CN116115373B - 一种骨增量用3d打印钛网 - Google Patents

Abstract

本申请涉及口腔牙科植介入生物医用材料的技术领域，尤其涉及一种骨增量用3D打印钛网，包括整体成型至预设弧度且呈镂空状的钛网本体，所述钛网本体以单胞结构填充形成镂空状，所述钛网本体包括对应牙槽嵴顶的顶面部以及对应牙槽嵴侧面的侧面部；所述顶面部的厚度小于所述侧面部的厚度，和/或所述顶面部的孔隙率大于所述侧面部的孔隙率。本申请具有便于患者适应钛网的植入，提高手术的成功率和术后效果的效果。

Description

一种骨增量用3D打印钛网

技术领域

本申请涉及口腔牙科植介入生物医用材料的领域，尤其是涉及一种骨增量用3D打印钛网。

背景技术

种植牙是缺牙修复手术中重要的方法，种植牙可以获得与天然牙，在功能、结构以及美观效果上十分相似的修复效果，已经成为越来越多缺牙患者的首选修复方式。

种植牙面临的主要问题是牙槽骨缺失，牙槽骨缺失是指由于缺少牙齿使该部牙槽骨处于较低的应力水平下，产生的骨吸收现象，骨吸收是指在较低的应力水平下，骨组织的体积和密度逐渐发生下降的生理行为。

牙槽嵴是牙槽骨远离上下颌骨的游离边缘部，牙槽嵴也是牙齿生长在牙槽骨的位置，骨吸收会导致缺牙后的牙槽嵴发生高度降低、厚度变薄，难以种植固定人造牙齿。为了弥补骨吸收导致的牙槽骨缺失，会使用骨增量技术，即引导骨组织再生技术。

引导骨组织再生技术是根据各类组织细胞的迁移速度不同的特点，制造出骨组织优势生长的环境，即将屏障膜置于软组织和骨组织之间建立生物屏障，在骨缺损区制造一个相对封闭的骨再生组织空间，阻止干扰骨形成且迁移速度较快的结缔组织细胞和上皮细胞进入该骨再生组织空间，允许有潜在生长能力、迁移速度较慢的前体成骨细胞优先进入骨再生组织空间，使骨组织细胞优势生长，同时保护血凝块，减缓覆盖组织的压力，实现骨再生组织空间的骨修复性再生。

引导骨组织再生技术的关键在于屏障膜材料的选择，屏障膜在引导骨再生中起着重要的作用。钛网作为一种不可吸收的金属屏障膜，以其良好的生物相容性和中等的机械强度在引导骨再生技术中应用较多。

使用钛网时先切开口腔软组织，在骨缺损区内填充骨粉，并将钛网覆盖在骨粉上面，并用钛钉将钛网固定在牙槽骨上，避免钛网移位的同时避免钛网变形，然后在钛网的表面再覆盖一层胶原蛋白膜，最后将切开的口腔软组织完全缝合，盖住覆盖钛网的胶原蛋白膜。3-6个月后，松散的骨粉就能长成为有一定强度的、可满足种植要求的骨组织，可以进行牙种植手术。

传统的钛网采用机械加工的方式，先加工成大平面网，使用时再裁剪相应的尺寸，并手工弯曲成所需的外形形状。在现有技术中，能够采用激光选区熔化3D打印技术进行制造，根据患者牙槽骨模型进行设计，使钛网直接形成需要的外形和尺寸，使骨增量的效果更稳定可控。

但患者术后会出现以下情况：钛网在植入后发生变形或断裂，或者是钛网与口腔软组织之间产生比较强的对抗作用，导致钛网暴露，增加骨增量手术失败的风险。

发明内容

为了便于患者适应钛网的植入，提高手术的成功率和术后效果，本申请提供一种骨增量用3D打印钛网。

本申请提供的一种骨增量用3D打印钛网采用如下的技术方案：

一种骨增量用3D打印钛网，包括整体成型至预设弧度且呈镂空状的钛网本体，所述钛网本体以单胞结构填充形成镂空状，所述钛网本体包括对应牙槽嵴顶的顶面部以及对应牙槽嵴侧面的侧面部；

