修復(fù)一側(cè)下頜骨缺損超過4顆牙位的個性化支架的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及修復(fù)一側(cè)下頜骨缺損超過4顆牙位的個性化支架，所述個性化支架包括由具有生物相容性的金屬制成的支架本體，所述支架本體為將健康側(cè)的骨骼外形通過鏡像或反求工程對稱到患側(cè)的外形，內(nèi)部為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型應(yīng)用鏡像或反求獲得的支架外形可以針對下頜骨缺未損跨過中心平面的情況較好的恢復(fù)患者的外表和容貌，最終使骨缺損部位再生的組織與支架完全形成像鋼筋混凝土般結(jié)構(gòu)，在完成種植牙修復(fù)后，使患者口腔功能得到完全恢復(fù)。
【專利說明】修復(fù)一側(cè)下頜骨缺損超過4顆牙位的個性化支架

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種下頜骨缺損修復(fù)用組織工程支架。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于腫瘤、感染、交通事故等原因造成的頜面特別是下頜缺損具有逐年增多的趨勢，僅在歐洲每年就有150萬人需要進(jìn)行顱頜面外科手術(shù)進(jìn)行骨修復(fù)，其中有相當(dāng)大一部分是下頜骨的手術(shù)。
[0003]目前的下頜骨缺損修復(fù)手術(shù)主要采用自體骨移植和金屬修復(fù)體植入兩種修復(fù)方法，自體骨移植修復(fù)會造成取骨部位的二次創(chuàng)傷，而且供骨的大小有限，同時植入時由于血管化手術(shù)非常困難，造成植入體供血不足，導(dǎo)致自體骨植入體吸收很難控制，影響修復(fù)效果。金屬板植入修復(fù)時，雖然目前根據(jù)患者自身骨骼結(jié)構(gòu)的個性化定制技術(shù)已經(jīng)比較成熟，金屬植入物的修復(fù)能提供支撐，恢復(fù)外觀，但后期不能進(jìn)行種植牙，因此不能恢復(fù)咬合功能，且植入體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，優(yōu)化和制造面臨著諸多困難，導(dǎo)致植入手術(shù)后金屬板植入體與周圍骨骼的骨結(jié)合效果不佳，從而影響長久修復(fù)的效果。
[0004]組織工程是應(yīng)用工程與生命科學(xué)的原理與方法來認(rèn)識哺乳類組織(正?；蛘卟±頎顟B(tài)下)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，并研制人工生物材料以便修復(fù)、維持或改善其功能。組織工程是作為面相移植而產(chǎn)生功能組織和器官的科學(xué)和技術(shù)，集成了 CT/MRI等圖像測量技術(shù)、三維重建技術(shù)、快速原型技術(shù)、材料工程技術(shù)、生物工程技術(shù)等不同的學(xué)科領(lǐng)域。其基本原則是組織可以從病人身上分離出來，在特殊材料制成的組織支架中生長和擴(kuò)張，最終形成支架引導(dǎo)的三維組織。這樣，生成的三維組織可以移植到同一病人中，以替代病變組織的功倉泛。
[0005]組織能夠再生主要在于組織支架的結(jié)構(gòu)上的可形成性和支架種子細(xì)胞作用下的生物反應(yīng)器功能。支架由諸如孔、纖維、膜等結(jié)構(gòu)元素通過隨機(jī)、分形或周期分布規(guī)律組合而成，通過工程方法可以被復(fù)制和制造。當(dāng)一個三維組織結(jié)構(gòu)被用于開發(fā)人工替代組織時，可以對支架結(jié)構(gòu)中的生物材料進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以優(yōu)化結(jié)構(gòu)并滿足一定的營養(yǎng)條件。但目前的組織工程在干細(xì)胞技術(shù)基礎(chǔ)上的修復(fù)由于支架材料都采用可吸收材料，吸收較快不能提供很好的力學(xué)支撐，只能修復(fù)小于3cm缺損，不能修復(fù)超過4顆牙位(大于3cm)的缺損，特別是下頜骨缺損跨過中心平面的缺損的修復(fù)。
[0006]下頜缺損修復(fù)的難點(diǎn)在于修復(fù)手術(shù)必須恢復(fù)患者容貌和咀嚼功能，因此組織工程技術(shù)對支架和植入體的外形、材料和結(jié)構(gòu)有特殊要求，目前用于一側(cè)下頜骨缺損超過4顆牙位即3cm以上的創(chuàng)傷缺損的下頜骨的修復(fù)領(lǐng)域中還沒有成熟的技術(shù)可供應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]針對目前下頜骨缺損修復(fù)中存在的問題，本實(shí)用新型提供一種新型的用于下頜骨一側(cè)下頜骨缺損超過4顆牙位的個性化組織工程三維網(wǎng)狀金屬支架，其與病人面部結(jié)構(gòu)相匹配，誘導(dǎo)新骨生長實(shí)現(xiàn)牙的修復(fù)和患者面容的恢復(fù)。
