修復一側下頜骨缺損超過4顆牙位的個性化支架的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及修復一側下頜骨缺損超過4顆牙位的個性化支架，所述個性化支架包括由具有生物相容性的金屬制成的支架本體，所述支架本體為將健康側的骨骼外形通過鏡像或反求工程對稱到患側的外形，內部為網狀結構。本實用新型應用鏡像或反求獲得的支架外形可以針對下頜骨缺未損跨過中心平面的情況較好的恢復患者的外表和容貌，最終使骨缺損部位再生的組織與支架完全形成像鋼筋混凝土般結構，在完成種植牙修復后，使患者口腔功能得到完全恢復。
【專利說明】修復一側下頜骨缺損超過4顆牙位的個性化支架
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種下頜骨缺損修復用組織工程支架。
【背景技術】
[0002]近年來，由于腫瘤、感染、交通事故等原因造成的頜面特別是下頜缺損具有逐年增多的趨勢，僅在歐洲每年就有150萬人需要進行顱頜面外科手術進行骨修復，其中有相當大一部分是下頜骨的手術。
[0003]目前的下頜骨缺損修復手術主要采用自體骨移植和金屬修復體植入兩種修復方法，自體骨移植修復會造成取骨部位的二次創傷，而且供骨的大小有限，同時植入時由于血管化手術非常困難，造成植入體供血不足，導致自體骨植入體吸收很難控制，影響修復效果。金屬板植入修復時，雖然目前根據患者自身骨骼結構的個性化定制技術已經比較成熟，金屬植入物的修復能提供支撐，恢復外觀，但后期不能進行種植牙，因此不能恢復咬合功能，且植入體內部結構的設計，優化和制造面臨著諸多困難，導致植入手術后金屬板植入體與周圍骨骼的骨結合效果不佳，從而影響長久修復的效果。
[0004]組織工程是應用工程與生命科學的原理與方法來認識哺乳類組織(正常或者病理狀態下)的結構與功能的關系，并研制人工生物材料以便修復、維持或改善其功能。組織工程是作為面相移植而產生功能組織和器官的科學和技術，集成了 CT/MRI等圖像測量技術、三維重建技術、快速原型技術、材料工程技術、生物工程技術等不同的學科領域。其基本原則是組織可以從病人身上分離出來，在特殊材料制成的組織支架中生長和擴張，最終形成支架引導的三維組織。這樣，生成的三維組織可以移植到同一病人中，以替代病變組織的功倉泛。
[0005]組織能夠再生主要在于組織支架的結構上的可形成性和支架種子細胞作用下的生物反應器功能。支架由諸如孔、纖維、膜等結構元素通過隨機、分形或周期分布規律組合而成，通過工程方法可以被復制和制造。當一個三維組織結構被用于開發人工替代組織時，可以對支架結構中的生物材料進行工程結構設計，以優化結構并滿足一定的營養條件。但目前的組織工程在干細胞技術基礎上的修復由于支架材料都采用可吸收材料，吸收較快不能提供很好的力學支撐，只能修復小于3cm缺損，不能修復超過4顆牙位(大于3cm)的缺損，特別是下頜骨缺損跨過中心平面的缺損的修復。
[0006]下頜缺損修復的難點在于修復手術必須恢復患者容貌和咀嚼功能，因此組織工程技術對支架和植入體的外形、材料和結構有特殊要求，目前用于一側下頜骨缺損超過4顆牙位即3cm以上的創傷缺損的下頜骨的修復領域中還沒有成熟的技術可供應用。
實用新型內容
[0007]針對目前下頜骨缺損修復中存在的問題，本實用新型提供一種新型的用于下頜骨一側下頜骨缺損超過4顆牙位的個性化組織工程三維網狀金屬支架，其與病人面部結構相匹配，誘導新骨生長實現牙的修復和患者面容的恢復。
[0008]修復一側下頜骨缺損超過4顆牙位的個性化支架，其特征在于所述個性化支架包括由具有生物相容性的金屬制成的支架本體，所述支架本體為將健康側的骨骼外形通過鏡像方法或反求工程法對稱到患側的外形，內部為網狀結構。
[0009]所述網狀結構以笛卡爾正交桁架結構作為個性化支架內部聯通的基本單元。
[0010]所述網狀結構的內部連通孔間通孔的中心距范圍為1-lOmm，其中優選的所述網狀結構的靠近牙床部分的內部連通孔間通孔的中心距范圍為l_6mm，所述網狀結構的遠離牙床部分的內部連通孔間通孔的中心距范圍為6-10mm。
[0011]所述生物相容性的金屬材料為鈦，其上加入成骨材料羥基磷灰石、自體骨髓基質干細胞和BMP，表面覆蓋B1-guide膜。
[0012]技術效果
[0013]本實用新型的有益效果主要表現在:應用將健康側的骨骼外形通過鏡像方法或反求工程法對稱到患側的外形的支架可以針對下頜骨缺損未跨過中心平面的情況較好的恢復患者的外表和容貌，并通過設計合理的支架密度分布使之既具有更好的應力結構同時具有更好的生物活性可填充成骨材料和干細胞等誘導新骨生長，最終使骨缺損部位再生的組織與支架完全形成像鋼筋混凝土般結構，在完成種植牙修復后，使患者口腔功能得到完全恢復。
