CN106859816A - 解剖型3d打印网状颅骨补片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种解剖型3D打印网状颅骨补片，属颅骨修复技术领域。该颅骨补片包括与脑损伤部位相匹配的颅骨补片边缘和颅骨补片网孔结构，所述颅骨补片边缘为有孔无触手结构或无孔无触手结构或无孔带触手结构，所述颅骨补片网孔结构为由梁结构构成的单层网孔或多层网孔随机交织而成。本发明与原颅骨缺损部位的外形及尺寸高度匹配，且具有良好的解剖学及生物学相容性，同时本发明采用多孔网状设计可有效改善颅骨内外血供，植入后不易出现皮下血肿及血肿穿刺引流困难，可降低积液及感染的发生率，且有利于促进修复愈合。

Description

解剖型3D打印网状颅骨补片
技术领域
本发明涉及颅骨修复技术领域，具体涉及一种解剖型3D打印网状颅骨补片。
背景技术
颅骨缺损多为颅脑损伤、脑血管意外、颅内肿瘤等常见病术后遗留症之一。颅骨缺损修补成形术的目的不仅是为了防止脑组织再次损伤、恢复颅腔生理密闭性，同时也是为了恢复患者的原有面貌，达到美观的要求，具有较好的生理学及心理学意义。
目前常用的颅骨修补假体为钛合金网以及聚醚醚酮补片，其常规做法为，将钛合金网切割成比颅骨缺损面稍大的形状，然后通过钛钉固定于颅骨面，虽然钛合金网具有无毒、低致炎及致敏性等优点，但是仍有以下不足：钛网常常为手工塑形制备，过程粗糙、工序繁琐，且解剖学匹配度较差，同时因为其具有较好的导热性，同时坚固度不够高，限制了其在临床的进一步发展；聚醚醚酮补片为新发展的替换钛合金网的新型植入体，其弥补了钛合金网保温性差、强度不高的劣势，同时具有生物相容性好、外形贴合度好的优势，所以逐渐开始在临床应用，但是在临床应用过程中发现有皮下及颅内积液发生率高等不足，且一旦发生该种并发症，医生和病人常常面临必须取出假体的窘境，因为该聚醚醚酮假体较钛合金网常常孔洞较少、较深，且空洞直径较小，所以穿刺抽液的难度很大，成功率很低，所以该劣势限制了其在临床的广泛应用。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术问题，提供一种与病人颅骨缺损面高度匹配、具有良好生物相容性、植入后不易出现皮下血肿及血肿穿刺引流困难、后期修复愈合快的解剖型3D打印多空隙网状颅骨补片。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
解剖型3D打印网状颅骨补片，该颅骨补片包括与脑损伤部位相匹配的颅骨补片边缘和颅骨补片网孔结构；所述颅骨补片边缘或为有孔无触手结构，或为无孔无触手结构，或为无孔带触手结构，所述颅骨补片网孔结构为由梁结构构成的单层网孔或多层网孔随机交织而成。
进一步地，所述有孔无触手结构或无孔无触手结构的颅骨补片边缘为均匀的唇样结构。
进一步地，所述无孔带触手结构的颅骨补片边缘的触手带沉孔，所述沉孔的截面形态为梯形结构。
进一步地，所述颅骨补片网孔结构为连续的网孔结构或互不连续随机独立的网孔结构。
进一步地，所述互不连续随机独立的网孔结构的边界形态为规则的圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、或不规则多边形、或任意闭合图形。
进一步地，所述颅骨补片网孔结构的网孔形状为规则的圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、或不规则多边形、或任意闭合图形。
进一步地，在各所述梁结构相互连接部位膨大隆起，其隆起形状为正球形、橄榄球形、或多面体形且梁结构与所述隆起结构连接处为平滑的圆角。
进一步地，所述梁结构的截面形状为规则的圆形、椭圆形、四边形、五边形、六边形、或不规则多边形、或任意闭合图形。
进一步地，由所述单层网孔随机交织而成的颅骨补片网孔结构含有凹面网孔和凸面网孔。
更进一步地，所述凹面网孔有沟槽且凹面网孔的边缘为平滑的圆角。
