CN105536047A - 一种颅骨修复材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种人工颅骨修复材料，其属于骨科修补材料的技术领域。本发明公开的人工颅骨修复材料的各组分的重量份比组成为：骨水泥15~29份、三维钛网11~35份、聚乳酸类复合材料甲壳素11~17份和聚醚醚酮树脂15~21份。本发明还提供了上述人工颅骨修复材料的制备方法，采用3D打印技术，可以快速地制备得到所需弧度的颅骨结构。本发明所提供的上述重量份比组成的颅骨修补材料经3D打印技术制备任何所需弧度的颅骨假体，具有很好生物相容性、集中骨水泥、三维钛网等材料的优点、成本低，有效地克服了常用的颅骨修复材料在机械性能、工艺加工性能以及吻合性方面的不足同时临床应用的副作用明显减少。

Description

一种颅骨修复材料及其制备方法
技术领域
本发明公开一种人工颅骨修复材料及其制备方法，属于骨科修补材料的技术领域。
背景技术
颅骨修补术是针对脑外伤及开颅手术等导致颅骨缺损而对其进行修补的一种脑外科常见的手术。颅骨修复手术主要是解决缺损区没有对脑组织的有效保护、供血障碍、脑脊液循环异常等问题，还需要解决外形修复整形的问题。
目前，颅骨修复手术通常采用自体颅骨瓣颅骨修复、金属代用品修复、CT三维。但是对于采用怎样的修复材料是修复手术的关键问题。
现在医学上常用钛网制作颅骨修复假体，钛网虽然具有组织相容性好的特点，但强度和硬度均低于颅骨组织，耐冲击时产生塑性变形。钛网边缘锋利容易刺破皮肤而暴露出来，引起皮肤感染。而且金属物质的存在，存在心理障碍，并且影响进一步的MRI等影像学检查(MRI存在磁性，对于缺损金属重建材料存在弊端)，这些缺点都是钛网颅骨修复难以克服的缺点，严重影响了修复效果。三维立体钛网，网面设计易于塑性，其极性塑性效果适合于各部位颅面缺损。二维普通钛网具有良好的机械强度、贴紧植入面。
铸造和模具压制在修复假体质量上有所提高，但制造周期长、成本高柔性差，以目前的制备手段很难保证一次手术完成清创和修补。而压痕、起皱、回弹和边缘翘曲是多点成形中特有的成形缺陷，压痕和起皱影响颅骨修复体的外形美观，回弹会使修复体尺寸与骨窗尺寸不吻合，导致修复体塌陷或固定松动。边缘翘曲会使使修复体与骨窗不能良好贴合，影响修复质量。
当颅骨缺损超过3cm，就可以产生临床症状。修补术后可使静脉回流加快。脑脊液循环速度增加1倍。术后可以松解皮瓣与硬脑膜及骨窗边缘的连接，接触其对脑表面血管的牵拉、扭曲、压迫。颅骨成形术对改善脑神经功能具有重大意义，并且儿童修补还需要适应颅骨生长、不变形、不感染等。所以，颅骨修补材料成为颅骨成形术中的关键，修补材料的生物相容性直接关系到患者局部脑组织的血流动力学改善，促进神经功能的恢复。
目前，已经有不同的材料应用至临床，均存在不同程度的弊端，寻找一种理想的颅骨缺损修补材料，是预防颅骨缺损修补术后发生各种并发症的关键。
自身骨最符合生理要求，免去了排斥反应。一般用病人自身的肋骨、髂骨或颅骨。即即骨有即内及即外两种保存方式。即内保存及即外深低温(-80~-70℃)保存的颅骨植入后，骨瓣与骨窗缘呈骨性愈合，效果确切，已得到证实。利用即即骨的优点：除不需另取材料塑形、保持原有颅形外，几乎无头皮反应性水肿和皮下积液，并有骨性愈合之可能，如头颅生长，修补部也不会变形、不缩小，弧度符合头部生理，保证了再植成功与美观效果，尤其适用于儿童。利用即即骨微粒修复颅骨缺损,植入骨微粒后愈合良好,即即骨因其组织来源一致，具有完整的骨质结构以及转导、诱导成骨潜能，这是即性转导成骨生物材料和其他合成材料所无法比拟的，因此成为颅骨缺损中安全可靠的修补材料。上述自身骨具有以下缺点：须开辟第二术区、骨来源收到限制、增加一次手术、移植物可被吸收、并会对骨组织造成不同程度的损伤，增加病人痛苦且整形效果较差、外形欠佳；手术创伤大，骨片来源受限、尤其是塑性欠佳，使其临床收到极大的限制。
