CN105902292A

CN105902292A - 一种个性化动脉瘤夹的制备方法及动脉瘤夹

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Publication number: CN105902292A
Application number: CN201610349096.1A
Authority: CN
Inventors: 康德智; 余良宏; 詹泽丰; 范小敏; 袁玉宇
Original assignee: Guangzhou Jupu Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Maple regenerative medicine Polytron Technologies Inc
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2036-05-23
Also published as: CN105902292B

Abstract

本发明涉及一种个性化动脉瘤夹的制备方法及动脉瘤夹，所述制备方法包括以下步骤：S1.对动脉瘤进行三维重建获得动脉瘤模型；S2.根据所述动脉瘤模型中动脉瘤的形状、大小、位置和确定的手术入路，利用工程设计软件设计出动脉瘤夹的三维结构图形；S3.将所述三维结构图形导入3D打印设备中，使用3D打印技术制备相应的动脉瘤夹。本发明提供的方法是根据患者动脉瘤的实际情况对动脉瘤夹进行设计，使得制备的动脉瘤夹更契合患者的动脉瘤特征，因而更好地满足临床使用需求。

Description

一种个性化动脉瘤夹的制备方法及动脉瘤夹

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，更具体地，涉及一种个性化动脉瘤夹的制备方法及动脉瘤夹。

背景技术

颅内动脉瘤（intracranial aneurysm，IA）是因局部血管的异常改变而产生的脑血管瘤样突起。IA 破裂出血占自发性蛛网膜下腔出血的 80% 以上，其发病率、致残率和病死率均较高。颅内动脉的结构不同于颅外动脉，其由内皮细胞构成的内膜、平滑肌细胞构成的中膜和胶原纤维构成的外膜三层结构组成，其中发育良好的内弹力层将内膜与中膜分开，但缺乏外弹力层，或只能见到少量的弹力纤维散在于外膜与中膜之间。因此，IA 的形成可能与内弹力层结构改变有关。目前观点认为，内弹力层先天性缺损或者由后天因素（如动脉粥样硬化、血流动力学因素、炎症等）引起的内弹力膜退行性改变是 IA 形成的最主要因素。大量基础和临床研究提示，IA 通常发生在颅内血管分叉处或血管弯曲部，血液流经此处时形成冲击流等复杂血流模式，造成血管内皮细胞及其连接受损，炎症细胞和炎性物质等更易进入内皮下，进一步引起血管壁炎症和血管重塑失调。在血流冲击下，动脉分叉处的内皮细胞密度显著降低，因此血流冲击造成的内皮细胞变化可能是诱发 IA 形成的关键因素。

自发性蛛网膜下腔出血多为首发症状，约占80％～90％。常在劳累或激动时突然头痛、恶心、呕吐、颈项强直或部分意识障碍，经腰穿可见脑脊液为血性。因出血量的多少和动脉瘤位置的不同，可有特定性神经体征，如颈内动脉-后交通动脉瘤出血，可有同侧的动眼神经麻痹（眼睑下垂、眼球运动受限、瞳孔散大）；若出血量多形成巨大血肿，病人短时间内可以死亡。

目前在进行动脉瘤治疗时需要用到动脉瘤夹，现有的动脉瘤夹种类多，如图1、2、3所示，包括直角型、J型、弯曲刺刀型、有孔型、环型等，可以适用于不同情况下的动脉瘤。

虽然，越来越多不同形状、不同规格的动脉瘤夹被设计出来，能够满足更多动脉瘤夹闭手术的要求，但是其仍存在一定的局限性的。比如针对不同形状的动脉瘤，对应使用的J型、弯曲刺刀型动脉瘤夹的弧度、大小不同，弯曲刺刀的长度也不同。所以特定规格的动脉瘤夹在临床使用时，由于与患者的情况不贴合，使得其并不适合临床使用。

发明内容

本发明为解决以上现有技术的缺陷，提供了一种个性化动脉瘤夹的制备方法，该方法是根据患者动脉瘤的实际情况对动脉瘤夹进行设计，使得制备的动脉瘤夹更契合患者的动脉瘤特征，因而更好地满足临床使用需求。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种个性化动脉瘤夹的制备方法，所述制备方法包括：

