本發(fā)明屬于人體植入醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及一種基于3D打印制備載藥主動(dòng)脈瓣的方法和載藥主動(dòng)脈瓣。

背景技術(shù)：

心臟瓣膜是保證血液循環(huán)能夠定向流動(dòng)的關(guān)鍵性生物閥門(mén)，其結(jié)構(gòu)精細(xì)，具備調(diào)控射血方向的重要生理功能，同時(shí)具有彈性運(yùn)動(dòng)和承受液壓高等動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)。

心臟瓣膜一旦發(fā)生病變，就會(huì)改變?nèi)梭w血流，嚴(yán)重時(shí)可危及生命。心臟瓣膜病是目前最常見(jiàn)的三大心臟疾病之一，其中主動(dòng)脈瓣膜病為心臟瓣膜病的一種，會(huì)引起心悸、心絞痛等癥狀。

目前主動(dòng)脈瓣病變主要通過(guò)瓣膜置換術(shù)進(jìn)行治療。構(gòu)建心臟瓣膜是生物組織工程及再生醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。臨床上使用的替代瓣膜主要有機(jī)械瓣和生物瓣，但兩種瓣膜在臨床應(yīng)用時(shí)都存在著難以克服的缺陷。機(jī)械瓣置換心臟瓣膜后需要長(zhǎng)期服用抗凝藥，否則會(huì)因抗凝不當(dāng)而形成血栓和栓塞；生物瓣植入后雖無(wú)需長(zhǎng)期抗凝治療，但存在耐久性不佳問(wèn)題，術(shù)后易發(fā)生物瓣膜鈣化和衰敗，導(dǎo)致植入的瓣膜產(chǎn)生功能障礙，患者需要重新植入新的瓣膜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于3D打印制備載藥主動(dòng)脈瓣的方法和載藥主動(dòng)脈瓣，解決現(xiàn)有瓣膜置換術(shù)中存在的需長(zhǎng)期抗凝治療和耐久性不佳的技術(shù)問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

提出一種基于3D打印制備載藥主動(dòng)脈瓣的方法，包括：獲取主動(dòng)脈瓣醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)；基于獲取的主動(dòng)脈瓣醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，建立主動(dòng)脈瓣三維模型；基于所述主動(dòng)脈瓣三維模型，3D打印載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體；其中，所述載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體包括瓣環(huán)實(shí)體和瓣葉實(shí)體；在所述載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體的瓣葉實(shí)體上，3D打印具有載藥微孔結(jié)構(gòu)的載藥層；采用微滴噴射技術(shù)，將抗凝藥噴射于所述載藥層的載藥微孔結(jié)構(gòu)內(nèi)，以及將生長(zhǎng)因子噴射于所述載藥層的非載藥微孔結(jié)構(gòu)的區(qū)域，形成載藥主動(dòng)脈瓣。

進(jìn)一步的，在獲取主動(dòng)脈瓣醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)之后，所述方法還包括：根據(jù)主動(dòng)脈瓣性能分析得到主動(dòng)脈瓣的梯度功能分析數(shù)據(jù)；則3D打印載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體之前，所述方法還包括：對(duì)所述主動(dòng)脈瓣三維模型進(jìn)行分層、切片處理；在所述分層、切片處理中將所述梯度功能分析數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為顏色的灰度值；基于顏色的灰度值，計(jì)算3D打印所述載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體所需的第一打印材料和第二打印材料的組分比例；則所述3D打印載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體，具體為：控制所述第一打印材料和所述第二打印材料按照所述組分比例輸出打印所述載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體。

進(jìn)一步的， 所述第一打印材料和所述第二打印材料為聚氨酯和乙烯-醋酸乙烯共聚物。

進(jìn)一步的，在建立主動(dòng)脈瓣三維模型之后，所述方法還包括：基于接觸力學(xué)、應(yīng)力、血流力學(xué)和打印契合度的分析驗(yàn)證，對(duì)所述主動(dòng)脈瓣三維模型進(jìn)行修正。

進(jìn)一步的，所述控制所述第一打印材料和所述第二打印材料按照所述組分比例輸出，具體為：控制所述第一打印材料和所述第二打印材料按照所述組分比例輸出至共混室；控制所述共混室的加熱溫度為160℃-250℃，以改變共混材料的黏度；將加熱后的共混材料通過(guò)螺桿擠壓后經(jīng)打印噴頭擠出。

進(jìn)一步的，在采用微滴噴射技術(shù)，將抗凝藥噴射于所述載藥層的載藥微孔結(jié)構(gòu)內(nèi)，以及將生長(zhǎng)因子噴射于所述載藥層的非載藥微孔結(jié)構(gòu)的區(qū)域時(shí)，控制所述生長(zhǎng)因子不覆蓋所述抗凝藥。

