[发明专利]一种基于分层片状杆连接的多孔网状结构骨科修复植入体的设计制作方法及植入体

说明书

一种基于分层片状杆连接的多孔网状结构骨科修复植入体的设计制作方法，所述方法包括以下步骤：1)CT数据的获取及三维实体模型的建立；2)病变部位修复模型的建立；3)个性化分层片状杆连接的多孔网状修复植入体的设计；4)个性化分层片状杆连接的多孔网状修复植入体的制作；5)修复植入体生物活化处理。本发明提供了一种基于分层片状杆连接的多孔网状结构骨科修复植入体的设计制作方法及植入体，能够根据骨组织在不同方向的结构及受力的梯度变化特点，利用骨表面形状以不同的间距生成若干层，并在每一层上设计相应大小的多孔，并根据植入部位的受力特点，在植入体内部设计不同方向的连杆承受外载荷。

技术领域

本发明涉及骨科植入体修复技术领域，尤其是涉及一种基于分层片状杆连接的多孔网状结构骨科修复植入体的设计制作方法及植入体。

背景技术

骨骼是人体组织中重要的组成部分之一，骨骼在人体内具有支撑身体、保护内脏、完成运动和参与代谢等作用，其外形结构复杂，且具有较强的个体差异性。在现实生活中，由于肿瘤、创伤等原因造成的骨组织缺损会不可避免的导致骨组织功能的丧失以及容貌畸形，严重影响患者的生存质量。

目前，大面积骨缺损的修复治疗在外科手术中一直是热点之一。自体骨移植是临床常用的修复手段，即通过在患者自身合适部位取适量骨组织进行移植修复，长期以来被认为是骨缺损修复治疗的＂金标准＂。但自体骨来源有限，在取材时必然造成取骨部位二次创伤，増加病人痛苦，治疗时间増长，容易出现并发症，且移植骨不易塑形，难以用于修复大面积骨缺损。综上所述，自体骨移植无法完全满足当前的临床需求，临床上急需一种新思路新方法修复骨缺损。

随着材料科学和材料制备技术的发展，人们努力探索实现用人工骨材料替代自体骨材料的方法，近年来已有多种人工骨移植替代材料应用于临床。个性化金属植入体是目前修复的另一种方法，钛合金骨植入体现已大量在临床上使用。然而，目前的钛及钛合金材料植入体仍存在明显的缺陷。首先钛及钛合金植入物的弹性模量与骨组织的弹性模量严重不匹配，钛及钛合金(约110Gpa)的弹性模量远远高于正常骨组织(1-20Gpa)，植入后容易产生“应力屏蔽”效应，严重影响植入物和宿主骨之间的骨整合效果，最终造成植入体松动甚至断裂，影响重建修复效果。

为了弥补钛及钛合金材料的缺陷，完善其对于骨组织缺损的修复重建性能，针对“应力屏蔽”现象，多孔结构成为骨组织修复金属植入体设计的一种新思路。首先孔隙的存在可以影响金属植入体的弹性模量，即通过调整孔径大小和孔隙率来使其与人体骨组织的力学性能相匹配，从而有效降低或消除应力遮挡效应。此外多孔结构的粗糙内外表面有利于成骨细胞的黏附、增殖和分化，促进新生骨组织长入孔隙，使植入体和骨组织形成一种绞锁结构，最终形成一个整体，有利于植入体的长期稳定固定。同时三维交通的孔隙能够使体液自由传输，为新骨成长带来营养物质，带走代谢废物，促进组织的再生与重建，加速整个修复过程。

现有的植入体多孔结构大多数集中在三维晶格的设计上，利用胞元在各个方向周期性重复得到，这类结构内部微孔形态相同，与实际骨组织孔隙结构有一定的差距；而且这种均匀的多孔结构在设计时较少考虑植入部位的受力情况，未根据其应力分布合理布置杆架结构；另外，通过标准的多孔结构与原始骨表面间布尔运算得到最终的植入体结构，一般难以保证植入体表面的精准性和连续性。因此，现有的多孔结构骨植入体包括金属和高分子材料植入体都难以满足临床使用要求，修复的长期稳定性不佳，其结构和设计方法存在较大的改进空间。

发明内容

为了解决现有骨科修复中传统钛合金植入体存在“应力遮蔽”现象而引起的修复失败、多孔植入体与骨组织性能不匹配而造成的修复稳定性差的问题，本发明提供了一种基于分层片状杆连接的多孔网状结构骨科修复植入体的设计制作方法及植入体，能够根据骨组织在不同方向的结构及受力的梯度变化特点，利用骨表面形状以不同的间距生成若干层，并在每一层上设计相应大小的多孔，并根据植入部位的受力特点，在植入体内部设计不同方向的连杆承受外载荷，以此得到一种个性化的分层片状杆连接多孔网状植入体结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：