S1. 对动脉瘤进行三维重建获得动脉瘤模型；

S2. 根据所述动脉瘤模型中动脉瘤的形状、大小、位置和确定的手术入路，利用工程设计软件设计出动脉瘤夹的三维结构图形；

S3. 将所述三维结构图形导入3D打印设备中，使用3D打印技术制备相应的动脉瘤夹。

优选地，所述步骤S1是利用CT血管造影术（CT angiography，CTA）扫描病患处，获得影像资料，再基于影像资料使用软件对动脉瘤进行三维重建。

优选地，所述S1中的三维重建包括以下步骤：

S11.把CTA薄层扫描的dicom格式数据文件导入mimics软件中，获取图像；

S12.确定图像的上下左右方位，然后依据动脉瘤所在的组织对图像的灰度值进行选择，动脉瘤和载瘤血管的灰度值在图像的灰度值范围内；

S13.对选取了特定灰度值的mask进行计算，并向三维模型转换，完成动脉瘤的三维重建。

优选地，所述步骤S2中设计动脉瘤夹三维结构图形的具体过程包括：

S21.对动脉瘤模型的直径、长度、弧度和方向进行测量，在mimics软件上对重建好的动脉瘤瘤颈处，勾画一根与瘤颈弧度、长度、方向均吻合的曲状线，作为设计动脉瘤夹的模子，导出STL格式文件；

S22.根据对动脉瘤三维模型的直径、长度、弧度和方向的测量结果，采用工程设计软件进行动脉瘤夹前段交合部分的设计；

S23.对动脉瘤模型进行评估，根据临床夹闭动脉瘤方式，确定动脉瘤夹弹簧圈部分与动脉瘤夹前段交合部分形成的夹角，同时依据动脉瘤的大小和位置，进行动脉瘤夹弹簧圈部分的设计；

S24.把从mimics导出的动脉瘤夹的模子STL格式文件导入所述工程设计软件中，将S22中设计的动脉瘤夹前段交合部分和S23中设计的动脉瘤夹弹簧圈部分进行配准融合，得到设计的动脉瘤夹；

S25.将设计的动脉瘤夹匹配到动脉瘤夹的模子上，若设计的动脉瘤夹和动脉瘤夹的模子在直径、弧度、长度和方向上完全匹配，则把设计好的动脉瘤夹导出STL格式，得到动脉瘤夹的三维结构图形；若设计的动脉瘤夹和动脉瘤夹的模子不完全匹配，则进行微调修改直至两者完全匹配。

其中所述动脉瘤夹弹簧圈部分，是指动脉瘤夹中除了交合部分之外的部分，包括弹簧圈和夹臂。本发明的个性化动脉瘤夹，可以根据预先确定的临床夹闭动脉瘤的方式，确定弹簧圈部分的开设方向，使得动脉瘤夹更符合患者的实际情况与临床使用需求，避免了特定规格的动脉瘤夹在临床使用时与患者的情况不符的情形。

S23中，所述根据临床夹闭动脉瘤方式，确定动脉瘤夹弹簧圈部分与动脉瘤夹前段交合部分形成的夹角，是通过临床夹闭动脉瘤方式确定动脉瘤夹弹簧圈部分与动脉瘤夹前段交合部分形成的夹角的角度，以及夹角的三维空间的方向。

优选地，所述个性化动脉瘤夹的制备方法中S3具体包括以下步骤：

S31.把设计好的动脉瘤夹的三维结构图形导入3D打印设备中，设置打印参数；

S32.依据设置好的打印参数，利用激光烧结、激光熔解凝结或电子束熔解凝结等方式进行3D打印成型，得到个性化动脉瘤夹。

优选地，所述利用激光熔解凝结方式进行3D打印成型，包括如下步骤：

在3D打印设备的底部铺上钛合金粉末，打开激光源，用带有激光的打印头将钛合金粉末熔解，冷却凝结成型；打印结束后将未凝结的钛合金粉末吹出，然后将打印好的动脉瘤夹取出并清洁。