再进一步地，所述沟槽条数≥1且深度为颅骨补片厚度的1/3～1/2。
还进一步地，所述凸面网孔的边缘为斜面。
本发明采用3D打印技术制备上述解剖型3D打印网状颅骨补片，包括以下步骤：
1)采用CT、核磁共振或B超对患者颅骨缺损部位进行三维扫描，获得患者颅骨缺损部位的扫描数据；
2)利用geomagic、meshmixer和proe计算机软件将步骤1)中获得的三维数据进行处理，生成与患者颅骨缺损部位一致的颅骨补片三维模型；
3)采用3D打印机将步骤2)中的颅骨补片三维模型打印成型，得到与患者颅骨缺损部位相匹配的颅骨补片；
4)在真空等离子环境中使用离子喷涂技术将羟基磷灰石或骨组织趋化因子涂布于步骤3)所获得的颅骨补片表面，并将颅骨补片边缘部分棱角经过完全倒圆角平滑处理，得到解剖型3D打印网状颅骨补片。
进一步地，步骤3)中打印颅骨补片的材料为聚醚醚酮、钛合金、钽合金、人工骨、羟基磷灰石、聚乳酸、聚乙烯或上述任两种或两种以上材料的组合物。
更进一步地，步骤3)中3D打印机在打印颅骨补片时，选择激光烧结、电子束熔融或熔融挤出成型的方法对材料进行处理。
上述解剖型3D打印网状颅骨补片在距边缘2～3cm处，厚度自中心向外周方向逐渐变薄。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明与原颅骨缺损部位的外形及尺寸高度匹配，且具有良好的解剖学及生物学相容性，同时本发明采用多孔网状设计可有效改善颅骨内外血供，降低积液及感染的发生率，有利于促进修复愈合。
2、本发明设计的网孔结构可根据需要设计为单层网孔结构或多层网孔结构，单层网孔结构可用于任何部位，且单层网孔中平滑过渡圆角边缘的凹面网孔的设计，可降低当脑压增大时脑组织在网孔边缘发生切割损伤的风险，另外，凹面网孔沟槽的设计便于在手术过程中对补片进行二次塑性或者切割处理，而斜面边缘的凸面网孔的设计，可便于操作者进行颅内积液、积血穿刺抽液。多层网孔结构可用于颞部、顶部等不受力部位。
3、本发明网孔结构由梁结构构成的单层网孔或多层网孔随机交织而成，该构型轻量、强度高、利于组织攀附生长。
4、本发明网孔结构可根据头部各部位受力情况设计为连续的网孔结构或互不连续随机独立的网孔结构，当受损部位位于头部的侧面(又叫颞区)，该部分几乎不受力，可使用连续的网孔结构，当受损部位在头部的后面(又叫枕部)，容易受力，特别是在平卧的时候，可使用互不连续随机独立的网孔结构，有利于强度的增加。
5、本发明颅骨补片的边缘结构设计灵活，当其为有孔无触手结构或无孔无触手结构时，其边缘为均匀唇样，该结构可根据临床医生的需求，随意固定；为无孔带触手结构时，因其设置有带沉孔的触手，在面对一些解剖位置比较固定的位置时，方便固定，同时触手伸出来可卡在颅骨的边缘，避免补片从颅骨的缺损部位陷入颅内造成损伤，而且沉孔的设计，当螺钉头埋入其中，可减少螺钉末端露出，使得补片的整体形态更加光顺，降低其对组织的刺激而引起的并发症。
6、本发明颅骨补片与颅骨接触的边缘，其表面特征可以为随机的多孔结构，也可以为粗糙的涂层结构，有利于与周围骨质长入整合。
7、靠近本发明解剖学上的近心端或低垂端的位置可以有1个以上较中央网孔更大的孔洞，该空洞的外形可以为正圆、椭圆、或沿边缘走行的长条状闭合环状结构，当颅骨修补手术后，颅内积液或者积血会积聚在伤口近心端或者较为低垂的位置，积液须行经皮盲法穿刺引流，较大的孔则可便于穿刺并增加穿刺引流的成功率。
8、本发明在距边缘2～3cm处，厚度自中心向外周方向逐渐变薄，且边缘部分棱角经过完全倒圆角平滑处理，有利于颅骨补片更好的嵌入头皮与颅骨间隙。
附图说明
图1为本发明多层网孔结构边缘无孔带触手颅骨补片示意图；
图2为本发明多层网孔结构边缘无孔无触手颅骨补片示意图；
图3为本发明多层网孔结构边缘有孔无触手颅骨补片示意图；
图4为本发明单层孔结构边缘无孔带触手颅骨补片示意图；
图5为本发明单层网孔结构边缘无孔无触手颅骨补片示意图；
图6为本发明单层网孔结构边缘有孔无触手颅骨补片示意图；