所述顶面部的厚度小于所述侧面部的厚度，和/或所述顶面部的孔隙率大于所述侧面部的孔隙率。

通过采用上述技术方案，钛网本体以单胞结构填充形成镂空网状后，根据对应牙槽嵴的位置，分为侧面部和顶面部，厚度越大刚度越大，孔隙率越大刚度越小，根据临床数据统计和发明人研究，钛网本体的顶面部在刚度上要求小，钛网本体的侧面部在刚度上要求大，同时，钛网本体顶面部的孔隙率较大，能提高骨组织为口腔软组织提供血运的效果，降低口腔软组织的黏膜萎缩开裂的概率，根据患者情况，设计出个性化刚度和孔隙率的钛网本体，能便于患者适应钛网的植入，提高手术的成功率和术后效果。

可选的，所述单胞结构包括开孔部以及设置在所述开孔部上的多根弧形杆，在所述开孔部上开设有供钛钉插入的圆通孔；

所述单胞结构的厚度称为单胞厚度t、所述单胞结构的边长称为单胞边长a、所述弧形杆的宽度称为杆宽b以及所述圆通孔的直径称为圆孔直径d，所述弧形杆的宽度与所述开孔部的内外径差值相等。

通过采用上述技术方案，开孔部、多根弧形杆以及圆通孔组成的单胞结构，且弧形杆的宽度与开孔部的内外径差值相等时，能方便地定义出单胞厚度t、单胞边长a、杆宽b和圆孔直径d，通过单胞厚度t能方便地调整单胞结构的刚度，通过单胞边长a、杆宽b和圆孔直径d能方便地调整单胞结构的孔隙率，从而能方便地调整钛网本体的刚度和孔隙率，改变圆孔直径d使圆通孔能适配多种规格的钛钉。

可选的，若干所述单胞结构呈矩阵排列在所述钛网本体上，相邻四个所述单胞结构之间形成有长条状的梭形通孔，所述梭形通孔从长度方向的中间向两端，宽度逐渐变大或变小以适应不同直径钛钉的插入需要。

通过采用上述技术方案，调整单胞结构孔隙率的同时，也会调整梭形通孔的大小，梭形通孔能作为插设钛钉的固定孔，使钛网本体上各个位置都能适配不同规格的钛钉，便于通过钛钉将钛网本体固定在牙槽骨上。

可选的，所述单胞结构均匀填充，所述顶面部的单胞厚度t₁的范围在0.2-0.3mm，所述侧面部的单胞厚度t₂的范围在0.3-0.5mm。

通过采用上述技术方案，钛网本体的孔隙率保持不变，通过将顶面部的单胞厚度t₁选为0.2-0.3mm，侧面部的单胞厚度t₂选为0.3-0.5mm，通过单胞厚度t能确定钛网本体厚度，通过单胞厚度t能方便地调整单胞结构的刚度，在顶面部的刚度小于侧面部的刚度的情况下，给出单胞厚度t的合理选择范围，为患者提供个性化刚度的钛网。

可选的，所述钛网本体的孔隙率选为50%-70%。

通过采用上述技术方案，通过单胞边长a、杆宽b和圆孔直径d能方便地调整单胞结构的孔隙率，使钛网本体的孔隙率在50%-70%之间。

可选的，所述顶面部的单胞厚度t₁的范围在0.2-0.3mm，所述侧面部的单胞厚度t₂的范围在0.3-0.5mm；和/或所述侧面部的孔隙率选为0%-50%，所述顶面部的孔隙率选为60%-80%。

通过采用上述技术方案，调整单胞厚度t使顶面部刚度小于侧面部刚度的同时，通过单胞边长a、杆宽b和圆孔直径d调整单胞结构的孔隙率，顶面部的孔隙率大于侧面部的孔隙率，为患者提供个性化刚度和孔隙率的钛网。

可选的，所述单胞厚度t从所述侧面部远离所述顶面部的一端向所述顶面部的中部，所述单胞厚度t呈逐渐减小的趋势。

可选的，所述单胞厚度t不变，所述侧面部的孔隙率选为0%-50%，所述顶面部的孔隙率选为60%-80%；所述钛网本体的整体孔隙率从所述侧面部远离所述顶面部的一端向所述顶面部的中部逐渐增大。

