一種由O-intersecting lines單元填充的多孔植入體的制備方法
【專利說(shuō)明】一種由0-1 ntersect i ng I i nes單元填充的多孔植入體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明所屬范疇為生物醫(yī)療器械領(lǐng)域，涉及一種多孔植入體的制備方法，具體涉及一種由o-1ntersecting I ines (圓柱相貫線)單元填充的多孔植入體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人體中最長(zhǎng)的長(zhǎng)管狀骨是股骨，其可以分為一體兩端，類似的骨頭如肱骨等。股骨又稱大腿骨，其主要用于支撐人體的軀干、骨盆等，是負(fù)重最多的骨頭，在人類等眾多動(dòng)物中都是極其重要的。
[0003]然而，由于一些不良的疾病或創(chuàng)傷等導(dǎo)致股骨斷裂并造成大面積的骨缺損，且無(wú)法通過(guò)自身組織進(jìn)行愈合時(shí)，則需要考慮骨移植，特別是對(duì)于一些老年人，最好的治療方法就是人工骨或置換關(guān)節(jié)，這樣可以避免術(shù)后發(fā)生股骨頭缺血壞死的情況。股骨作為人體中支撐和負(fù)重最多的骨骼結(jié)構(gòu)，必須加以重視。
[0004]當(dāng)前已有很多骨移植的技術(shù)。傳統(tǒng)上使用實(shí)心金屬骨移植，雖然成本低，但是植入體自重過(guò)大，會(huì)使患者感到不適，而且其會(huì)造成明顯的應(yīng)力遮蔽效應(yīng)，這將導(dǎo)致原生骨組織不能很好的受到外界力的刺激，引起其軟化，不僅如此，還因?yàn)閷?shí)心金屬植入體未能提供足夠的空間用于誘導(dǎo)原始組織的再生長(zhǎng)，最后可能會(huì)導(dǎo)致原生骨組織脫落等，因此這種技術(shù)不能很好的解決骨缺損問(wèn)題；另外有可降解生物材料作為骨植入體的嫁接技術(shù)，這種可降解生物材料能夠適應(yīng)宿主的原生組織，不會(huì)產(chǎn)生明顯的排斥反應(yīng)，但是，其強(qiáng)度難免是不足的，而作為股骨結(jié)構(gòu)的植入體，基于股骨的負(fù)重作用，需要植入體有足夠的強(qiáng)度，因此這種采用可降解生物材料作為骨植入體也不是最佳選擇。
[0005]傳統(tǒng)對(duì)于多孔骨小梁的設(shè)計(jì)方法主要還是基于一定的算法和圖像處理技術(shù)，通過(guò)對(duì)人體骨微觀結(jié)構(gòu)圖像進(jìn)行采集，提取周圍輪廓，得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值修補(bǔ)生成矢量圖，最后將各層數(shù)據(jù)進(jìn)行求和得到三維多孔結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)難免出現(xiàn)封閉單元，而封閉單元將不適合骨組織的再生和長(zhǎng)入等，因?yàn)閷?duì)于股骨模型，保證骨小梁之間的連通是非常必要的，另夕卜，這種方式難以生成規(guī)則統(tǒng)一的單元，因此難以保證受力的均勻性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明旨在針對(duì)傳統(tǒng)骨植入體的缺點(diǎn)及骨小梁設(shè)計(jì)的困難上提出改進(jìn)辦法，其主要是通過(guò)設(shè)-H種由O-1ntersecting I ines單元填充的多孔植入體，并針對(duì)股骨模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，用以實(shí)現(xiàn)骨植入體的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)及制造，最終為股骨植入技術(shù)提供良好的醫(yī)學(xué)參考價(jià)值。
[0007 ]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)手段解決上述問(wèn)題:
[0008]—種由O-1ntersecting I ines單元填充的多孔植入體，其主要面向股骨柄，包括股骨柄端、多孔主體部分和螺釘定位孔部位，所述股骨柄端用于定位所述多孔植入體，所述螺釘定位孔部位用于固定植入體與宿主，所述多孔主體部分主要由O-1ntersecting lines單元填充而成的三維貫通多孔網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，所述多孔網(wǎng)絡(luò)實(shí)體是由O-1ntersecting lines單元圓柱體在空間相貫交叉所掃描而成的鏤空實(shí)體，所述多孔網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的孔徑為400-1000μm、單元壁厚為80-120μπι、孔隙率為55%-85%。