热凝树脂材料，具有质轻、绝缘、耐化学腐蚀、易加工成形等特点，并且还具有优良的理化、机械、工艺和生物性能而被广泛应用。
医用硅胶经模压和高温高压硫化处理后成型，其特点是具有足够的强度和韧性，不易变形、隔热绝缘，可承受一定的冲击力、术中修剪塑性简便快捷，对CT、MRI、EEG均无干扰。
骨水泥有较强的固着能力，其坚韧度相当于颅骨本身。骨水泥的优点是：塑性快、植入物不易塌陷；抗压力、抗冲击；韧性和隔温防寒性能良好。其缺点是：生物惰性材料，长期植入人体后其与骨组织之间界面清晰，骨水泥即凝时散热损伤脑组织；骨水泥使用后对血液动力学的影响显著、虚严密观察。
发明内容
本发明提供一种易制作、成本低且生物相容性好的人工颅骨修复材料。
本发明的人工颅骨修复材料的组分为：骨水泥、三维钛网、聚乳酸类复合材料甲壳素和
聚醚醚酮树脂。
上述人工颅骨修复材料中各组分的重量份比组成为：骨水泥15~29份、三维钛网11~35份、聚乳酸类复合材料甲壳素11~17份和聚醚醚酮树脂15~21份。
具体地，上述人工颅骨修复材料的各组分重量份组成为：骨水泥17~25份、三维钛网19~30份、聚乳酸类复合材料甲壳素12~16份和聚醚醚酮树脂17~20份。
具体地，上述人工颅骨修复材料的各组分重量份组成为：骨水泥18~22份、三维钛网20~27份、聚乳酸类复合材料甲壳素15份和聚醚醚酮树脂18份。
具体地，上述人工颅骨修复材料的各组分重量份组成为：骨水泥20份、三维钛网25份、聚乳酸类复合材料甲壳素15份和聚醚醚酮树脂18份。
由上述组分重量份组成的人工颅骨修复材料的具体制作时利用3D打印技术制作人工颅骨修复假体的制备方法，
3D打印技术用于颅骨缺损患者的外形美观、吻合性良好、合并症少的人工颅骨修复假体的制备。其具体是根据CT及MRI影像技术三维重建，模拟出颅骨缺损的大小及曲面参数，制作三维实体模具。利用3D打印技术进行人工制作颅骨实现患者颅骨的修复重建，克服了常用的颅骨修复材料在塑性、强度、工艺、吻合性等方面的缺陷，以制作出颅骨缺损修补实物。
本发明还提供了上述人工颅骨修复材料制备人工颅骨修复假体的方法，将上述重量份组成的人工颅骨假体材料在3D打印技术下，可以快速地制备得到所需弧度的颅骨结构，制备得到颅骨的硬度与患者自身的颅骨硬度相当。
上述骨水泥即为PVP，化学名称为聚乙烯吡咯烷酮，是性能优异、用途广泛的水溶性高分子化合物。骨水泥主要成分为甲基丙烯酸甲醋与丙烯酸丁醋共同聚合。
钛网的主要成分是钛，还含有少量的铁、碳、氧、氮及氢，抗拉强度为314MPa，其具有低密度、质轻、高强度、良好的生物组织相容性和耐腐蚀性。钛网植入人体后，成纤维细胞可以长入钛网的微孔，使钛网与组织融为一体，且有钙化和骨化趋势，不影响头颅X射线和脑电图检查，手感良好，均匀美观。三维钛网是立体材料，具有易塑形，韧性强等优点。
上述聚乳酸类复合材料甲壳素(CHI)/PLA，既具有良好的骨传导性又具有良好的骨诱导性，珍珠层是珍珠贝科或蚌科动物的贝壳内层，主要成分为文石型碳酸钙，含有微量蛋白质和金属元素，它具有良好的生物相容性，可以诱导人成骨细胞繁殖、分化，是一种理想的生物源性成骨材料，也是构建组织工程骨的良好支架材料。
