1是本發(fā)明方法流程示意圖；
圖2是本發(fā)明多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案1;
圖3是本發(fā)明多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案2。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果進(jìn)行清楚、完整地描述，以充分地理解本發(fā)明的目的、特征和效果。顯然，所描述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的其他實(shí)施例，均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。另外，文中所提到的所有聯(lián)接/連接關(guān)系，并非單指構(gòu)件直接相接，而是指可根據(jù)具體實(shí)施情況，通過(guò)添加或減少聯(lián)接輔件，來(lái)組成更優(yōu)的聯(lián)接結(jié)構(gòu)。本發(fā)明創(chuàng)造中的各個(gè)技術(shù)特征，在不互相矛盾沖突的前提下可以交互組合。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明首先針對(duì)病患做出科學(xué)合理的診斷，針對(duì)損傷部位進(jìn)行加工金屬材料的選擇，例如:對(duì)于與人體有直接接觸部位選擇使用純鈦金屬粉末材料，而作為內(nèi)部連接件不與人體接觸的結(jié)構(gòu)選用鈦合金屬粉末材料，以增強(qiáng)其力學(xué)性能；
進(jìn)一步進(jìn)行患處全方位CT掃描，獲取基于患者骨骼的標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)學(xué)圖像掃描原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行患處骨修整規(guī)劃，確定最終植入體外圍輪廓；
進(jìn)一步將所獲取的醫(yī)療圖像通過(guò)Mimics軟件，對(duì)原生骨的數(shù)字化三維模型進(jìn)行截骨操作，獲得骨修補(bǔ)植入物的三維模型；
進(jìn)一步將獲得的三維模型進(jìn)行實(shí)體化，通過(guò)三維建模軟件SolidWorks等進(jìn)行修補(bǔ)植入體的實(shí)體化，并根據(jù)具體骨結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)植入后固位方法，同時(shí)根據(jù)患處位置設(shè)計(jì)植入體多孔結(jié)構(gòu)的方案(如圖2或3)，并通過(guò)ANSYS等結(jié)構(gòu)模擬軟件進(jìn)行受力模擬，設(shè)定具體結(jié)構(gòu)所需合理的孔隙率以及孔隙結(jié)構(gòu)尺寸，并根據(jù)本身加工工藝特點(diǎn)優(yōu)化植入體結(jié)構(gòu)，去除難加工和不可加工結(jié)構(gòu)，預(yù)留粉末流出結(jié)構(gòu)；
進(jìn)一步將所得模型導(dǎo)入ontofab等分層軟件，進(jìn)行包括分層設(shè)計(jì)、掃描方案制定和掃描參數(shù)優(yōu)化等操作:根據(jù)所加工結(jié)構(gòu)對(duì)精度和致密度的要求設(shè)定層厚為20μπι?70μπι、功率為80W?100W、掃描速度為200mm/s?400mm/s和掃描間距為ΙΟΟμπι?200μηι的最佳優(yōu)化組合，并根據(jù)具體結(jié)構(gòu)選擇特定的掃描方案(諸如單方向掃描、回型掃描等)，確保高質(zhì)量、高精度完成修補(bǔ)骨的成型； 進(jìn)一步將最終分層軟件所得到模型轉(zhuǎn)進(jìn)激光立體成型設(shè)備，進(jìn)行激光立體成型加工；進(jìn)一步將最終獲取模型進(jìn)行包括機(jī)械拋光和化學(xué)處理等表面處理工作，改變植入體表面結(jié)構(gòu)，促使人體組織生長(zhǎng)結(jié)合，以增強(qiáng)植入體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，得到最終具有生物表面相容性和良好加工質(zhì)量的最終產(chǎn)品，交至醫(yī)生使用。