[0009]進(jìn)一步的，所述鏤空實(shí)體由O-1ntersecting lines單元圓柱面在空間兩兩互相垂直、線性堆疊而成。
[0010]進(jìn)一步的，所述多孔植入體主要由可植入人體金屬材料制成，優(yōu)選純鈦金屬、鈦合金、不銹鋼和鈷鉻鉬合金。
[0011]進(jìn)一步的，所述o-1ntersecting lines單元形式為二階圓柱相貫單元結(jié)構(gòu)或三階圓柱相貫單元結(jié)構(gòu)。
[0012]優(yōu)選的，所述O-1ntersecting lines單元形式為二階圓柱單元時(shí)所述多孔網(wǎng)格實(shí)體孔徑為500μηι、管道壁厚為ΙΟΟμπι、孔隙率為72% ；所述O-1ntersecting Iines單元形式為三階圓柱單元時(shí)所述多孔網(wǎng)格實(shí)體孔徑為500μπι、管道壁厚為ΙΟΟμπι、孔隙率為69%。
[0013]優(yōu)選的，所述股骨柄端、所述多孔主體部分和所述螺釘定位孔部位連成一個(gè)整體，不需另外裝配直接一次性成型。
[0014]本發(fā)明所述的多孔植入體的制備方法包括以下步驟:
[0015]SI ?在計(jì)算機(jī)上利用三維設(shè)計(jì)軟件繪制o-1ntersecting lines單元的三維模型，三維模型圓柱面在空間兩兩互相垂直，線性堆疊，通過(guò)給定具體尺寸控制其孔徑、壁厚以及孔隙率，生成單元晶胞實(shí)體；
[0016]S2.對(duì)單元晶胞實(shí)體進(jìn)行復(fù)制陣列操作，得到空間多孔網(wǎng)絡(luò)實(shí)體；
[0017]S3.導(dǎo)入通過(guò)逆向工程得到的股骨三維曲面模型，對(duì)模型縮放至實(shí)際需要的比例；
[0018]S4.對(duì)多孔網(wǎng)絡(luò)實(shí)體和股骨三維曲面進(jìn)行裁剪與布爾運(yùn)算操作，得到多孔主體部分；
[0019]S5.通過(guò)三維建模繪制股骨柄端和螺釘定位孔部位，并合并多孔主體部分使之成為單一輸出多孔植入體實(shí)體；
[0020]S6.將多孔植入體實(shí)體保存成輸出格式文件并傳輸至分層軟件中，加底面支撐；
[0021]S7.打開(kāi)光纖選擇性激光熔化設(shè)備金屬材料3D打印機(jī)，對(duì)多孔植入體實(shí)體進(jìn)行打?。?br>[0022]S8.清理基板，用鏟銼將3D打印的多孔植入體取出；
[0023]S9.對(duì)多孔植入體進(jìn)行噴砂處理，使其表面光潔；
[0024]S10.對(duì)多孔植入體進(jìn)行封裝。
[0025]優(yōu)選的，步驟SI中，所述三維設(shè)計(jì)軟件為solidworks或pro-e UG0
[0026]優(yōu)選的，步驟S6中，所述輸出格式文件為stl，并且所述分層軟件為ontofab。
[0027]優(yōu)選的，步驟S7中，所述光纖選擇性激光熔化設(shè)備金屬材料3D打印機(jī)型號(hào)為SLM12M1L。
[0028]進(jìn)一步，步驟S7中，所述打印參數(shù)設(shè)定為:純鈦密度為4.55g/cm3、激光光斑直徑d= 80-85μπι、掃描間距 h = 100-200ym、功率 P = 70-100W、掃描速度 V=100-500mm/s、鋪粉厚度t = 40_70ym。
[0029]本發(fā)明提供了由O-1ntersectinglines單元填充的多孔植入體及其制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由此鏤空實(shí)體所堆疊而成的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)接近骨結(jié)構(gòu)，具有高孔隙率、高連通率及較大的表面接觸面積，適合新生骨長(zhǎng)入及營(yíng)養(yǎng)組織液的流通，多孔結(jié)構(gòu)與純鈦材料提供足夠高強(qiáng)度也避免太多應(yīng)力遮擋，高度互聯(lián)的貫通孔結(jié)構(gòu)能夠提供廣泛的骨長(zhǎng)入，理想材料使得摩擦系數(shù)提供良好的初始穩(wěn)定性，具備良好植入體的潛力，具有可觀的臨床醫(yī)用前景;多孔植入體的制備方法更可靠可行，便于采用3D打印進(jìn)行加工。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為二階O-1ntersecting lines單元不意圖；
[0031 ] 圖2為三階O-1ntersecting lines單元不意圖；
[0032]圖3為二階O-1ntersecting lines單元堆疊不意圖；
[0033]圖4為三階O-1ntersecting lines單元堆疊不意圖；
[0034]圖5為由O-1ntersecting lines單元填充的多孔植入體示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面將結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0036]請(qǐng)參照?qǐng)D1、圖3和