CN103393486B - 利用3d打印制备待修补颅骨骨瓣的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用3D打印制备待修补颅骨骨瓣的方法，该方法通过对待修补颅骨缺损处的原骨瓣进行三维扫描，获取所述原骨瓣实物表面点的三维数据；生成与所述原骨瓣一致的颅骨骨瓣三维模型，在模型上开8~16个引流孔并沿颅骨骨瓣三维模型的周向均匀布置多个突出于颅骨骨瓣边缘的突片；再以医用光敏树脂为原料，用3D打印机打印得到医用树脂骨瓣；最后使用自攻螺钉将医用树脂骨瓣与待修补颅骨固定。采用本发明方法可以制备与患者的颅骨缺损窗高度嵌合的医用树脂骨瓣，术中不需二次塑型，缩短手术时间。医用树脂骨瓣质轻、坚固、抗冲击力能力优秀、导热性能小、隔热保温、减少头部术后的不适感。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备修补用颅骨骨瓣的方法，具体地指利用3D打印制备待修补颅骨骨瓣的方法。
背景技术
各种原因导致的颅骨缺损在临床十分常见，特别是在重型颅脑创伤的救治中，各国的颅脑创伤救治指南都推荐以标准化去颅骨大骨瓣减压结合颅内血肿清除为首选治疗方法，因为移除颅骨骨瓣后能够非常有效的降低颅内压力，以减少对脑干生命中枢的压迫，挽救患者的生命。故而在大量的重型颅脑创伤患者手术救治后，临床上将会遗留很多的颅骨缺损的患者。
虽然移除颅骨骨瓣可以在当时达到降低颅内压挽救患者生命的目的，但在患者颅脑创伤治愈后，由于颅骨局部失去骨瓣的支撑，颅腔内压力不均，尤其是颅骨缺损侧脑脊液循环紊乱并脑血流灌注下降，可导致大脑代谢紊乱造成潜在的脑组织功能损害。如果是大面积颅骨缺损还可能打破颅内原有的生理平衡，容易造成脑组织变形、移位，脑室扩大，脑实质内的水分流向紊乱，影响脑脊液的产生、吸收及循环，从而形成外伤性脑积水、脑膨出等并发症。由于颅骨缺损，脑组织失去了颅骨的坚强保护，患者头部极易再次因为极小的外部创伤而导致严重的脑组织受损，所以颅骨缺损患者在日常生活中需极其小心谨慎，以避免再次损伤脑部。且由于颅骨缺损，患者头颅局部会出现凹陷，畸形，严重影响患者面貌外观，易导致患者（特别是女性患者）产生自卑自闭的心理，这些都将对患者恢复正常的生活工作带来诸多的不便。故而，对颅骨缺损患者进行颅骨修补成形术是非常重要的，这已成为神经外科医生的共识。因为其不仅能有效的改善颅骨缺损导致的临床症状及治疗并发症，还可帮助患者恢复信心，融入到正常的生活和工作中去。
目前在颅骨修补术中，临床应用最多的颅骨修补材料为钛合金网板。常规做法为，将钛合金网板拗成稍大于颅骨缺损处的形状，然后通过钛钉固定在颅骨上。钛合金网板具有无毒、致炎及致敏性低、生物相容性好、耐腐蚀性等优点，但是，还存在如下不足：
1）钛合金网板通过在颅骨修补手术中以手工拗制，或手术前机械冲压制成，实际上，和缺损处原有的骨瓣形状通常存在差异，和人脑的形状并不是最匹配的。
2）钛合金网板不够坚固、抗冲击力小、导热高、隔热和保温性能差、且原料价格高、制备工艺复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有颅骨修补方法中利用钛合金网板制作的修补用颅骨骨瓣和原骨瓣有差异，且强度不够、保温性不佳、成本高的缺陷，提供一种成本低，效果好的利用3D打印制备待修补颅骨骨瓣的方法。
为实现上述目的，本发明所设计的利用3D打印制备待修补颅骨骨瓣的方法，包括步骤如下：
1）对待修补颅骨缺损处的原骨瓣进行三维扫描，获取所述原骨瓣实物表面点的三维数据；
2）通过3D逆向工程软件对所获三维数据进行处理，生成与所述原骨瓣一致的精确的颅骨骨瓣三维模型；
3）在颅骨骨瓣三维模型上虚拟开设多个用于导出硬膜外积液的引流孔；
4）沿颅骨骨瓣三维模型的周向均匀设计多个用以与待修补颅骨固定连接的突片，所述突片上开设有可拧入自攻螺钉的锁定孔，保存构建好的颅骨骨瓣三维模型数据；