進(jìn)一步的，所述載藥層的打印厚度為0.1mm-0.5mm。

進(jìn)一步的，所述載藥微孔結(jié)構(gòu)間隔的分布于所述載藥層中；打印所述具有載藥微孔結(jié)構(gòu)的載藥層時(shí)，所述載藥微孔結(jié)構(gòu)的打印高度為0.2-0.9mm，厚度0.1-0.3mm。

進(jìn)一步的，所述抗凝藥為華法林，所述生長(zhǎng)因子為成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子。

提出一種載藥主動(dòng)脈瓣，采用基于3D打印制備載藥主動(dòng)脈瓣的方法制備而成。所述基于3D打印制備載藥主動(dòng)脈瓣的方法包括：獲取主動(dòng)脈瓣醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)；基于獲取的主動(dòng)脈瓣醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，建立主動(dòng)脈瓣三維模型；基于所述主動(dòng)脈瓣三維模型，3D打印載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體；其中，所述載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體包括瓣環(huán)實(shí)體和瓣葉實(shí)體；在所述載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體的瓣葉實(shí)體上，3D打印具有載藥微孔結(jié)構(gòu)的載藥層；采用微滴噴射技術(shù)，將抗凝藥噴射于所述載藥層的載藥微孔結(jié)構(gòu)內(nèi)，以及將生長(zhǎng)因子噴射于所述載藥層的非載藥微孔結(jié)構(gòu)的區(qū)域，形成載藥主動(dòng)脈瓣。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：本申請(qǐng)?zhí)岢龅幕?D打印制備載藥主動(dòng)脈瓣的方法和載藥主動(dòng)脈瓣，采用3D打印技術(shù)打印用于主動(dòng)脈瓣置換術(shù)的載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體，以及采用壓電微滴電噴射技術(shù)將抗凝藥物和細(xì)胞生長(zhǎng)因子分別噴射到載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體的載藥層的微孔結(jié)構(gòu)內(nèi)和非微孔結(jié)構(gòu)的區(qū)域表面上，最后得到載藥主動(dòng)脈瓣；載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體的載藥層由聚氨酯和乙烯-醋酸乙烯共聚物復(fù)合材料打印出，具備承載抗凝藥的微孔結(jié)構(gòu)，微孔內(nèi)的抗凝藥物可以緩慢釋放，起到抗凝的效果；微孔結(jié)構(gòu)以外的載藥層區(qū)域噴射的細(xì)胞生長(zhǎng)因子，可以促進(jìn)細(xì)胞在載藥主動(dòng)脈瓣的生長(zhǎng)，改善生物相容性；這其中，還從仿生的角度，結(jié)合對(duì)主動(dòng)脈瓣的梯度分析數(shù)據(jù)，通過(guò)聚氨酯和乙烯-醋酸乙烯共聚物不同配比使打印出的載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體具有功能梯度，更符合人體生理結(jié)構(gòu)。此方法制作的載藥主動(dòng)脈瓣兼具功能梯度和藥物緩釋功能，同時(shí)可改善生物相容性，高度仿生，解決了現(xiàn)有機(jī)械瓣長(zhǎng)期抗凝和生物瓣耐久性不佳的問(wèn)題。且這種制作方法能夠通過(guò)3D打印快速成型，具備個(gè)性化仿生性能，且制造工藝簡(jiǎn)單，能夠降低制作成本。

結(jié)合附圖閱讀本申請(qǐng)實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本申請(qǐng)的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

附圖說(shuō)明

圖1 為本申請(qǐng)?zhí)岢龅幕?D打印制備載藥主動(dòng)脈瓣的方法流程圖；

圖2為本申請(qǐng)?zhí)岢龅妮d藥主動(dòng)脈瓣的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本申請(qǐng)?zhí)岢龅妮d藥主動(dòng)脈瓣的打印結(jié)構(gòu)圖；

圖4為打印本申請(qǐng)?zhí)岢龅妮d藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體的打印裝置圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。

本申請(qǐng)旨在提供一種基于3D打印制備載藥主動(dòng)脈瓣的方法和載藥主動(dòng)脈瓣，解決現(xiàn)有瓣膜置換術(shù)中存在的需長(zhǎng)期抗凝治療和耐久性不佳的技術(shù)問(wèn)題。

如圖1所示，本申請(qǐng)?zhí)岢龅幕?D打印制備載藥主動(dòng)脈瓣的方法，包括如下步驟：

步驟S11：獲取主動(dòng)脈瓣醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)。

采集大量的正常志愿者主動(dòng)脈瓣膜影像學(xué)數(shù)據(jù)，構(gòu)建正常人主動(dòng)脈瓣的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型。