优选地，打印结束后，使用气流将未凝结的钛合金粉末吹出；将打印好的动脉瘤夹取出并用注射用水冲洗，然后将其烘干。

本发明优选采用激光照射熔解，冷却凝结的成型方式，但不限于此成型方式，也可通过电子束熔解，冷却凝结或激光烧结方式等成型。

进一步地，所述个性化动脉瘤夹的制备方法还包括对制得的个性化动脉瘤夹进行包装及灭菌的步骤。

同时本发明还提供了一种动脉瘤夹，这种动脉瘤夹是使用以上制备方法制备而得的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的制备方法根据患者动脉瘤的实际情况对动脉瘤夹进行设计，一方面可以解决现有动脉瘤夹在尺寸、弧度、形状、大小上的不足，制备出更符合实际临床使用需求的动脉瘤夹；另一方面，对于比较复杂的动脉瘤，现有的动脉瘤夹无法满足使用或需多个动脉瘤夹配合使用，而不同动脉瘤夹同时使用时，会相互影响，且使用多个动脉瘤夹也会增加手术的难度，延长手术的时间，本发明提供的制备方法是根据患者的情况进行设计的，在手术中使用将更贴合、更准确、更有效、更便利。

附图说明

图1（a）、（b）分别为直角型和J型的动脉瘤夹的结构示意图。

图2（a）、（b）分别为弯曲刺刀型和有孔型的动脉瘤夹的结构示意图。

图3为环型的动脉瘤夹的结构示意图。

图4为动脉瘤夹的交合部分与弹簧圈部分所成的角度的示意图。

图5为实施例1患者动脉瘤的三维结构。

图6为实施例1动脉瘤原始正常弧度的示意图。

图7为实施例1动脉瘤夹的设计样式图。

图8为实施例2患者动脉瘤的三维结构。

图9为实施例2动脉瘤原始正常弧度的示意图。

图10为实施例2动脉瘤夹的设计样式图。

图11为实施例3患者动脉瘤的三维结构。

图12为实施例3动脉瘤原始正常弧度的示意图。

图13为实施例3动脉瘤夹的设计样式图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

如图5（左图）所示，患者的颈内动脉段有一个动脉瘤，针对于此患者的情况，本发明提供的个性化动脉瘤夹的制备方法如下：

1）在医院采用CT血管造影术（CTA），扫描患者血管动脉瘤的影像资料信息并储存。

2）把CTA薄层扫描的dicom格式数据文件导入mimics软件中，获取图像；定位图像的上下左右方位，即ATRL四个方位选取；然后选取图像灰度，根据所需的组织进行灰度范围的选择，灰度值范围需要包含动脉瘤和载瘤血管在内；对选取了特定灰度值的mask进行计算，向三维模型转换，完成动脉瘤的三维重建，模拟出患者动脉瘤的三维结构，如图5（右图）所示。

3）对动脉瘤三维模型的直径、长度、弧度、方向进行测量，在mimics软件上对重建好的动脉瘤瘤颈处，勾画一根与瘤颈弧度、长度、方向均吻合的曲状线，作为设计动脉瘤夹的模子，导出STL格式，如图6所示。

4）根据对动脉瘤三维模型的直径、长度、弧度和方向的测量结果，采用工程设计软件pro/E进行动脉瘤夹前段交合部分的设计。

5）对动脉瘤模型进行评估，与临床医生沟通确定手术入路，行左侧额颞顶开颅颈内动脉瘤夹闭术。根据临床夹闭动脉瘤方式，确定动脉瘤夹弹簧圈部分与动脉瘤夹前段交合部分形成的夹角的角度α及三维空间方向，如图4所示。同时依据动脉瘤的大小和所在位置，进行弹簧圈部分的设计。

6）把从mimics导出的模子STL格式文件导入所述pro/E中，通过将设计好的夹子前段交合部分和弹簧圈部分进行配准融合，得到设计好的动脉瘤夹。

7）将设计好的动脉瘤夹匹配到动脉瘤夹的模子上，若设计的动脉瘤夹和动脉瘤夹的模子在直径、弧度、长度和方向上完全匹配，则为所需的动脉瘤夹，把设计好的动脉瘤夹导出STL格式，从而得到动脉瘤夹的三维结构图形，如图7所示；若设计的夹子和模子不完全匹配，则进行微调修改直至两者完全匹配。

