一種個(gè)體化3d打印種植體的設(shè)計(jì)與制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種個(gè)體化3D打印種植體的設(shè)計(jì)與制作方法，將多孔網(wǎng)架體的孔徑平均分為n1個(gè)等級(jí)，孔隙率平均分為n2個(gè)等級(jí)，厚度平均分為n3個(gè)等級(jí)，n1×n2×n3個(gè)多孔網(wǎng)架體相對(duì)應(yīng)的彈性模量分為n4個(gè)等級(jí)，從而對(duì)應(yīng)n4種骨質(zhì)的密度；對(duì)患者進(jìn)行術(shù)前頜骨定量CT的拍攝，利用三維重建軟件和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出平均骨彈性模量E，在該彈性模量范圍相近的種植體中選擇多孔網(wǎng)架體的厚度最厚者；對(duì)種植體進(jìn)行3D打印，頭部和體部一體成型。本發(fā)明多孔網(wǎng)架體的孔徑、孔隙率和厚度分級(jí)設(shè)置，使種植體達(dá)到不同大小的彈性模量，適合不同骨密度的人群。
【專利說明】一種個(gè)體化3D打印種植體的設(shè)計(jì)與制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)用植入生物材料，尤其涉及的是一種個(gè)體化3D打印種植體的設(shè)計(jì)與制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鈦及鈦合金材料用作種植體的材料已有30余年的歷史，然而鈦的彈性模量(IlOGPa)與人頜骨的彈性模量(骨皮質(zhì)3?30GPa，骨松質(zhì)0.5?3GPa)相差較大，會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力遮蔽效應(yīng)，造成骨吸收，從而導(dǎo)致種植體松動(dòng)，種植失敗。頜骨本身根據(jù)部位不同骨密度也不同，上頜骨以松質(zhì)骨為主，下頜骨的皮質(zhì)骨較厚，因此種植部位不同，骨環(huán)境的彈性模量也不同。而且有一些患者由于患有牙周病、骨質(zhì)疏松、糖尿病、腫瘤等疾病，其松質(zhì)骨骨密度低于正常人，因而頜骨的彈性模量與鈦相差更大，種植風(fēng)險(xiǎn)隨之增大。
[0003]多孔結(jié)構(gòu)的引入能降低材料整體的彈性模量，還能使骨組織長入孔隙，增強(qiáng)骨結(jié)合。在中國專利200610136835.5 “一種多孔結(jié)構(gòu)鈦種植體及制備方法”中對(duì)多孔外層進(jìn)行堿熱處理，仿生沉積羥基磷灰石。
[0004]近年來，3D打印技術(shù)在多孔生物材料研究領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用，3D打印能精確控制多孔生物材料的微結(jié)構(gòu)，能將多重結(jié)構(gòu)任意結(jié)合一體化生產(chǎn)，由于每一種微結(jié)構(gòu)都具備特定的機(jī)械性能，因而種植體的機(jī)械性能能得以任意調(diào)節(jié)達(dá)到個(gè)體化定制的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種個(gè)體化3D打印種植體的設(shè)計(jì)與制作方法，以適合各種骨密度人群。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明的制作方法包括以下步驟:
[0007](I)將多孔網(wǎng)架體的孔徑平均分為nl個(gè)等級(jí)，孔隙率平均分為n2個(gè)等級(jí)，厚度平均分為n3個(gè)等級(jí)，不同孔徑、孔隙率和厚度的多孔網(wǎng)架體組合成nl Xn2 Xn3個(gè)不同彈性模量的多孔網(wǎng)架體；
[0008]⑵nlXn2Xn3個(gè)多孔網(wǎng)架體相對(duì)應(yīng)的彈性模量分為n4個(gè)等級(jí)，匹配n4種骨密度；
[0009](3)對(duì)患者進(jìn)行術(shù)前頜骨定量CT的拍攝，根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)對(duì)缺牙區(qū)域進(jìn)行三維重建，選擇經(jīng)過缺牙區(qū)域中點(diǎn)的橫斷面CT掃描圖像，在橫斷面圖像上用種植體規(guī)格的矩形區(qū)域表示，并獲得矩形區(qū)域的平均CT值GV ;
[0010](4)根據(jù)平均CT值GV計(jì)算平均骨密度P
[0011]P = 1017*GV_13.4 ；
[0012]根據(jù)平均骨密度P計(jì)算平均骨彈性模量E