5）将所述颅骨骨瓣三维模型数据导入3D打印机，以医用光敏树脂为原料打印成型，得到可固定在待修补颅骨缺损处的医用树脂骨瓣。
优选地，所述步骤1）中，采用照相式3D扫描仪对待修补颅骨缺损处的原骨瓣进行三维扫描。
优选地，所述步骤1）中，先将原骨瓣浸泡于10%福尔马林溶液中处理2~4小时，清水漂洗3~5遍后，刮尽原骨瓣表面附着的结缔组织，然后进行三维扫描。
优选地，所述步骤1）中，将经过清洗和刮尽表面附着结缔组织的原骨瓣置于干燥箱中，50~60℃烘焙6~8小时后，取出室温长期保存，在日后任意需要时段进行三维扫描。
优选地，所述步骤3）中，引流孔均匀开设有8~16个。
优选地，所述步骤3）中，引流孔距离颅骨骨瓣边缘2cm以上，其孔径为0.35~0.5cm。
优选地，所述步骤3）中，引流孔的中轴线与颅骨骨瓣外表面上该引流孔端口处的切面呈40~50º角。引流孔的设计除了需要有好的引流效果，还要尽量避免引流孔带来的问题，主要是是避免引流孔阻塞以及锐性物品经引流孔直接刺入颅内导致的脑组织的意外损伤。研究发现，40~50º倾角的引流效果最好，不仅不易堵塞，且可防止锐性物品的直接刺入，能在保证引流效果的前提下将引流孔径尽量的设计小。
优选地，所述步骤4）中，突片伸出其所在处颅骨骨瓣边缘，且突片下表面高出其所在处颅骨骨瓣下边缘。
更优选地，所述步骤4）中，突片伸出其所在处颅骨骨瓣边缘0.8~1.0cm，且突片下表面高出其所在处颅骨骨瓣下边缘0.18~0.23cm。
本发明的有益效果：
1）精确：本发明构建的医用树脂骨瓣与患者手术中取下的原骨瓣高度一致，与患者的颅骨缺损窗高度嵌合，术中不需二次塑型，可简化手术过程，缩短手术时间，且外形美观。
2）安全：本发明构建的医用树脂骨瓣使用医用光敏树脂为原料，植入人体具有高度的安全性及可靠性，组织反应小，不产生组织排斥反应，在体内也不会引起电离反应，不会被组织吸收。且术后如有硬膜外积液，可通过医用树脂骨瓣上的引流孔渗入头皮下，被引流体外，有利于防止修补术后的硬膜外积液。
3）坚固：本发明制备的医用树脂骨瓣质轻，坚固，其抗冲击力能力远胜于目前临床常用的钛合金修补材料，且植入人体后，成纤维细胞可以长入医用树脂骨瓣上的引流孔中，日久后使修补材料与头皮与脑硬膜外组织3层融为一体更加坚固。
4）舒适：本发明制备的医用树脂骨瓣导热性能小，能有效的隔热保温，减少头部术后的不适感。
5）高效：构建此类补片耗时短，效率高，制备全过程仅需8小时左右。
6）经济：构建此类补片价格低，仅为临床常用的钛合金修补材料的价格1/4至1/5。
附图说明
图1为采用本发明方法打印制备的医用树脂骨瓣的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
利用3D打印制备待修补颅骨骨瓣的方法，其步骤如下：
1）应用照相式3D扫描仪对待修补颅骨缺损处的原骨瓣进行三维扫描，获取所述原骨瓣实物表面点的三维数据；
原骨瓣在扫描前需要经过初步处理，将患者手术中取下的原骨瓣浸泡于10%福尔马林溶液中处理4小时，清水漂洗3遍后，刮尽颅骨骨瓣表面附着的结缔组织即可供下步扫描使用。也可将清洗后的原颅骨骨瓣放入干燥箱中，60℃烘焙6小时后，可室温放置长期保持，以备日后扫描使用。
2）通过3D逆向工程软件Geomagic Design X（3D Systems公司，美国）对所获三维数据进行处理，生成与所述原骨瓣一致的精确的颅骨骨瓣三维模型；
Geomagic Design X能以原骨瓣的三维扫描数据为基础直接创建颅骨骨瓣的初步CAD三维数字模型，在对骨瓣实物扫描测量数据与CAD三维重建数据进行对比评估及误差检测后生成与扫描实物原形一致的精确颅骨骨瓣CAD三维模型。