通过采用上述技术方案，单胞厚度t不变，通过单胞边长a、杆宽b和圆孔直径d调整单胞结构的孔隙率，顶面部的孔隙率大于侧面部的孔隙率，根据孔隙率越大刚度越小，为患者提供个性化刚度和孔隙率的钛网。

可选的，所述单胞厚度t不变，所述侧面部划分为一个或多个区块，所述顶面部划分为一个或多个区块，相邻区块填充不同设计参数的所述单胞结构，从所述侧面部远离所述顶面部的一端向所述顶面部的中部，所述钛网本体的孔隙率呈阶梯性变化，所述钛网本体的整体孔隙率呈增大趋势。

通过采用上述技术方案，单胞厚度t不变，通过单胞边长a、杆宽b和圆孔直径d调整单胞结构的孔隙率，顶面部的孔隙率大于侧面部的孔隙率，相邻区块之间孔隙率阶梯性变化，根据孔隙率越大刚度越小，为患者提供个性化刚度和孔隙率的钛网。

可选的，所述单胞厚度t在0.2-0.5mm之间保持一致。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过设置钛网本体、顶面部、侧面部和单胞结构，钛网本体以单胞结构填充形成镂空网状后，根据对应牙槽嵴的位置，分为侧面部和顶面部，厚度越大刚度越大，孔隙率越大刚度越小，根据临床数据统计和发明人研究，钛网本体的顶面部在刚度上要求小，钛网本体的侧面部在刚度上要求大，同时，钛网本体顶面部的孔隙率较大，能提高骨组织为口腔软组织提供血运的效果，降低口腔软组织的黏膜萎缩开裂的概率，根据患者情况，设计出个性化刚度和孔隙率的钛网本体，能便于患者适应钛网的植入，提高手术的成功率和术后效果；

2.通过设置开孔部、弧形杆、圆通孔、单胞厚度t、单胞边长a、杆宽b和圆孔直径d，在开孔部、多根弧形杆以及圆通孔组成单胞结构，且弧形杆的宽度与开孔部的内外径差值相等时，能方便地定义出单胞厚度t、单胞边长a、杆宽b和圆孔直径d，通过单胞厚度t能方便地调整单胞结构的刚度，通过单胞边长a、杆宽b和圆孔直径d能方便地调整单胞结构的孔隙率，从而能方便地调整钛网本体的刚度和孔隙率，改变圆孔直径d使圆通孔能适配多种规格的钛钉；

3.通过设置梭形通孔，调整单胞结构孔隙率的同时，也会调整梭形通孔的大小，梭形通孔能作为插设钛钉的固定孔，使钛网本体上各个位置都能适配不同规格的钛钉，便于通过钛钉将钛网本体固定在牙槽骨上。

附图说明

图1是本申请实施例中一种骨增量用3D打印钛网的设计模型结构示意图。

图2是本申请实施例中设计模型的剖面结构示意图。

图3是本申请实施例中一种骨增量用3D打印钛网的结构示意图。

图4是本申请实施例中体现单胞结构孔隙率和厚度变化的结构示意图。

图5是本申请实施例中若干单胞结构在平面中阵列填充的示意图。

图6是图5中A部分的放大示意图。

附图标记说明：01、牙槽骨；02、牙槽嵴；03、骨缺损区；04、骨再生组织空间；1、钛网本体；11、顶面部；12、侧面部；13、边缘部；2、单胞结构；21、开孔部；22、弧形杆；23、圆通孔；24、梭形通孔；3、单胞厚度t；4、单胞边长a；5、杆宽b；6、圆孔直径d。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

经临床统计发现，钛网植入后，发生变形或断裂的部位，主要集中在钛网对应牙槽嵴02侧面的部位，钛网与口腔软组织之间产生比较强的对抗作用，导致钛网暴露的部位，主要集中在钛网对应牙槽嵴02顶的部位。