图7为本发明互不连续随机独立的网孔结构示意图；
图8为本发明互不连续随机独立的网孔结构的边界形态示意图；
图9为本发明梁结构及正球形隆起结构示意图；
图10为本发明梁结构及橄榄球形隆起结构示意图；
图11为本发明梁结构及多面体形隆起结构示意图；
图12为本发明唇样边缘示意图；
图13为本发明沉孔结构示意图；
图14为本发明单层网孔结构凹面网孔示意图；
图15为本发明单层网孔结构凸面网孔示意图；
图16为本发明单层网孔结构凹面网孔沟槽示意图。
图中：颅骨补片边缘1、颅骨补片网孔2、触手3、梁结构4、隆起结构5、唇样结构6、沉孔7、凹面网孔8、凸面网孔9、沟槽10。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
图1～图6分别为本发明解剖型3D打印网状颅骨补片的六种结构示意图。
如图1所示，解剖型3D打印网状颅骨补片，该颅骨补片包括与脑损伤部位相匹配的颅骨补片边缘1和颅骨补片网孔结构2；所述颅骨补片边缘1为无孔带触手结构，触手3带沉孔7，如图13所示，所述沉孔7的截面形态为梯形结构；所述颅骨补片网孔结构2为由梁结构4(如图9～11所示)构成的多层网孔随机交织而成的连续网孔。
如图2所示，解剖型3D打印网状颅骨补片，该颅骨补片包括与脑损伤部位相匹配的颅骨补片边缘1和颅骨补片网孔结构2；所述颅骨补片边缘1为无孔无触手结构，如图12所示，颅骨补片边缘1为均匀的唇样结构6；所述颅骨补片网孔结构2为由梁结构4(如图9～11所示)构成的多层网孔随机交织而成的连续网孔。
如图3所示，解剖型3D打印网状颅骨补片，该颅骨补片包括与脑损伤部位相匹配的颅骨补片边缘1和颅骨补片网孔结构2；所述颅骨补片边缘1为有孔无触手结构，如图12所示，颅骨补片边缘1为均匀的唇样结构6；所述颅骨补片网孔结构2为由梁结构4(如图9～11所示)构成的多层网孔随机交织而成的连续网孔。
如图4所示，解剖型3D打印网状颅骨补片，该颅骨补片包括与脑损伤部位相匹配的颅骨补片边缘1和颅骨补片网孔结构2；所述颅骨补片边缘1为无孔带触手结构，触手3带沉孔7，如图13所示，所述沉孔7的截面形态为梯形结构；所述颅骨补片网孔结构2为由梁结构4(如图9～11所示)构成的单层网孔随机交织而成的连续网孔；如图14和图15所示，所述由单层网孔随机交织而成的颅骨补片网孔结构2含有边缘为平滑圆角的凹面网孔8和边缘为斜面的凸面网孔9；如图16所示，所述凹面网孔8有沟槽19，沟槽10条数≥1且沟槽10深度为颅骨补片厚度的1/3～1/2。
如图5所示，解剖型3D打印网状颅骨补片，该颅骨补片包括与脑损伤部位相匹配的颅骨补片边缘1和颅骨补片网孔结构2；所述颅骨补片边缘1为无孔无触手结构，如图12所示，颅骨补片边缘1为均匀的唇样结构6；所述颅骨补片网孔结构2为由梁结构4(如图9～11所示)构成的单层网孔随机交织而成的连续网孔；如图14和图15所示，所述由单层网孔随机交织而成的颅骨补片网孔结构2含有边缘为平滑圆角的凹面网孔8和边缘为斜面的凸面网孔9；如图16所示，所述凹面网孔8有沟槽10，沟槽10条数≥1且沟槽10深度为颅骨补片厚度的1/3～1/2。
如图6所示，解剖型3D打印网状颅骨补片，该颅骨补片包括与脑损伤部位相匹配的颅骨补片边缘1和颅骨补片网孔结构2；所述颅骨补片边缘1为有孔无触手结构，如图12所示，颅骨补片边缘1为均匀的唇样结构6；所述颅骨补片网孔结构2为由梁结构4(如图9～11所示)构成的单层网孔随机交织而成的连续网孔；如图14和图15所示，所述由单层网孔随机交织而成的颅骨补片网孔结构2含有边缘为平滑圆角的凹面网孔8和边缘为斜面的凸面网孔9；如图16所示，所述凹面网孔8有沟槽10，沟槽10条数≥1且沟槽10深度为颅骨补片厚度的1/3～1/2。
进一步地，如图7所示，图1～图6所述的六种解剖型3D打印网状颅骨补片的颅骨补片网孔结构2也可为互不连续随机独立的网孔结构，如图8所示，所述互不连续随机独立的网孔结构的边界形态为规则的圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、或不规则多边形、或任意闭合图形。
