[发明专利]一种基于选区激光熔化技术的个性化节段骨植入物的设计和制备方法

说明书

本发明提供了一种基于选区激光熔化技术的个性化节段骨植入物的设计和制备方法，根据患者特征及需求，结合CT扫描结果，运用计算机辅助技术设计节段骨植入物规律梯度多孔结构模型；将模型数据导入有限元分析软件，采用有限元方法对其进行生物力学分析，根据生物力学分析结果进行植入物模型优化，在模型内部设计提高强度的加强筋结构；在模型表面层设计减小应力集中的过渡弧结构；设计起固定作用的圆柱孔结构。通过快速成型辅助软件将优化后的模型切片分层、扫描路径规划和扫描参数设置等，将加工数据导入金属选区激光熔化成型设备中完成打印，最终获得具有加强筋、过渡弧和固定孔的规律梯度多孔节段骨植入物。

技术领域

本发明涉及一种个性化节段骨植入物的方法，特别是涉及一种基于选区激光熔化技术的个性化节段骨植入物的设计和制备方法。

背景技术

目前临床上对骨缺损的治疗方式有自体或同种异体骨移植和人工骨移植等。前者虽然排斥小恢复快但原材料采集复杂且骨来源有限，会造成二次创伤，影响修复效果；人工骨移植不存在骨源不够问题，然而却难以与人体骨组织高强度结合，生物力学性能与骨的匹配性较差，对骨缺损患者而言，传统的致密结构和均一孔结构很难满足对植入物的最佳力学和生物学性能要求，因此，需要对植入物多孔结构进行改进。多孔结构较为复杂，传统工艺很难达到其精度要求，数字化影像技术、计算机辅助技术和增材制造技术的快速发展和紧密结合，为个性化节段骨缺损植入物的制备提供了有效途径。另外，多孔个性化植入物在植入过程中，由于个别部位应力集中、整体强度不够，容易产生疲劳裂纹，发生断裂，这些问题亟待解决。

本发明设计和制备的带有加强筋、过渡弧和固定孔的规律梯度多孔结构植入物，有效提高植入物整体强度，减少植入物与骨组织之间应力遮挡的发生，不仅在力学性能和生物学性能方面有明显优势，而且减少患者治疗痛苦，提高最终修复效果。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种由上述方法设计和制备而得的规律梯度多孔结构个性化节段骨植入物，由于其多孔结构的优势，能够在降低植入物弹性模量的同时，有利于骨组织长入。

本发明的第二目的在于提供一种含有加强筋的规律梯度多孔结构个性化节段骨植入物，能明显提高节段骨植入物整体强度，避免发生断裂现象。

本发明的第三目的在于提供一种含有过渡弧的规律梯度多孔结构个性化节段骨植入物，能明显减少植入物锐角及尖端区的应力集中，有效减少疲劳裂纹发生和应力遮挡的情况。

本发明的目的之四在于提供一种含有固定孔的规律梯度多孔结构个性化节段骨植入物，有效增强植入物和骨组织的结合。

本发明的目的之五在于提供一种规律梯度多孔结构个性化节段骨植入物的设计和制备方法，该设计和制备方法可以满足节段骨缺损患者对植入物的个性化要求，实现规律梯度多孔结构节段骨植入物的快速个性化制造。

本发明提出了一种基于选区激光熔化技术的个性化节段骨植入物的设计和制备方法，包括以下步骤：

初步模型建立：根据患者特征和需求，结合CT扫描结果，通过逆向工程软件进行三维模型重建，运用计算机辅助技术设计不同孔隙形状、孔径大小、孔棱尺寸和孔隙率的节段骨植入物规律梯度多孔结构模型；

模型结构优化：将设计的规律梯度多孔结构模型数据导入有限元分析软件，采用有限元方法对其进行生物力学分析，根据生物力学分析结果进行植入物设计优化，在规律梯度多孔结构模型内部设计提高强度的加强筋结构，在规律梯度多孔结构模型表面层设计减小应力集中的过渡弧结构，设计起固定作用的圆柱孔结构；

选区激光熔化成型：将优化后的节段骨植入物的规律梯度多孔模型数据导入快速成型辅助软件中，根据模型不同部位（加强筋、过渡弧和锐角处等）的特征，进行切片分层、扫描路径规划和扫描参数设置等，在金属选区激光熔化成型设备中完成打印，最终获得具有加强筋、过渡弧和固定孔的规律梯度多孔节段骨植入物；