上述聚醚醚酮树脂(PEEK)具有较好的生物相容性。聚醚醚酮是一类半结晶高分子材料，熔点334℃、软化点168℃、拉伸强度132~148MPa。医疗器械聚醚醚酮可在134℃下经受3000次循环高压灭菌，PEEK无毒、质轻、耐腐蚀，是人体骨骼最接近的材料。同时PEEK耐高温热性能十分突出，可在250℃下长期使用，瞬间使用温度可达300℃；其刚性大，尺寸稳定性，线胀系数较小。
对于上述制备人工颅骨结构时，首先由CT机采集头部断层图像，再将断层图像输入计算机中进行数据处理，在存放有通用图像处理软件的计算机将断层图形进行数据分析，重建头部缺损部位的三维修复体。
通过上述重量份的配比，最后制备得到的人工颅骨修复假体具有很好的生物相容性。上述配比组成的人工颅骨修复材料集中各自的优势，进而具有优异的特性。
本申请技术方案的优点：采用3D打印制作缺损颅骨的方法，有效地克服了常用的颅骨修复材料在机械性能、工艺加工性能以及吻合性方面的不足，避免了加工过程中产生压痕、起皱、回弹和边缘翘曲等成型缺陷，制作周期大大缩短，临床应用的副作用明显减少。
由上述组分组成的颅骨修补材料，具有可靠的物理屏障作用，防止硬膜外瘢痕粘连效果良好。本申请上述制备得到的材料具有生物相容性，不引起周围组织的炎性反应和异物排斥反应。
具体实施方式
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
实施例1
人工颅骨修复假体的组分组成为：骨水泥15重量份、三维钛网35重量份、聚乳酸类复合材料甲壳素15重量份和聚醚醚酮树脂18重量份。
实施例2
人工颅骨修复假体的组分组成为：骨水泥25重量份、三维钛网29重量份、聚乳酸类复合材料甲壳素13重量份和聚醚醚酮树脂15重量份。
实施例3
人工颅骨修复假体的组分组成为：骨水泥23重量份、三维钛网29重量份、聚乳酸类复合材料甲壳素14重量份和聚醚醚酮树脂16重量份。
实施例4
人工颅骨修复假体的组分组成为：骨水泥27重量份、三维钛网33重量份、聚乳酸类复合材料甲壳素13重量份和聚醚醚酮树脂18重量份。
由上述重量份组成的人工颅骨修复假体制备得到的颅骨材料的硬度与病患自身的骨质硬度相当，生物相容性很好，无任何安全隐患。同时采用3D打印技术可以完全制备符合需要弧度的颅骨结构。

Claims (6)

1.一种人工颅骨修复材料，其特征在于：其组成为：骨水泥、三维钛网、聚乳酸类复合材料甲壳素和聚醚醚酮树脂。
2.根据权利要求1所述的一种人工颅骨修复材料，其特征在于：所述各组分的重量份组成为：骨水泥15~29份、三维钛网11~35份、聚乳酸类复合材料甲壳素11~17份和聚醚醚酮树脂15~21份。
3.根据权利要求1所述的一种人工颅骨修复材料，其特征在于：所述各组分的重量份组成为：骨水泥17~25份、三维钛网19~30份、聚乳酸类复合材料甲壳素12~16份和聚醚醚酮树脂17~20份。
4.根据权利要求1所述的一种人工颅骨修复材料，其特征在于：所述各组分的重量份组成为：骨水泥18~22份、三维钛网20~27份、聚乳酸类复合材料甲壳素15份和聚醚醚酮树脂18份。
5.根据权利要求1所述的一种人工颅骨修复材料，其特征在于：所述各组分的重量份组成为：骨水泥20份、三维钛网25份、聚乳酸类复合材料甲壳素15份和聚醚醚酮树脂18份。
6.权利要求1所述的人工颅骨修复材料制作方法，其特征在于：利用3D打印技术制作人工颅骨修复假体。
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