步驟S12：基于獲取的主動(dòng)脈瓣醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，建立主動(dòng)脈瓣三維模型。

通過(guò)3D擬植入物結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)的圖像處理技術(shù)，對(duì)擬3D打印主動(dòng)脈瓣膜根據(jù)對(duì)稱(chēng)原理、正常結(jié)構(gòu)擬合原理進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，獲得主動(dòng)脈瓣三維模型。

步驟S13：基于主動(dòng)脈瓣三維模型，3D打印載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體。

打印的在載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體如圖2所示，包括瓣環(huán)實(shí)體21和瓣葉實(shí)體22。在設(shè)計(jì)出主動(dòng)脈瓣的三維模型后，進(jìn)行分層、切片處理，通過(guò)對(duì)主動(dòng)脈瓣三維模型文件進(jìn)行分層處理，得到了每一層待填充的輪廓信息后，采用不間斷式平行往復(fù)掃描方式來(lái)進(jìn)行填充，其掃描路徑的生成過(guò)程包括以下幾個(gè)步驟：掃描線(xiàn)確定；掃描線(xiàn)與輪廓求交；交點(diǎn)分類(lèi)及排序；過(guò)渡線(xiàn)曲線(xiàn)擬合；生成交點(diǎn)配對(duì)；儲(chǔ)存掃描線(xiàn)。

還可以對(duì)主動(dòng)脈瓣關(guān)聯(lián)的部位進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬接觸力學(xué)、應(yīng)力、血流力學(xué)以及打印契合度分析驗(yàn)證，對(duì)三維模型進(jìn)行修正。

進(jìn)而對(duì)三維模型文件的三角形面片進(jìn)行分組排序，對(duì)三角形面片進(jìn)行分組矩陣和活性三角形面片表的建立，在較小的范圍內(nèi)，建立局部的三角形面片鄰接拓?fù)潢P(guān)系。

步驟S14：在述載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體的瓣葉實(shí)體上，3D打印具有載藥微孔結(jié)構(gòu)的載藥層。

如圖3所示，瓣葉實(shí)體上采用3D打印技術(shù)打印出帶有在載藥微孔結(jié)構(gòu)32的載藥層31。

步驟S15：采用微滴噴射技術(shù)，將抗凝藥噴射于載藥層的載藥微孔結(jié)構(gòu)內(nèi)，以及將生長(zhǎng)因子噴射于載藥層的非載藥微孔結(jié)構(gòu)的區(qū)域，形成載藥主動(dòng)脈瓣。

采用微滴噴射技術(shù)，并通過(guò)精密控制系統(tǒng)將抗凝藥33噴射到載藥層31的載藥微孔結(jié)構(gòu)32內(nèi)，載藥微孔結(jié)構(gòu)間隔的分布于載藥層中。在載藥層31上非載藥微孔結(jié)構(gòu)的區(qū)域上采用微滴噴射技術(shù)精確噴涂精確打印一層生長(zhǎng)因子34，但生長(zhǎng)因子不覆蓋抗凝藥物。這里的抗凝藥為華法林，生長(zhǎng)因子為成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子。

上述，采用3D打印技術(shù)打印用于主動(dòng)脈瓣置換術(shù)的載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體，以及采用壓電微滴電噴射技術(shù)將抗凝藥物和細(xì)胞生長(zhǎng)因子分別噴射到載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體的載藥層的微孔結(jié)構(gòu)內(nèi)和非微孔結(jié)構(gòu)的區(qū)域表面上，最后得到載藥主動(dòng)脈瓣；載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體的載藥層由聚氨酯和乙烯-醋酸乙烯共聚物復(fù)合材料打印出，具備承載抗凝藥的微孔結(jié)構(gòu)，微孔內(nèi)的抗凝藥物可以緩慢釋放，起到抗凝的效果；微孔結(jié)構(gòu)以外的載藥層區(qū)域噴射的細(xì)胞生長(zhǎng)因子，可以促進(jìn)細(xì)胞在載藥主動(dòng)脈瓣的生長(zhǎng)，改善生物相容性，解決了現(xiàn)有機(jī)械瓣長(zhǎng)期抗凝和生物瓣耐久性不佳的問(wèn)題。

本申請(qǐng)實(shí)施例中，為使打印出的在載藥主動(dòng)脈瓣具備仿生性能，依據(jù)大量的正常志愿者主動(dòng)脈瓣影像學(xué)數(shù)據(jù)，構(gòu)建正常人體主動(dòng)脈瓣的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，分析主動(dòng)脈瓣不同部位結(jié)構(gòu)差異，能夠得到主動(dòng)脈瓣功能梯度分布數(shù)據(jù)，根據(jù)功能梯度分布打印出的載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體具有功能梯度，更符合人體生理結(jié)構(gòu)。