[0008]修復(fù)一側(cè)下頜骨缺損超過4顆牙位的個性化支架，其特征在于所述個性化支架包括由具有生物相容性的金屬制成的支架本體，所述支架本體為將健康側(cè)的骨骼外形通過鏡像方法或反求工程法對稱到患側(cè)的外形，內(nèi)部為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0009]所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以笛卡爾正交桁架結(jié)構(gòu)作為個性化支架內(nèi)部聯(lián)通的基本單元。
[0010]所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部連通孔間通孔的中心距范圍為1-lOmm，其中優(yōu)選的所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的靠近牙床部分的內(nèi)部連通孔間通孔的中心距范圍為l_6mm，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)離牙床部分的內(nèi)部連通孔間通孔的中心距范圍為6-10mm。
[0011]所述生物相容性的金屬材料為鈦，其上加入成骨材料羥基磷灰石、自體骨髓基質(zhì)干細(xì)胞和BMP，表面覆蓋B1-guide膜。
[0012]技術(shù)效果
[0013]本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:應(yīng)用將健康側(cè)的骨骼外形通過鏡像方法或反求工程法對稱到患側(cè)的外形的支架可以針對下頜骨缺損未跨過中心平面的情況較好的恢復(fù)患者的外表和容貌，并通過設(shè)計(jì)合理的支架密度分布使之既具有更好的應(yīng)力結(jié)構(gòu)同時具有更好的生物活性可填充成骨材料和干細(xì)胞等誘導(dǎo)新骨生長，最終使骨缺損部位再生的組織與支架完全形成像鋼筋混凝土般結(jié)構(gòu)，在完成種植牙修復(fù)后，使患者口腔功能得到完全恢復(fù)。
[0014]本實(shí)用新型一方面解決了現(xiàn)有技術(shù)使用金屬支架與周圍骨骼的骨結(jié)合效果不佳，無法實(shí)現(xiàn)組織再生，以及使用自體骨移植造成二次創(chuàng)傷和難控制的問題，另一方面也解決了目前組織工程三維網(wǎng)狀金屬支架運(yùn)用于臨床還很困難，組織工程三維網(wǎng)狀金屬支架強(qiáng)度和外形難以滿足臨床的運(yùn)用，也即克服了一般組織工程技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)良好的適應(yīng)下頜骨結(jié)構(gòu)的問題，為下頜骨的修復(fù)提供了一種更有效的方法。
[0015]本實(shí)用新型的支架能夠更好的促進(jìn)和引導(dǎo)骨生長；另外對支架進(jìn)行了力學(xué)分析，對支架的孔洞疏密程度也有相應(yīng)的控制，受力大的部位加密一些可以更好的支撐，受力小的部位稀疏一下讓骨組織更多的長入。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為實(shí)施例1下頜骨缺損示意圖；
[0017]圖2為個性化支架的示意圖；
[0018]圖3為個性化支架安裝于患處的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]為了更好的解釋本實(shí)用新型，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的解釋。
[0020]實(shí)施例1
[0021]如圖1所示，缺陷位于左側(cè)下頜第一前磨牙遠(yuǎn)中至第三磨牙遠(yuǎn)中，長度大約4cm。
[0022]首先對下頜骨缺陷處進(jìn)行螺旋CT掃描:采用Philips公司生產(chǎn)的MX-8000型螺旋CT進(jìn)行掃描，掃描平面平行于眶耳平面，掃描范圍從眶上緣至下頜骨下緣，獲得患者原始的斷層影像。再運(yùn)用三維可視化技術(shù)、利用吉馬飛公司自主編寫的三維重建軟件
[0023]3DMSR(3-Dimens1nal Medicine Surface Rendering)將這些離散數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄庇^立體效果的圖像，得到STL格式的下頜骨三維模型；