[0014]本實用新型一方面解決了現有技術使用金屬支架與周圍骨骼的骨結合效果不佳，無法實現組織再生，以及使用自體骨移植造成二次創傷和難控制的問題，另一方面也解決了目前組織工程三維網狀金屬支架運用于臨床還很困難，組織工程三維網狀金屬支架強度和外形難以滿足臨床的運用，也即克服了一般組織工程技術無法實現良好的適應下頜骨結構的問題，為下頜骨的修復提供了一種更有效的方法。
[0015]本實用新型的支架能夠更好的促進和引導骨生長；另外對支架進行了力學分析，對支架的孔洞疏密程度也有相應的控制，受力大的部位加密一些可以更好的支撐，受力小的部位稀疏一下讓骨組織更多的長入。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例1下頜骨缺損示意圖；
[0017]圖2為個性化支架的示意圖；
[0018]圖3為個性化支架安裝于患處的示意圖。
【具體實施方式】
[0019]為了更好的解釋本實用新型，下面結合【具體實施方式】對本實用新型進行進一步的解釋。
[0020]實施例1
[0021]如圖1所示，缺陷位于左側下頜第一前磨牙遠中至第三磨牙遠中，長度大約4cm。
[0022]首先對下頜骨缺陷處進行螺旋CT掃描:采用Philips公司生產的MX-8000型螺旋CT進行掃描，掃描平面平行于眶耳平面，掃描范圍從眶上緣至下頜骨下緣，獲得患者原始的斷層影像。再運用三維可視化技術、利用吉馬飛公司自主編寫的三維重建軟件
[0023]3DMSR(3-Dimens1nal Medicine Surface Rendering)將這些離散數據進行三維重建，將其轉變為具有直觀立體效果的圖像，得到STL格式的下頜骨三維模型；
[0024]將STL格式的圖像數據輸入軟件MMICS10.1，通過定義灰度閾值來識別并重建密質骨、松質骨、牙齒和下頜神經管目標區域，將在Mimicsl0.1中處理后的數據導入Geomagic Stud14.0,刪除下頜骨以外的部分,得到完整下頜骨的三維重建模型；
[0025]利用鏡像方法將健康側的骨骼對稱到患側并替換掉破損骨骼，通過模型合并算法得到完整的修復模型，在所述下頜骨骨骼模型上獲得缺損區域的截骨線，利用該截骨線在所述修復模型上將修復假體切割分離出來，獲得的修復假體的外形即為個性化支架的外形；在ICEM CFD軟件中劃分網格，得到三維網格模型，模型包含節點數和四面體單元數，模型的每個節點有3個自由度，包括X、y、z方向上的移動，模型的單元類型為S0LID185 ;設定模型中密質骨和松質骨材料性質連續、均質、各向同性，密質骨彈性模量為17000MPa，松質骨為lOOOMPa，密質骨和松質骨的泊松比均為0.30 ;以笛卡爾正交桁架結構作為內部聯通的基本單元，然后分別通過向X、Y、Z三個坐標方向的陣列運算得到內部連通孔的運算框架；將修復假體與內部結構模型進行布爾運算，得到個性化支架的成型數據。其中網狀結構的靠近牙床部分的內部連通孔間通孔的中心距范圍分布在1_6_，所述網狀結構的遠離牙床部分的內部連通孔間通孔的中心距范圍分布在6-10mm。
[0026]根據上述計算得到的個性化支架的成型數據通過采用具有生物相容性的鈦金屬材料通過EBSM電子束選區融化工藝快速成型制造出個性化支架。
[0027]在下頜骨缺損區植入三維網狀金屬支架，修復體與兩骨斷端用鈦螺釘固定，在所述個性化支架上加入成骨材料羥基磷灰石和自體骨髓基質干細胞(術前抽取骨髓，分離干細胞，培養；在適當的時候可以應用干細胞庫的同種異體干細胞)以及BMP，成骨材料要求能夠充滿支架，自體骨髓基質干細胞需要滲透成骨材料，BMP適量，表面覆蓋可吸收生物膜B1-guide膜，可吸收生物膜的大小以支架的長短為依據。
[0028]將軟組織縫合；完成成骨后進行純鈦的人工牙根種植體植入，最后完成義齒修復。
【權利要求】
1.修復一側下頜骨缺損超過4顆牙位的個性化支架，其特征在于所述個性化支架包括由鈦金屬制成的支架本體，其上包括成骨材料羥基磷灰石、自體骨髓基質干細胞和BMP，表面覆蓋B1-guide膜，所述支架本體為與健康側的骨骼外形鏡像對稱的外形，內部為網狀結構，所述網狀結構的內部連通孔間通孔的中心距范圍為1-lOmm，所述網狀結構的靠近牙床部分的內部連通孔間通孔的中心距范圍為l_6mm，所述網狀結構的遠離牙床部分的內部連通孔間通孔的中心距范圍為6-10mm。
2.根據權利要求1所述的修復一側下頜骨缺損超過4顆牙位的個性化支架，其特征在于所述網狀結構以笛卡爾正交桁架結構作為個性化支架內部聯通的基本單元。
【文檔編號】A61F2/28GK204033541SQ201320375938
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月27日 優先權日:2013年6月27日
【發明者】徐娟, 胡敏, 譚新穎, 劉昌奎 申請人:中國人民解放軍總醫院