具體的，在步驟S11獲取主動(dòng)脈瓣醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)之后，還根據(jù)主動(dòng)脈瓣性能分析得到主動(dòng)脈瓣的梯度功能分析數(shù)據(jù)；基于此，在分層、切片處理中將梯度功能分析數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為顏色的灰度值；然后基于顏色的灰度值，計(jì)算3D打印載藥主動(dòng)

脈瓣實(shí)體所需的第一打印材料和第二打印材料的組分比例；在3D打印載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體時(shí)，控制第一打印材料和第二打印材料按照組分比例輸出打印載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體。

具體的，第一打印材料和第二打印材料如圖4所示，分別裝載在兩個(gè)料筒41和42中，這里的第一打印材料和第二打印材料為聚氨酯和乙烯-醋酸乙烯共聚物，分別控制第一打印材料和第二打印材料從兩個(gè)料筒的進(jìn)料口按照組分比例輸出至共混室43；控制共混室的加熱溫度為160℃-250℃，以改變共混材料的黏度；最后將加熱后的共混材料通過(guò)螺桿擠壓后經(jīng)打印噴頭44擠出，逐層打印主動(dòng)脈瓣瓣環(huán)實(shí)體和瓣葉實(shí)體。

上述，從仿生的角度，結(jié)合對(duì)主動(dòng)脈瓣的梯度分析數(shù)據(jù)，通過(guò)聚氨酯和乙烯-醋酸乙烯共聚物不同配比使打印出的載藥主動(dòng)脈瓣實(shí)體具有功能梯度，更符合人體生理結(jié)構(gòu)，使得載藥主動(dòng)脈瓣兼具功能梯度和藥物緩釋功能，同時(shí)可改善生物相容性，高度仿生，且制作方法能夠通過(guò)3D打印快速成型，具備個(gè)性化仿生性能，且制造工藝簡(jiǎn)單，能夠降低制作成本。

基于上述提出的基于3D打印制備載藥主動(dòng)脈瓣的方法，本申請(qǐng)還提出一種載藥主動(dòng)脈瓣，采用基于3D打印制備載藥主動(dòng)脈瓣的方法制備。

下面以一個(gè)具體的實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明使用基于3D打印制備載藥主動(dòng)脈瓣的方法制備載藥主動(dòng)脈瓣。

制作材料：瓣環(huán)實(shí)體和瓣葉實(shí)體采用的打印材料為聚氨酯和乙烯-醋酸乙烯共聚物，聚氨酯組分比例為20%-98%，相應(yīng)的乙烯-醋酸乙烯共聚物比例為80%-2%。

瓣葉的載藥層上的載藥微孔結(jié)構(gòu)材料為聚氨酯與乙烯-醋酸乙烯共聚物復(fù)合材料聚氨酯組分比例20%-98%，相應(yīng)的乙烯-醋酸乙烯共聚物比例80%-2%。

瓣葉的載藥層抗凝藥物采用華法林,載藥層厚度0.1-0.5mm；瓣葉生長(zhǎng)因子層生長(zhǎng)因子采用成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子,生長(zhǎng)因子層厚度0.1-0.3mm。

打印規(guī)格：主動(dòng)脈瓣一體結(jié)構(gòu)，瓣環(huán)為圓形結(jié)構(gòu)，三個(gè)瓣葉位于瓣環(huán)內(nèi)部不規(guī)則三角形結(jié)構(gòu)。瓣環(huán)壁厚1 mm -15mm,內(nèi)徑10 mm -38mm。瓣葉厚度2-15mm，瓣葉長(zhǎng)度4mm-19 mm。載藥層中間隔分布的載藥微孔結(jié)構(gòu)高度0.2-0.9mm，厚度0.1-0.3mm。

載藥主動(dòng)脈瓣成型：瓣環(huán)實(shí)體和瓣葉實(shí)體層3D打印一體成型。實(shí)體打印基于功能梯度進(jìn)行，打印噴頭壓力50-600kPa,噴嘴直徑50-200μm。瓣葉實(shí)體上打印載藥層以及載藥微孔結(jié)構(gòu)用于負(fù)載抗凝藥物和生長(zhǎng)因子，打印噴頭壓力180kPa,噴頭直徑100μm?？鼓幬锿ㄟ^(guò)精確控制壓電微滴噴頭將抗凝藥噴射入載藥微孔結(jié)構(gòu)中；生長(zhǎng)因子通過(guò)精確控制壓電微滴噴頭將成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子噴射入載藥層的非載藥微孔結(jié)構(gòu)的區(qū)域，保證生長(zhǎng)因子勿覆蓋抗凝藥物。壓電微滴噴射壓力10-200kPa,噴頭直徑80-120μm。

應(yīng)該指出的是，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。