[发明专利]促进骨改建的定制化柔性钛下颌骨替代物及其制备方法

摘要

促进骨改建的定制化柔性钛下颌骨替代物及其制备方法，采用反求技术、CAD技术、快速成形技术，以患者的CT图片为数据源，采用“CT图像/点云/曲面/实体模型”的设计流程，对下颌骨替代物的外形和结构进行个体定制化设计，并通过改变下颌骨钛支架体部结构，增加钛下颌骨替代物的柔性，改善由于钛支架过硬引起的应力屏蔽问题。钛支架的改进结构通过有限元进行优化设计，以人体骨改建的最佳应变区间的填充骨体积占总体积的比例作为判别骨替代物柔性的标准，比例越大柔性越好。该下颌骨替代物结合了人体颌面部生理解剖学特性和生物力学特性，可显著改善患者手术效果，有效降低医生手术时间和手术风险，且具有工艺简单、性能可靠的特点。

主权项

1、促进骨改建的定制化柔性钛下颌骨替代物的制备方法，其特征在于：1)原始数据获取首先，通过医用螺旋CT机对需要施行骨替代物植入手术的患者进行CT扫描，并对CT图像进行多平面重建，获得CT断层图片；2)定制型骨替代物的设计阶段对CT断层图片进行预处理，并对图像中的伪影和误差进行校正；利用医学图像处理软件对校正后的CT图像进行重构，获得患者下颌骨缺损情况的病理模型；借助该病理模型设计骨替代物的CAD模型，骨替代物成中空的U型槽状，两端通过延伸板与骨断端连接，体部U形槽顶端与下颌牙牙根齐平，延伸板顶部略低于U形槽，该延伸板长15mm，上开设三个孔径为2mm的固定钉孔；3)有限元优化分析提取上述定制型骨替代物的特征数据对其参数化建模，在其体部设计可促进骨改建的柔性结构，模拟骨替代物在人体内的正常生理环境，利用有限元方法进行优化分析，并制定评价标准对优化结果进行分析、判定；有限元分析模拟下颌正中咬和状态，假设假体固定牢固，无相对位移，对螺钉孔内表面进行全自由度约束，载荷按照牙位区的咬合咀嚼力转化为面应力形式加载，其具体大小见表1 牙位 1 2 3 4 5 6 7 加载力/N 60 60 100 120 150 200 200下颌骨替代物的材料参数见表2 材料名称 弹性模量/MPa 泊松比 TC4 松质骨 1.14×105 1.37×103 0.33 0.3模型特征数据：下颌骨外侧下弧线方程y＝aX2，下颌骨替代物体部U形槽结构剖面轨迹线方程Y＝bZ2，a、b的值由定制化骨替代物的CAD模型测量得到；柔性结构：在下颌骨替代物体部上开设孔或回形槽，其中，回形槽的设计要点是：将下颌骨钛支架按其在人体内的正常位置摆放，在其体部从上、下两方向交替开槽，槽的方向以系统解剖学界定的人体坐标轴确定，其x方向平行于水平面，y方向与人体矢状面成一定交角，角的大小根据患者个体情况可在0°-180°之间任意选取，z方向为槽底中心点的骨替代物曲面的法方向；4)评价优化：将上述柔性结构的有限元优化分析结果进行评价，获取最优值，在ANSYS分析软件中对填充骨模型划分网格设定均匀尺寸，建立单元表数组，对各个单元的应变进行统计比较，其中最佳应变区间0.0015～0.005的填充骨体积占总体积的比例记为P，P越大，柔性越好；同时考量骨替代物在咬合承载时的最大应力SMAX，为保证骨替代物强度足够，此应力值不应高于550MPa；以此数据来评价上述骨替代物的柔性结构的优化结果；5)根据评价优化结果在定制型下颌骨替代物的CAD模型上设计可促进骨改建的柔性孔结构、回型槽结构或孔槽结合结构，采用快速成形技术与熔模精密铸造技术制造下颌骨替代物。