[0024]將STL格式的圖像數(shù)據(jù)輸入軟件MMICS10.1，通過定義灰度閾值來識別并重建密質(zhì)骨、松質(zhì)骨、牙齒和下頜神經(jīng)管目標(biāo)區(qū)域，將在Mimicsl0.1中處理后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic Stud14.0,刪除下頜骨以外的部分,得到完整下頜骨的三維重建模型；
[0025]利用鏡像方法將健康側(cè)的骨骼對稱到患側(cè)并替換掉破損骨骼，通過模型合并算法得到完整的修復(fù)模型，在所述下頜骨骨骼模型上獲得缺損區(qū)域的截骨線，利用該截骨線在所述修復(fù)模型上將修復(fù)假體切割分離出來，獲得的修復(fù)假體的外形即為個性化支架的外形；在ICEM CFD軟件中劃分網(wǎng)格，得到三維網(wǎng)格模型，模型包含節(jié)點(diǎn)數(shù)和四面體單元數(shù)，模型的每個節(jié)點(diǎn)有3個自由度，包括X、y、z方向上的移動，模型的單元類型為S0LID185 ;設(shè)定模型中密質(zhì)骨和松質(zhì)骨材料性質(zhì)連續(xù)、均質(zhì)、各向同性，密質(zhì)骨彈性模量為17000MPa，松質(zhì)骨為lOOOMPa，密質(zhì)骨和松質(zhì)骨的泊松比均為0.30 ;以笛卡爾正交桁架結(jié)構(gòu)作為內(nèi)部聯(lián)通的基本單元，然后分別通過向X、Y、Z三個坐標(biāo)方向的陣列運(yùn)算得到內(nèi)部連通孔的運(yùn)算框架；將修復(fù)假體與內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行布爾運(yùn)算，得到個性化支架的成型數(shù)據(jù)。其中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的靠近牙床部分的內(nèi)部連通孔間通孔的中心距范圍分布在1_6_，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)離牙床部分的內(nèi)部連通孔間通孔的中心距范圍分布在6-10mm。
[0026]根據(jù)上述計(jì)算得到的個性化支架的成型數(shù)據(jù)通過采用具有生物相容性的鈦金屬材料通過EBSM電子束選區(qū)融化工藝快速成型制造出個性化支架。
[0027]在下頜骨缺損區(qū)植入三維網(wǎng)狀金屬支架，修復(fù)體與兩骨斷端用鈦螺釘固定，在所述個性化支架上加入成骨材料羥基磷灰石和自體骨髓基質(zhì)干細(xì)胞(術(shù)前抽取骨髓，分離干細(xì)胞，培養(yǎng)；在適當(dāng)?shù)臅r候可以應(yīng)用干細(xì)胞庫的同種異體干細(xì)胞)以及BMP，成骨材料要求能夠充滿支架，自體骨髓基質(zhì)干細(xì)胞需要滲透成骨材料，BMP適量，表面覆蓋可吸收生物膜B1-guide膜，可吸收生物膜的大小以支架的長短為依據(jù)。
[0028]將軟組織縫合；完成成骨后進(jìn)行純鈦的人工牙根種植體植入，最后完成義齒修復(fù)。
【權(quán)利要求】
1.修復(fù)一側(cè)下頜骨缺損超過4顆牙位的個性化支架，其特征在于所述個性化支架包括由鈦金屬制成的支架本體，其上包括成骨材料羥基磷灰石、自體骨髓基質(zhì)干細(xì)胞和BMP，表面覆蓋B1-guide膜，所述支架本體為與健康側(cè)的骨骼外形鏡像對稱的外形，內(nèi)部為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部連通孔間通孔的中心距范圍為1-lOmm，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的靠近牙床部分的內(nèi)部連通孔間通孔的中心距范圍為l_6mm，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)離牙床部分的內(nèi)部連通孔間通孔的中心距范圍為6-10mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修復(fù)一側(cè)下頜骨缺損超過4顆牙位的個性化支架，其特征在于所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以笛卡爾正交桁架結(jié)構(gòu)作為個性化支架內(nèi)部聯(lián)通的基本單元。
【文檔編號】A61F2/28GK204033541SQ201320375938
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月27日
【發(fā)明者】徐娟, 胡敏, 譚新穎, 劉昌奎 申請人:中國人民解放軍總醫(yī)院