[0016]以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施方式進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可作出種種的等同變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于激光選區(qū)熔化技術(shù)制備骨修補(bǔ)植入物的方法，其特征在于包括以下步驟: a.基于患者骨骼的標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)學(xué)圖像掃描原始數(shù)據(jù)，通過(guò)圖像分割、編輯、三維計(jì)算處理，完成患者原生骨的數(shù)字化三維模型的提??； b.根據(jù)患者個(gè)體情況，直接對(duì)原生骨的數(shù)字化三維模型進(jìn)行截骨操作，獲得骨修補(bǔ)植入物的三維模型； c.對(duì)骨修補(bǔ)植入物的三維模型內(nèi)部進(jìn)行可防止應(yīng)力遮擋的多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； d.對(duì)骨修補(bǔ)植入物的三維模型表面進(jìn)行可加強(qiáng)與原生骨固定連接的鑲嵌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； e.以修整設(shè)計(jì)后的骨修補(bǔ)植入物的三維模型為基礎(chǔ)導(dǎo)入快速成型輔助軟件中進(jìn)行處理，包括擺放定位、添加支撐、參數(shù)設(shè)置和切片分層，骨修補(bǔ)植入物的多層切片二維數(shù)據(jù)模型，再利用激光選區(qū)熔化技術(shù)進(jìn)行金屬3D打印，獲得骨修補(bǔ)植入物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光選區(qū)熔化技術(shù)制備骨修補(bǔ)植入物的方法，其特征在于步驟b所述的截骨操作是通過(guò)三維設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)，所述三維設(shè)計(jì)軟件為pro-e或Solidfforkso3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光選區(qū)熔化技術(shù)制備骨修補(bǔ)植入物的方法，其特征在于步驟c所述的多孔結(jié)構(gòu)中的孔徑為400?ΙΟΟΟμπι、孔壁厚為80?120μπι、孔隙率為55%?85%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光選區(qū)熔化技術(shù)制備骨修補(bǔ)植入物的方法，其特征在于步驟e中，金屬3D打印的材料包括純鈦金屬、鈦合金、不銹鋼和鈷鉻鉬合金。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光選區(qū)熔化技術(shù)制備骨修補(bǔ)植入物的方法，其特征在于步驟e中所述擺放定位包括骨修補(bǔ)植入物的三維模型加工方向設(shè)置、骨修補(bǔ)植入物的三維模型擺放坐標(biāo)以及鋪粉方向夾角的調(diào)節(jié)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光選區(qū)熔化技術(shù)制備骨修補(bǔ)植入物的方法，其特征在于步驟e中所述參數(shù)設(shè)置是金屬3D打印的層厚為20μπι?70μπι、功率為80W?100W、掃描速度為 200mm/s ?400mm/s、掃描間距為 ΙΟΟμπι ?200μπι。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種基于激光選區(qū)熔化技術(shù)制備骨修補(bǔ)植入物的方法，包括基于患者骨骼的標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)學(xué)圖像掃描原始數(shù)據(jù)，通過(guò)圖像分割、編輯、三維計(jì)算處理，完成患者原生骨的數(shù)字化三維模型的提??；根據(jù)患者個(gè)體情況，直接對(duì)原生骨的數(shù)字化三維模型進(jìn)行截骨操作，獲得骨修補(bǔ)植入物的三維模型；對(duì)骨修補(bǔ)植入物的三維模型內(nèi)部進(jìn)行可防止應(yīng)力遮擋的多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；對(duì)骨修補(bǔ)植入物的三維模型表面進(jìn)行可加強(qiáng)與原生骨固定連接的鑲嵌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；以修整設(shè)計(jì)后的骨修補(bǔ)植入物的三維模型為基礎(chǔ)導(dǎo)入快速成型輔助軟件中進(jìn)行處理，包括擺放定位、添加支撐、參數(shù)設(shè)置和切片分層，骨修補(bǔ)植入物的多層切片二維數(shù)據(jù)模型，再利用激光選區(qū)熔化技術(shù)進(jìn)行金屬3D打印，獲得骨修補(bǔ)植入物。
【IPC分類(lèi)】B22F3/105, B33Y50/02, A61F2/28
【公開(kāi)號(hào)】CN105455925
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610019055
【發(fā)明人】張春雨, 陳賢帥, 王亞玲
【申請(qǐng)人】佛山市安齒生物科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2016年1月11日