发明人经过研究发现，钛网的刚度过低，在钛网植入后，会容易变形或断裂，钛网的刚度过高，在钛网植入以后，钛网与口腔软组织之间会产生比较强的对抗作用，容易导致钛网暴露，导致术后感染，甚至骨增量手术失败。牙槽嵴02顶与口腔软组织之间的压力小于牙槽嵴02侧面与口腔软组织之间的压力，钛网对应牙槽嵴02顶部位的刚度小于对应牙槽嵴02侧面部12位的刚度，在钛网其他设计参数不变的情况下，钛网的厚度越大，钛网的刚度越大，钛网对应牙槽嵴02顶部位的厚度小于对应牙槽嵴02侧面部12位的厚度，便于患者适应钛网的植入，提高手术的成功率和术后效果。

同时，在钛网其他设计参数不变的情况下，钛网的孔隙率越小，钛网的刚度越大，但是孔隙率过小会使钛网通透性低，会影响骨组织为口腔软组织提供血运的效果，容易导致口腔软组织的黏膜萎缩开裂，使钛网暴露，增加术区感染的风险和骨增量手术失败的风险，骨组织为口腔软组织提供血运的位置更靠近牙槽嵴02顶，钛网对应牙槽嵴02顶部位的孔隙率大于对应牙槽嵴02侧面所需要的孔隙率，便于患者适应钛网的植入，提高手术的成功率和术后效果。

本申请实施例公开一种骨增量用3D打印钛网。参照图1和图2，一种骨增量用3D打印钛网包括钛网本体1，钛网本体1以单胞结构2填充形成镂空状，钛网本体1是由钛金属材料经3D打印，根据患者的情况确定设计参数，整体成型至预设弧度，钛金属材料可以是纯钛或钛合金，钛网本体1通过钛金属材料制成的钛钉固定在牙槽骨01上。其中，钛网本体1以单胞结构2填充形成镂空状，即3D打印钛网的钛网模型经单胞结构填充成镂空状，3D打印时，直接打印出镂空状的钛网本体1。

牙槽嵴02是牙槽骨01远离上下颌骨的游离边缘部13，牙槽嵴02顶是牙槽嵴02上，牙根所在的部位，牙槽嵴02侧面是牙槽嵴02朝向舌头或嘴唇的部位。

参照图2和图3，钛网本体1包括对应牙槽嵴02顶的顶面部11以及对应牙槽嵴02侧面的侧面部12，钛网本体1上未填充单胞结构2的部位称为边缘部13，在本实施例中，钛网本体1包括一个顶面部11和两个侧面部12。

参照图4和图5，单胞结构2的展开平面呈正方形，单胞结构2包括呈圆形的开孔部21以及圆周分布在开孔部21边缘上的四根弧形杆22，相邻两根弧形杆22之间的间隔相等，在开孔部21的中部开设有圆通孔23，使开孔部21呈圆环形，且弧形杆22的宽度与开孔部21的内外径差值相等，若干单胞结构2呈矩阵排列，相邻四个单胞结构2之间形成有长条状的梭形通孔24。

参照图1和图3，圆通孔23能作为插设钛钉的固定孔，调整圆通孔23的直径能使圆通孔23适配多种规格的钛钉，且梭形通孔24从长度方向的中间向两端宽度逐渐变大或变小，使梭形通孔24能看做两个孔，且能作为插设钛钉的固定孔，仅改变弧形杆22的宽度，能改变梭形通孔24的宽度，以适应不同直径钛钉的插入需要，在钛网本体1所有的镂空区域上都有不同孔径的固定孔，用于插设不同规格的钛钉，便于将钛网本体1固定在牙槽骨01上。

参照图5和图6，弧形杆22的内弧线与开孔部21的边缘相切，弧形杆22的外弧与开孔部21的边缘之间设置有圆倒角，圆倒角的两边线分别与弧形杆22的外弧线和开孔部21的边缘相切，使单胞结构2是便于3D打印和处理的拓扑结构。

参照图3和图4，由于钛网本体1的大部分由单胞结构2填充形成镂空状，所以单胞结构2的刚度和孔隙率一定程度上能代表钛网本体1的刚度和孔隙率，单胞结构2的厚度越大，单胞结构2的刚度越大，单胞结构2的孔隙率越大，单胞结构2的刚度越小。