8）打开3D打印设备控制电脑，将设计好的动脉瘤夹三维图形导入3D打印设备中，设定好打印参数。

9）在3D打印设备的底部铺上一层0.1~0.5mm厚的钛合金粉末，打开激光源，用带有激光的打印头，按照控制电脑输出的路径，将钛合金粉末熔解，冷却凝结成型。

10）再铺上一层钛合金粉末，带有激光的打印头，按照控制电脑输出的路径，将钛合金粉末熔解、冷却凝结成型。就这样逐层将钛合金粉末凝结成型。

11）用气流将未凝结的钛合金粉末吹出，并收集重复利用。

12）用注射用水冲洗打印好的动脉瘤夹，然后将动脉瘤夹在40~60℃条件下烘干。

13）包装并灭菌动脉瘤夹。

实施例2

本实施例是一位前交通动脉瘤患者，针对于此患者的情况，本发明提供的个性化动脉瘤夹的制备方法流程如下：

2）把CTA薄层扫描的dicom格式数据文件导入mimics软件中，获取图像；定位图像的上下左右方位，即ATRL四个方位选取；然后选取图像灰度，根据所需的组织进行灰度范围的选择，灰度值范围需要包含动脉瘤和载瘤血管在内；对选取了特定灰度值的mask进行计算，向三维模型转换，完成动脉瘤的三维重建，模拟出患者动脉瘤的三维结构，如图8所示。

3）对动脉瘤三维模型的直径、长度、弧度、方向进行测量，在mimics软件上对重建好的动脉瘤瘤颈处，勾画一根与瘤颈弧度、长度、方向均吻合的曲状线，作为设计动脉瘤夹的模子，导出STL格式，如图9所示。

4）根据对动脉瘤三维模型的直径、长度、弧度和方向的测量结果，采用工程设计软件Solidworks进行动脉瘤夹前段交合部分的设计。

5）对动脉瘤模型进行评估，与临床医生沟通确定手术入路，行左额外侧锁孔入路开颅动脉瘤夹闭术。根据临床夹闭动脉瘤方式，确定动脉瘤夹弹簧圈部分与动脉瘤夹前段交合部分形成的夹角，同时依据动脉瘤的大小和所在位置，进行弹簧圈部分的设计。

6）把从mimics导出的模子STL格式文件导入Solidworks中，通过将设计好的夹子前段交合部分和弹簧圈部分进行配准融合，得到设计好的动脉瘤夹。

7）将设计好的动脉瘤夹匹配到动脉瘤夹的模子上，若设计的动脉瘤夹和动脉瘤夹的模子在直径、弧度、长度和方向上完全匹配，则为所需的动脉瘤夹，把设计好的动脉瘤夹导出STL格式，从而得到动脉瘤夹的三维结构图形，如图10所示；若设计的夹子和模子不完全匹配，则进行微调修改直至两者完全匹配。

9）在3D打印设备的底部铺上一层0.1~0.5mm厚的钛合金粉末，打开电子束，用带有电子束的打印头，按照控制电脑输出的路径，将钛合金粉末熔解、冷却凝结成型。

10）再铺上一层钛合金粉末，带有电子束的打印头，按照控制电脑输出的路径，将钛合金粉末熔解，冷却凝结成型。就这样逐层将钛合金粉末凝结成型。

11）用气流将未凝结的钛合金粉末吹出，并收集重复利用。

12）用注射用水冲洗打印好的动脉瘤夹，然后将其在40~60℃条件下烘干。

13）包装并灭菌动脉瘤夹。

实施例3

患者颈内动脉段长有一个动脉瘤，针对于此患者的情况，本发明提供的制备方法的流程如下：

2）把CTA薄层扫描的dicom格式数据文件导入mimics软件中，获取图像；定位图像的上下左右方位，即ATRL四个方位选取；然后选取图像灰度，根据所需的组织进行灰度范围的选择，灰度值范围需要包含动脉瘤和载瘤血管在内；对选取了特定灰度值的mask进行计算，向三维模型转换，完成动脉瘤的三维重建，模拟出患者动脉瘤的三维结构，如图11所示。

3）对动脉瘤三维模型的直径、长度、弧度、方向进行测量，在mimics软件上对重建好的动脉瘤瘤颈处，勾画一根与瘤颈弧度、长度、方向均吻合的曲状线，作为设计动脉瘤夹的模子，导出STL格式，如图12所示。