更进一步地，所述颅骨补片网孔结构2的网孔形状为规则的圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、或不规则多边形、或任意闭合图形。
再进一步地，图1～图6所述的梁结构4在各梁结构4相互连接部位有膨大隆起结构5，如图9～11所示，所述隆起结构5的形状为正球形、橄榄球形、或多面体形且梁结构4与隆起结构5连接处为平滑的圆角。
还进一步地，所述梁结构4的截面形状为规则的圆形、椭圆形、四边形、五边形、六边形、或不规则多边形、或任意闭合图形。
采用3D打印技术制备上述解剖型3D打印网状颅骨补片，包括以下步骤：
1)采用CT、核磁共振或B超对患者颅骨缺损部位进行三维扫描，获得患者颅骨缺损部位的扫描数据；
2)利用geomagic、meshmixer和proe计算机软件将步骤1)中获得的三维数据进行处理，生成与患者颅骨缺损部位一致的颅骨补片三维模型；
3)采用3D打印机将步骤2)中的颅骨补片三维模型打印成型，得到与患者颅骨缺损部位相匹配的颅骨补片；
4)在真空等离子环境中使用离子喷涂技术将羟基磷灰石或骨组织趋化因子涂布于步骤3)所获得的颅骨补片表面，并将颅骨补片边缘部分棱角经过完全倒圆角平滑处理，得到解剖型3D打印网状颅骨补片。
进一步地，步骤3)中打印颅骨补片的材料为聚醚醚酮、钛合金、钽合金、人工骨、羟基磷灰石、聚乳酸、聚乙烯或上述任两种或两种以上材料的组合物。
更进一步地，步骤3)中3D打印机在打印颅骨补片时，选择激光烧结、电子束熔融或熔融挤出成型的方法对材料进行处理。

Claims (10)

1.解剖型3D打印网状颅骨补片，其特征在于：所述颅骨补片包括与脑损伤部位相匹配的颅骨补片边缘(1)和颅骨补片网孔结构(2)；所述颅骨补片边缘或为有孔无触手结构，或为无孔无触手结构，或为无孔带触手结构；所述颅骨补片网孔结构(2)为由梁结构(4)构成的单层网孔或多层网孔交织而成。
2.根据权利要求1所述的解剖型3D打印网状颅骨补片，其特征在于：所述有孔无触手结构或无孔无触手结构的颅骨补片边缘(1)为均匀的唇样结构(6)。
3.根据权利要求1所述的解剖型3D打印网状颅骨补片，其特征在于：所述无孔带触手结构的颅骨补片边缘(1)的触手(3)带沉孔(7)；所述沉孔(7)的截面形态为梯形结构。
4.根据权利要求2或3所述的解剖型3D打印网状颅骨补片，其特征在于：所述颅骨补片网孔结构(2)为连续的网孔结构或互不连续随机独立的网孔结构。
5.根据权利要求4所述的解剖型3D打印网状颅骨补片，其特征在于：所述互不连续随机独立的网孔结构的边界形态为规则的圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、或不规则多边形、或任意闭合图形。
6.根据权利要求5所述的解剖型3D打印网状颅骨补片，其特征在于：在各所述梁结构(4)相互连接部位有膨大隆起结构(5)，所述隆起结构(5)形状为正球形、橄榄球形、或多面体形且梁结构(4)与所述隆起结构(5)连接处为平滑的圆角。
7.根据权利要求6所述的解剖型3D打印网状颅骨补片，其特征在于：所述梁结构(4)的截面形状为规则的圆形、椭圆形、四边形、五边形、六边形、或不规则多边形、或任意闭合图形。
8.根据权利要求1所述的解剖型3D打印网状颅骨补片，其特征在于：由所述单层网孔随机交织而成的颅骨补片网孔结构(2)含有凹面网孔(8)和凸面网孔(9)。
9.根据权利要求8所述的解剖型3D打印网状颅骨补片，其特征在于：所述凹面网孔(8)有沟槽(10)且凹面网孔(8)的边缘为平滑的圆角。
10.根据权利要求9所述的解剖型3D打印网状颅骨补片，其特征在于：所述凸面网孔(9)的边缘为斜面。
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