参照图4和图6，单胞结构2的厚度称为单胞厚度t3，单胞厚度t3是影响单胞结构2刚度的设计参数，单胞结构2的边长称为单胞边长a4，弧形杆22的宽度称为杆宽b5以及圆通孔23的直径称为圆孔直径d6，单胞边长a4能方便确定单胞结构2的总面积，杆宽b5能方便确定单胞结构2的实体面积，圆孔直径d6能方便确定单胞结构2镂空面积中圆通孔23的开孔面积，进而方便确定单胞结构2镂空面积中梭形通孔24的开孔面积。

当杆宽b5和圆孔直径d6不变，改变单胞边长a4，梭形通孔24的长宽以及整个单胞结构2的孔隙率会随之变化；当单胞边长a4和圆孔直径d6不变，改变杆宽b5，梭形通孔24的长宽以及整个单胞结构2的孔隙率会随之变化；当单胞边长a4和杆宽b5不变，改变圆孔直径d6，梭形通孔24的长宽以及整个单胞结构2的孔隙率会随之变化；从而可以看出，仅改变单胞边长a4、杆宽b5或圆孔直径d6中的任何一个，单胞结构2的外形都会发生变化，改变单胞结构2的孔隙率，进而影响单胞结构2的刚度。

经过临床统计，原有技术中钛网的孔隙率最佳选择为50%-70%，钛网厚度的最佳选择范围在0.2-0.5mm。在本实施例中，单胞厚度t3的范围在0.2-0.5mm，单胞边长a4的范围在5.0-20.0mm，杆宽b5的范围在0.3-1.0mm，圆孔直径d6的范围在1.0-2.0mm，单胞结构2的孔隙率选为40%-80%。

参照图4和图6，在一实施例中，顶面部11的单胞厚度t₁的范围在0.2-0.3mm，侧面部12的单胞厚度t₂的范围在0.3-0.5mm，顶面部11和侧面部12的孔隙率一致，由于边缘部13的影响，钛网本体1的孔隙率选为50%-70%，单胞厚度t3从侧面部12远离顶面部11的一端向顶面部11的中部，单胞厚度t3呈逐渐减小的趋势，使钛网本体1具有最佳孔隙率的同时，顶面部11和侧面部12具有个性化的刚度，且顶面部11的刚度小于侧面部12的刚度。

在另一实施例中，顶面部11的单胞厚度t₁的范围在0.2-0.3mm，侧面部12的单胞厚度t₂的范围在0.3-0.5mm；侧面部12的孔隙率选为0%-50%，顶面部11的孔隙率选为60%-80%，单胞厚度t3从侧面部12远离顶面部11的一端向顶面部11的中部，单胞厚度t3呈逐渐减小的趋势，顶面部11的刚度小于侧面部12的刚度，且顶面部11的孔隙率大于侧面部12的孔隙率。

在另一实施例中，单胞厚度t3不变，单胞厚度t3的范围在0.2-0.5mm，侧面部12的孔隙率选为0%-50%，顶面部11的孔隙率选为60%-80%，钛网本体1的整体孔隙率从侧面部12远离顶面部11的一端向顶面部11的中部逐渐增大，由于孔隙率越大刚度越小，顶面部11的刚度小于侧面部12的刚度。

在另一实施例中，单胞厚度t3的范围在0.2-0.5mm，侧面部12划分为一个或多个区块，顶面部11划分为一个或多个区块，相邻区块填充不同设计参数的单胞结构2，从侧面部12远离顶面部11的一端向顶面部11的中部，钛网本体1的孔隙率呈阶梯性变化，钛网本体1的整体孔隙率呈增大趋势，顶面部11的刚度小于侧面部12的刚度。