3）如图1所示，通过计算机辅助设计及制造一体化软件UG Imageware在颅骨骨瓣CAD三维模型上虚拟开孔，根据骨瓣的大小，在骨瓣的三维模型上开8~16个直径0.4cm贯穿颅骨骨瓣的用于导出硬膜外积液的引流孔2，引流孔2和颅骨骨瓣外表面上该引流孔2端口处的切面呈45º角，距离颅骨骨瓣边缘2cm以上。
4）沿颅骨骨瓣三维模型的周向均匀设计多个用以与待修补颅骨固定连接的突片3，突片3上开设有可拧入自攻螺钉的锁定孔4，突片3伸出其所在处颅骨骨瓣边缘0.8cm，突片3下表面高出其所在处颅骨骨瓣下边缘0.2cm，在突片3中心有2个直径0.2cm的锁定孔4。
将构建好的颅骨骨瓣三维模型以3D打印机可接受的STL数据格式保存。
5）将STL数据导入3D打印机，然后以医用光敏树脂为原料打印成型，得到可固定在待修补颅骨缺损处的医用树脂骨瓣1；
将构建好的颅骨骨瓣三维重建模型数据文件导入3D打印机（CASLA-350，中科院广州电子技术有限公司生产），通过CAD三维模型的分层数据控制激光束扫描固化医用光敏树脂，而后堆积成为与原骨瓣外形一致的医用树脂骨瓣1。医用光敏树脂为DSM SOMOS WaterShed® XC11122医用光敏树脂（DSM公司，比利时），XC11122已通过ISO 10993生物相容性测试，并在全球医疗设备领域被广泛的接受。
上述方法制得的医用树脂骨瓣1的使用过程为：待患者颅骨修补手术时，将医用树脂骨瓣1嵌入待修补颅骨的缺损处，在突片3的锁定孔4中拧入自攻螺钉，将医用树脂骨瓣1与待修补颅骨固定即可。
Claims (8)
1.一种利用3D打印制备待修补颅骨骨瓣的方法，其特征在于：该方法包括步骤如下：
1)对待修补颅骨缺损处的原骨瓣进行三维扫描，获取所述原骨瓣实物表面点的三维数据；
2)通过3D逆向工程软件对所获三维数据进行处理，生成与所述原骨瓣一致的精确的颅骨骨瓣三维模型；
3)在颅骨骨瓣三维模型上虚拟开设多个用于导出硬膜外积液的引流孔；所述引流孔的中轴线与颅骨骨瓣外表面上该引流孔端口处的切面呈40～50°角；
4)沿颅骨骨瓣三维模型的周向均匀设计多个用以与待修补颅骨固定连接的突片，所述突片上开设有可拧入自攻螺钉的锁定孔，保存构建好的颅骨骨瓣三维模型数据；
5)将所述颅骨骨瓣三维模型数据导入3D打印机，以医用光敏树脂为原料打印成型，得到可固定在待修补颅骨缺损处的医用树脂骨瓣。
2.根据权利要求1所述利用3D打印制备待修补颅骨骨瓣的方法，其特征在于：所述步骤1)中，采用照相式3D扫描仪对待修补颅骨缺损处的原骨瓣进行三维扫描。
3.根据权利要求1所述利用3D打印制备待修补颅骨骨瓣的方法，其特征在于：所述步骤1)中，先将原骨瓣浸泡于10％福尔马林溶液中处理2～4小时，清水漂洗3～5遍后，刮尽原骨瓣表面附着的结缔组织，然后进行三维扫描。
4.根据权利要求3所述利用3D打印制备待修补颅骨骨瓣的方法，其特征在于：所述步骤1)中，将经过清洗和刮尽表面附着结缔组织的原骨瓣置于干燥箱中，50～60℃烘焙6～8小时后，取出室温长期保存，在日后任意需要时段进行三维扫描。
5.根据权利要求1～4中任一项所述利用3D打印制备待修补颅骨骨瓣的方法，其特征在于：所述步骤3)中，引流孔均匀开设有8～16个。
6.根据权利要求1～4中任一项所述利用3D打印制备待修补颅骨骨瓣的方法，其特征在于：所述步骤3)中，引流孔距离颅骨骨瓣边缘2cm以上，其孔径为0.35～0.5cm。
7.根据权利要求1～4中任一项所述利用3D打印制备待修补颅骨骨瓣的方法，其特征在于：所述步骤4)中，突片伸出其所在处颅骨骨瓣边缘，且突片下表面高出其所在处颅骨骨瓣下边缘。
8.根据权利要求7所述利用3D打印制备待修补颅骨骨瓣的方法，其特征在于：所述步骤4)中，突片伸出其所在处颅骨骨瓣边缘0.8～1.0cm，且突片下表面高出其所在处颅骨骨瓣下边缘0.18～0.23cm。
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