[发明专利]修复一侧下颌骨缺损超过4颗牙位个性化支架的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种下颌骨缺损修复用组织工程支架的制造方法。

背景技术

近年来，由于肿瘤、感染、交通事故等原因造成的颌面特别是下颌缺损具有逐年增多的趋势，仅在欧洲每年就有150万人需要进行颅颌面外科手术进行骨修复，其中有相当大一部分是下颌骨的手术。

目前的下颌骨缺损修复手术主要采用自体骨移植和金属板修复体植入两种修复方法，自体骨移植修复会造成取骨部位的二次创伤，而且供骨的大小有限，同时植入时由于血管化手术非常困难，造成植入体供血不足，导致自体骨植入体吸收很难控制，影响修复效果。金属板植入修复时，虽然目前根据患者自身骨骼结构的个性化定制技术已经比较成熟，金属植入物的修复能提供支撑，恢复外观，但后期不能进行种植牙，因此不能恢复咬合功能，且植入体内部结构的设计，优化和制造面临着诸多困难，导致植入手术后金属板植入体与周围骨骼的骨结合效果不佳，从而影响长久修复的效果。

组织工程是应用工程与生命科学的原理与方法来认识哺乳类组织（正常或者病理状态下）的结构与功能的关系，并研制人工生物材料以便修复、维持或改善其功能。组织工程是作为面相移植而产生功能组织和器官的科学和技术，集成了CT/MRI等图像测量技术、三维重建技术、快速原型技术、材料工程技术、生物工程技术等不同的学科领域。其基本原则是组织可以从病人身上分离出来，在特殊材料制成的组织支架中生长和扩张，最终形成支架引导的三维组织。这样，生成的三维组织可以移植到同一病人中，以替代病变组织的功能。

组织能够再生主要在于组织支架的结构上的可形成性和支架种子细胞作用下的生物反应器功能。支架由诸如孔、纤维、膜等结构元素通过随机、分形或周期分布规律组合而成，通过工程方法可以被复制和制造。当一个三维组织结构被用于开发人工替代组织时，可以对支架结构中的生物材料进行工程结构设计，以优化结构并满足一定的营养条件。但目前的组织工程在干细胞技术基础上的修复由于支架材料都采用可吸收材料，吸收较快不能提供很好的力学支撑，只能修复小于3cm缺损，不能修复超过4颗牙位（大于3cm）的缺损。

下颌缺损修复的难点在于修复手术必须恢复患者容貌和咀嚼功能，因此组织工程技术对支架和植入体的外形、材料和结构有特殊要求，目前用于一侧下颌骨缺损超过4颗牙位即3cm以上的创伤缺损的下颌骨的修复领域中还没有成熟的技术可供应用。

发明内容

针对目前下颌骨缺损修复中存在的问题，本发明提出一种新型的用于下颌骨一侧下颌骨缺损超过4颗牙位的个性化组织工程三维网状金属支架的制造方法，其提供与病人面部结构相匹配的个性化支架，并通过支架的生物活性诱导新骨生长实现牙的修复和患者面容的恢复。

修复一侧下颌骨缺损超过4颗牙位个性化支架的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）拍摄患者口腔部位的CT图像进行CT数据采集；

（2）利用三维重建软件根据CT采集的数据重建患者口腔部位的下颌骨骨骼模型；

（3）下颌骨的修复模型设计，利用镜像方法或反求工程法将健康侧的骨骼对称到患侧并替换掉破损骨骼，通过模型合并算法得到完整的修复模型；在所述下颌骨骨骼模型上获得缺损区域的截骨线，利用该截骨线在所述修复模型上将修复假体切割分离出来，获得的修复假体的外形即为个性化支架的外形；以笛卡尔正交桁架结构作为个性化支架内部联通的基本单元，然后分别通过向X、Y、Z三个坐标方向的阵列运算得到内部连通孔的运算框架，其中表层接近咬合区的支架应力与密质骨的承载力相对应，获得内部网状结构模型；

（4）将修复假体与内部网状结构模型进行布尔运算，得到个性化支架的参数；

（5）根据上述计算得到的个性化支架的参数，采用具有生物相容性的金属材料，经过快速成型制造出个性化的支架，所述生物相容性的支架材料为可在其上加入成骨材料、自体骨髓基质干细胞和BMP，表面覆盖可吸收生物膜的材料。

所述CT数据采集为对下颌骨进行螺旋CT扫描，扫描平面平行于眶耳平面，扫描范围从眶上缘至下颌骨下缘，获得患者原始的断层影像。

所述三维重建模型优选的运用三维重建软件3DMSR将CT采集的数据进行三维重建，将其转变为直观立体效果的图像，得到STL格式的下颌骨三维模型，将STL格式的图像数据输入软件MIMICS10.1，通过定义灰度阈值来识别并重建密质骨、松质骨、牙齿和下颌神经管目标区域，将在Mimics10.1中处理后的数据导入Geomagic Studio4.0，删除下颌骨以外的部分，得到完整下颌骨的三维重建模型。