本申请实施例一种骨增量用3D打印钛网的实施原理为：钛网本体1以若干单胞结构2填充呈镂空网状，钛网本体1对应牙槽嵴02顶的部位为顶面部11，钛网本体1对应牙槽嵴02侧面的部位为侧面部12，根据患者情况，为了便于患者适应钛网本体1的植入，提高手术的成功率和术后效果，顶面部11的刚度小于侧面部12的刚度，顶面部11的孔隙率大于侧面部12的孔隙率，由于钛网本体1的刚度和孔隙率能通过单胞结构2的刚度和孔隙率进行控制，确定影响单胞结构2刚度和孔隙率且容易测量控制的设计参数，单胞厚度t3越大单胞结构2的刚度越大，单胞结构2的孔隙率越大单胞结构2的刚度越小，通过单胞边长a4、杆宽b5和圆孔直径d6能方便地调整单胞结构2的孔隙率，从而能根据患者情况提供个性化刚度和孔隙率的钛网。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种骨增量用3D打印钛网，其特征在于：包括整体成型至预设弧度且呈镂空状的钛网本体(1)，所述钛网本体(1)以单胞结构(2)填充形成镂空状，所述钛网本体(1)包括对应牙槽嵴顶的顶面部(11)以及对应牙槽嵴侧面的侧面部(12)；

所述顶面部(11)的厚度小于所述侧面部(12)的厚度，和/或所述顶面部(11)的孔隙率大于所述侧面部(12)的孔隙率；

所述单胞结构(2)包括开孔部(21)以及设置在所述开孔部(21)上的多根弧形杆(22)，在所述开孔部(21)上开设有供钛钉插入的圆通孔(23)；

所述单胞结构(2)的厚度称为单胞厚度t(3)、所述单胞结构(2)的边长称为单胞边长a(4)、所述弧形杆(22)的宽度称为杆宽b(5)以及所述圆通孔(23)的直径称为圆孔直径d(6)，通过所述单胞边长a(4)、所述杆宽b(5)和所述圆孔直径d(6)能方便地调整所述单胞结构(2)的孔隙率，所述弧形杆(22)的宽度与所述开孔部(21)的内外径差值相等。

2.根据权利要求1所述的一种骨增量用3D打印钛网，其特征在于：若干所述单胞结构(2)呈矩阵排列，相邻四个所述单胞结构(2)之间形成有梭形通孔(24)，所述梭形通孔(24)从长度方向的中间向两端宽度逐渐变大或变小以适应不同直径钛钉的插入需要。

3.根据权利要求2所述的一种骨增量用3D打印钛网，其特征在于：所述单胞结构(2)均匀填充，所述顶面部(11)的单胞厚度t₁的范围在0.2-0.3mm，所述侧面部(12)的单胞厚度t₂的范围在0.3-0.5mm。

4.根据权利要求3所述的一种骨增量用3D打印钛网，其特征在于：所述钛网本体(1)的孔隙率选为50％-70％。

5.根据权利要求2所述的一种骨增量用3D打印钛网，其特征在于：所述顶面部(11)的单胞厚度t₁的范围在0.2-0.3mm，所述侧面部(12)的单胞厚度t₂的范围在0.3-0.5mm；和/或所述侧面部(12)的孔隙率选为0％-50％，所述顶面部(11)的孔隙率选为60％-80％。

6.根据权利要求3-5任意一项所述的一种骨增量用3D打印钛网，其特征在于：所述单胞厚度t(3)从所述侧面部(12)远离所述顶面部(11)的一端向所述顶面部(11)的中部，所述单胞厚度t(3)呈逐渐减小的趋势。

7.根据权利要求2所述的一种骨增量用3D打印钛网，其特征在于：所述单胞厚度t(3)不变，所述侧面部(12)的孔隙率选为0％-50％，所述顶面部(11)的孔隙率选为60％-80％；所述钛网本体(1)的整体孔隙率从所述侧面部(12)远离所述顶面部(11)的一端向所述顶面部(11)的中部逐渐增大。

8.根据权利要求2所述的一种骨增量用3D打印钛网，其特征在于：所述单胞厚度t(3)不变，所述侧面部(12)划分为一个或多个区块，所述顶面部(11)划分为一个或多个区块，相邻区块填充不同孔隙率的所述单胞结构(2)，从所述侧面部(12)远离所述顶面部(11)的一端向所述顶面部(11)的中部，所述钛网本体(1)的孔隙率呈阶梯性变化，所述钛网本体(1)的整体孔隙率呈增大趋势。

9.根据权利要求7或权利要求8任一所述的一种骨增量用3D打印钛网，其特征在于：所述单胞厚度t(3)在0.2-0.5mm之间保持一致。