[0013]E = 5925* P -388.8 ；
[0014](5)根據(jù)E值大小對(duì)應(yīng)選取步驟(2)中與E最接近的一種，然后在該彈性模量范圍相近的種植體中選擇多孔網(wǎng)架體的厚度最厚者；
[0015](6)根據(jù)步驟(5)選擇的多空網(wǎng)架體，對(duì)種植體進(jìn)行3D打印，頭部和體部一體成型。
[0016]所述多孔網(wǎng)架體的孔徑為50?800 μ m，孔隙率在10?90%，厚度為0.5?L 5mm。
[0017]所述步驟(I)中，nl= 4，分別為 50 ?200μπι、200 ?400μπι、400 ?600 μ m、600 ?800μπι ;n2 = 8，分別為 10 ?20%、20 ?30%、30 ?40%、40 ?50%、50 ?60%、60 ?70%、70 ?80%、80 ?90%;n3 = 5，分別為 0.5 ?0.7mm、0.7 ?0.9mm、0.9 ?1.1mm、L I ?L 3mm、L 3 ?L 5mm 0
[0018]本發(fā)明制作的打印種植體，包括一體成型的頭部和體部，所述頭部設(shè)有用于連接基樁的凹槽，所述體部的外表面設(shè)有螺紋，所述體部包括實(shí)心體和多孔網(wǎng)架體，多孔網(wǎng)架體覆蓋于實(shí)心體的外表面上。
[0019]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述多孔網(wǎng)架體為多孔網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。
[0020]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明多孔網(wǎng)架體的孔徑、孔隙率和厚度分級(jí)設(shè)置，使種植體達(dá)到不同大小的彈性模量，適合不同骨密度的人群；種植體內(nèi)部的實(shí)心結(jié)構(gòu)保證了種植體的整體強(qiáng)度，外表面多孔網(wǎng)架結(jié)構(gòu)降低了種植體整體的彈性模量，通過骨組織長入孔隙，增強(qiáng)骨結(jié)合；種植體整體結(jié)構(gòu)通過3D打印技術(shù)一步生產(chǎn)完成，使內(nèi)部實(shí)心結(jié)構(gòu)和外表面多孔網(wǎng)架結(jié)構(gòu)剛性結(jié)合，工藝簡單，成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0023]如圖1所示，本實(shí)施例的打印種植體，包括一體成型的頭部I和體部2，頭部I設(shè)有用于連接基樁的凹槽11，體部2表面設(shè)有螺紋，體部2包括實(shí)心體21和多孔網(wǎng)架體22，多孔網(wǎng)架體22覆蓋于實(shí)心體21的外表面上。多孔網(wǎng)架體22為多孔網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。頭部I為芽銀部分，體部2是骨結(jié)合部分。
[0024]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0025](I)多孔網(wǎng)架體22的孔徑為50?800 μ m，孔隙率在10?90%，厚度為0.5?
1.5mm，將多孔網(wǎng)架體22的孔徑平均分為4個(gè)等級(jí)，分別為50?200μπι、200?400 μ m、400?600μπι、600?800 μ m ;孔隙率平均分為8個(gè)等級(jí)，分別為10?20%、20?30%、30?40%、40?50%、50?60%、60?70%、70?80%、80?90%;厚度平均分為5個(gè)等級(jí)，分別為 0.5 ?0.7mm、0.7 ?0.9mm、0.9 ?1.1mm、1.1 ?1.3mm、1.3 ?1.5mm ;
[0026]不同孔徑、孔隙率和厚度的多孔網(wǎng)架體22組合成4X8X5 = 160個(gè)不同彈性模量的多孔網(wǎng)架體22 ；
[0027](2)該160個(gè)多孔網(wǎng)架體22相對(duì)應(yīng)的彈性模量分為10個(gè)等級(jí)，彈性模量的范圍為
O?10GPa,分別為 O ?1GPaUO ?20GPa、20 ?30GPa、30 ?40GPa、40 ?50GPa、50 ?60GPa、60 ?70GPa、70 ?80GPa、80 ?90GPa、90 ?10GPa ；