4）根据对动脉瘤三维模型的直径、长度、弧度和方向的测量结果，采用工程设计软件UG进行动脉瘤夹前段交合部分的设计。

5）对动脉瘤模型进行评估，与临床医生沟通确定手术入路，行右侧侧额颞顶开颅颈内动脉瘤夹闭术。根据临床夹闭动脉瘤方式，确定动脉瘤夹弹簧圈部分与动脉瘤夹前段交合部分形成的夹角，同时依据动脉瘤的大小和所在位置，进行弹簧圈部分的设计。

6）把从mimics导出的模子STL格式文件导入UG软件中，通过将设计好的夹子前段交合部分和弹簧圈部分进行配准融合，得到设计好的动脉瘤夹。

7）将设计好的动脉瘤夹匹配到动脉瘤夹的模子上，若设计的动脉瘤夹和动脉瘤夹的模子在直径、弧度、长度和方向上完全匹配，则为所需的动脉瘤夹，把设计好的动脉瘤夹导出STL格式，从而得到动脉瘤夹的三维结构图形，如图13所示；若设计的夹子和模子不完全匹配，则进行微调修改直至两者完全匹配。

9）在3D打印设备的底部铺上一层0.1~0.5mm厚的钛合金粉末，打开激光源，用带有激光的打印头，按照控制电脑输出的路径，将钛合金粉末烧结成型。

10）再铺上一层钛合金粉末，带有激光的打印头，按照控制电脑输出的路径，将钛合金粉末烧结成型。就这样逐层将钛合金粉末烧结成型。

11）用气流将未烧结的钛合金粉末吹出，并收集重复利用。

12）用注射用水冲洗打印好的动脉瘤夹，然后将其在40~60度℃条件下烘干。

13）包装并灭菌动脉瘤夹。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种个性化动脉瘤夹的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

S1. 对动脉瘤进行三维重建获得动脉瘤模型；

S3.将所述三维结构图形导入3D打印设备中，使用3D打印技术制备相应的动脉瘤夹。

2.根据权利要求1所述的个性化动脉瘤夹的制备方法，其特征在于：所述步骤S1是利用CT血管造影术扫描病患处，获得影像资料，再基于影像资料使用软件对动脉瘤进行三维重建。

3.根据权利要求2所述的个性化动脉瘤夹的制备方法，其特征在于，所述S1中的三维重建包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的个性化动脉瘤夹的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中设计动脉瘤夹三维结构图形的具体过程包括：

S25.将设计的动脉瘤夹匹配到所述动脉瘤夹的模子上，若设计的动脉瘤夹和动脉瘤夹的模子在直径、弧度、长度和方向上完全匹配，则把设计好的动脉瘤夹导出STL格式，得到动脉瘤夹的三维结构图形；若设计的动脉瘤夹和动脉瘤夹的模子不完全匹配，则进行微调修改直至两者完全匹配。

5.根据权利要求1所述的个性化动脉瘤夹的制备方法，其特征在于，所述个性化动脉瘤夹的制备方法中S3具体包括以下步骤：

S32.依据设置好的打印参数，利用激光烧结、激光熔解凝结或电子束熔解凝结的方式进行3D打印成型，得到个性化动脉瘤夹。

6.根据权利要求5所述的个性化动脉瘤夹的制备方法，其特征在于，所述利用激光熔解凝结方式进行3D打印成型，具体包括如下步骤：

在3D打印设备的底部铺上钛合金粉末，打开激光源，用带有激光的打印头将钛合金粉末通过激光照射熔解，冷却凝结成型；打印结束后将未凝结的钛合金粉末吹出，然后将打印好的动脉瘤夹取出并清洁。

7.根据权利要求6所述的个性化动脉瘤夹的制备方法，其特征在于，使用气流将未凝结的钛合金粉末吹出；将打印好的动脉瘤夹取出并用注射用水冲洗，然后将其烘干。

8.根据权利要求1～7任一项所述的个性化动脉瘤夹的制备方法，其特征在于，还包括对制得的个性化动脉瘤夹进行包装及灭菌的步骤。

9.一种动脉瘤夹，其特征在于：应用权利要求1~8任一项所述的制备方法制备而得。