[发明专利]个性化多孔甲状软骨支架制备方法

说明书

技术领域

本发明属于医用植入物的个体化与数字化设计制造领域，尤其是一种针对喉部甲状软骨缺损修复使用的个性化多孔甲状软骨支架的制备方法。

背景技术

喉部外伤和肿瘤外科手术常带来喉腔气管的大范围的缺损，喉气管软骨的支撑作用丧失，术后常不能拔管。重建和修复喉部软骨缺损，恢复其支撑功能，最大限度地保留呼吸、吞咽、发音功能具有重要的临床意义。

生物陶瓷材料羟基磷灰石（HA）制备的骨支架因其无机成分与天然骨成分相似，且生物相容性高，已经在临床上被广泛应用为骨替代物。与密实羟基磷灰石支架比较，多孔羟基磷灰石支架能提供更大的表面积来供细胞吸附及更多的空间实现细胞新陈代谢，其孔隙内部微观结构控制骨再生的度，影响骨再生的路径，并决定支架的力学性能。

现有技术中主要有如下几种工艺制备人工组织支架：

1、专利授权公告号为CN1561928A所述的方法，其根据CT图像生成控制快速成型机的计算机指令，采用羟基磷灰石浆料，在凝胶叠层快速成型机上进行人工骨的制造。使用这种技术制备多孔骨支架不仅仅受到专用设备的限制，同时受到现有快速成型精度的限制，无法直接制备适合骨组织支架所需要的200微米左右孔隙结构，且制备出来的支架内部孔隙与孔隙之间的间距过大，直接导致支架内部孔隙的均匀性不佳，当支架被植入体内时，不能快速有效的形成活化骨。

2、专利授权公告号为CN101856514A采用珊瑚羟基磷灰石粉末与左旋聚乳酸混合材料，在选择性烧结快速成型机上直接制作人工骨支架。使用这种选择性激光烧结工艺制备的支架，在个性化外形及内部孔隙结构上都能有效的控制，但在烧结过程中支架样件内部层与层之间易产生应力集中，若结构控制不合理，极易造成支架内部出现裂纹，直接影响支架强度。

3、专利授权公告号为CN1618412A，其首先采用快速成型机制作骨头模型，然后翻制石膏阴模，在石膏阴模中浇注生物活性人工骨浆料，固化脱模后得到颅骨修复体。使用这种方式制备的支架，首选是未能充分的利用快速成型设备在个性化制造上的优势，通过翻制石膏模具本身对个性化外形的精度就造成了影响，同时方法中也未提到支架内部孔隙结构的制备过程。

4、专利授权公告号为CN1561931A，其首先采用快速成型机制造壁上带孔的模具，再用涂挂有胶原蛋白的可吸收缝合线在孔间编织成立体交叉网状的结构，然后在内部浇注人工骨浆，固化脱模后得到内部联通的人工骨。这种工艺制备方法流程复杂，所使用的内部挂浆形式虽然能够制备出内部联通的孔隙结构，但受挂浆工艺的影响，填充骨浆料在支架上的保留量较少，导致支架的力学性能大打折扣。

5、专利授权公告号为CN102614034A，其采用分层式模具制备个性化支架的外形，在模具完成后直接使用凝胶注模法制备密实无空隙的承重骨支架。这种方式制备的骨支架，因内部无联通孔隙结构，且其外形模具制备过程工艺繁琐，导致其支架内部结构不适合体内移植，同时其个性化外形受模具加工制造的影响也难以与病患的差异性缺损完全贴合。

综上所述，现有技术中组织工程的支架制备大多未考虑患者对个性化外形的需求，抑或在制备个性化外形时需要依靠专用的快速成型设备的问题，除此之外，现有技术中制备组织工程支架未能在保证个性化外形的需求下，在支架内部也提供联通孔隙的问题，因此，在这种类型的支架制备过程中亟需提出新的制备方法解决目前存在的问题。

发明内容

基于上述的情况，本发明提供一种工艺流程简单、无需专用快速成型机的前提下制备个性化多孔甲状软骨支架的制备方法，以解决目前的现有制备方法生产的甲状软骨支架无法满足病患对支架外形个性化需求，及对支架内部联通孔隙的要求等问题。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案为：个性化多孔甲状软骨支架制备方法，制备步骤如下：

步骤一：使用高精度的医用CT对活体进行数据采集，并使用分割算法将甲状软骨区域分割出来，并将数据以文本格式导出；

步骤二：在逆向工程软件Geomagic Studio中，对上述步骤一所获得的轮廓点数据进行体外孤点剔除、减少噪音杂点、表面光顺和逆向三维造型；

步骤三：使用工业CAD软件UG-NX对已完成的个性化甲状软骨数字模型进行快速模具设计，并通过快速成型制备个性化甲状软骨快速模具；

步骤四：使用凝胶起泡法制备以羟基磷灰石颗粒为填充基质的泡沫浆料，将浆料注入步骤三所述的个性化甲状软骨快速模具中，并引发原位固化反应后完成软骨支架毛坯制备；

步骤五：将步骤四中制备的支架毛坯脱模后干燥并高温烧结，完成个性化多孔甲状软骨支架的制备。