[0028](3)對(duì)患者進(jìn)行術(shù)前頜骨定量CT的拍攝,利用專業(yè)軟件如Simplant、Nobelguide、Implant3D等對(duì)病例CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，選擇經(jīng)過缺牙區(qū)域中點(diǎn)的橫斷面CT掃描圖像，利用上述軟件在橫斷面圖像上設(shè)計(jì)種植體的位置，用種植體規(guī)格的矩形區(qū)域表示，如4.1mmX 1mm,獲得矩形區(qū)域的平均CT值GV ;
[0029](4)利用平均CT值計(jì)算平均骨密度P (g/cm3), P = 1017*GV_13.4，利用平均骨密度P計(jì)算平均骨彈性模量E (MPa)，E = 5925* P -388.8 ；
[0030](5)根據(jù)E值大小對(duì)應(yīng)選取步驟(2)中與E最接近的一種，然后在該彈性模量范圍相近的種植體中選擇多孔網(wǎng)架體的厚度最厚者；
[0031](6)根據(jù)步驟(5)選擇的多空網(wǎng)架體，對(duì)種植體進(jìn)行3D打印，頭部和體部一體成型；
[0032](7)種植體可以是臨床常用的尺寸如4.lmm*10mm，可以是臨床常用的各種形狀包括圓錐形、柱形、改良圓錐形等。
[0033]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種個(gè)體化3D打印種植體的設(shè)計(jì)與制作方法，其特征在于，包括以下步驟: (I)將多孔網(wǎng)架體的孔徑平均分為nl個(gè)等級(jí)，孔隙率平均分為n2個(gè)等級(jí)，厚度平均分為n3個(gè)等級(jí)，不同孔徑、孔隙率和厚度的多孔網(wǎng)架體組合成nl Xn2 Xn3個(gè)不同彈性模量的多孔網(wǎng)架體； ⑵nl Xn2Xn3個(gè)多孔網(wǎng)架體相對(duì)應(yīng)的彈性模量分為n4個(gè)等級(jí)，匹配n4種骨密度； (3)對(duì)患者進(jìn)行術(shù)前頜骨定量CT的拍攝，根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)對(duì)缺牙區(qū)域進(jìn)行三維重建，選擇經(jīng)過缺牙區(qū)域中點(diǎn)的橫斷面CT掃描圖像，在橫斷面圖像上用種植體規(guī)格的矩形區(qū)域表示，并獲得矩形區(qū)域的平均CT值GV ; (4)根據(jù)平均CT值GV計(jì)算平均骨密度P
P = 1017*GV-13.4 ； 根據(jù)平均骨密度P計(jì)算平均骨彈性模量E
E = 5925*P -388.8 ； (5)根據(jù)E值大小對(duì)應(yīng)選取步驟(2)中與E最接近的一種，然后在該彈性模量范圍相近的種植體中選擇多孔網(wǎng)架體的厚度最厚者； (6)根據(jù)步驟(5)選擇的多空網(wǎng)架體，對(duì)種植體進(jìn)行3D打印，頭部和體部一體成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種個(gè)體化3D打印種植體的設(shè)計(jì)與制作方法，其特征在于，所述多孔網(wǎng)架體的孔徑為50?800 μ m，孔隙率在10?90%，厚度為0.5?1.5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種個(gè)體化3D打印種植體的設(shè)計(jì)與制作方法，其特征在于，所述步驟(I)中，nl = 4，分別為 50?200μπι、200 ?400μπι、400 ?600μπι、600?800μπι;n2 = 8，分別為 10 ?20%、20 ?30%、30 ?40%、40 ?50%、50 ?60%、60 ?70%、70 ?80%>80 ?90% ；n3 = 5,分別為 0.5 ?0.7mm、0.7 ?0.9mm、0.9 ?1.lmm、l.1 ?1.3mm、L 3 ?L 5mm ο
4.使用如權(quán)利要求1所述方法制作的一種個(gè)體化3D打印種植體，其特征在于，包括一體成型的頭部和體部，所述頭部設(shè)有用于連接基樁的凹槽，所述體部表面設(shè)有螺紋，所述體部包括實(shí)心體和多孔網(wǎng)架體，多孔網(wǎng)架體覆蓋于實(shí)心體的外表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種個(gè)體化3D打印種植體，其特征在于，所述多孔網(wǎng)架體為多孔網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】A61C8/00GK104352285SQ201410691945
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】陸爾奕, 李慧武, 黃美慧, 衛(wèi)忠 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院