[发明专利]一种基于3D打印的仿生多孔人工椎体制备方法

说明书

本发明提供了一种基于3D打印的仿生多孔人工椎体制备方法，包括：1、构建脊柱的有限元模型；2、将构建的有限元模型进行模拟生物力学实验；3、根据人工椎体所承受的应力分布，调整人工椎体尺寸或位置，得到最符合脊柱生物力学的人工椎体模型；4、利用3D打印技术，使用PEEK材料打印步骤3设计的人工椎体模型，将人工椎体与上下椎体接触的表面打印成有利于骨长入的多孔结构。本发明分析人工椎体所承受的应力分布，使人工椎体符合脊柱生物力学要求，保证使用的融合性、可靠性以及稳定性；采用高性能聚合物材料聚醚醚酮(PEEK)进行3D打印，生物力学匹配性良好、对影像学检查无干扰，个性化定制，符合生物力学要求。

技术领域

本发明涉及脊柱椎体重建技术领域，特别涉及一种基于3D打印的仿生多孔人工椎体制备方法。

背景技术

目前在脊柱手术中，对于脊柱疾病需要切除椎体的患者，填补缺损椎体使用的大多是钛合金钛笼+自体骨或异体骨，但常规需要填充同种异体骨或自体骨才能在后期实现骨性融合，同种异体骨价格昂贵，而且可能出现排斥反应，自体骨又需要二次手术操作取髂骨，并可能造成伤口并发症及后遗症等问题。即便是3D打印的人工椎体，大多数都是由钛合金等金属材料制成，但金属材料存在弹性模量不匹配、应力遮挡及对影像学检查干扰等问题。

申请号201710995804.3的专利公开了一种3D打印个性化定制人工椎体及其制备方法。本发明对缺损椎体行术前CT扫描建立三维模型，通过优化设计，打印出3D多孔仿生个体化脊柱椎体，并通过生物活性处理提高其生物相容性。但是，其建立三维模型后并没有进行模拟生物力学实验，没有将实体力学检测与生物力学分析相结合，因此，打印出的椎体不能很好符合脊柱生物力学要求。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种基于3D打印的仿生多孔人工椎体制备方法，以解决现有的3D打印人工椎体制备方法没有进行模拟生物力学实验，没有将实体力学检测与生物力学分析相结合，因此打印出的椎体不能很好符合脊柱生物力学要求的问题。

(二)技术方案

为实现上述基于3D打印的仿生多孔人工椎体制备方法解决现有的3D打印人工椎体制备方法没有进行模拟生物力学实验，没有将实体力学检测与生物力学分析相结合，因此打印出的椎体不能很好符合脊柱生物力学要求的问题，本发明提供如下技术方案：

一种基于3D打印的仿生多孔人工椎体制备方法，包括以下步骤：

步骤1、获取病人的脊柱CT数据，利用有限元分析的方法，建立脊柱的三维数字模型，对生成的三维数字模型进行网格化，得到网格化几何模型，将网格化几何模型结合脊柱的解剖结构，构建脊柱的有限元模型；

步骤2、将构建的有限元模型进行模拟生物力学实验，分析脊柱模型在正常压应力、旋转应力、屈伸应力及侧方弯曲应力状态下的数据，分析椎体及椎间盘的应力情况；

步骤3、按照椎体切除后脊柱缺损范围，设计人工椎体，模拟预定手术方式，完成脊柱重建手术，再次分析脊柱手术模型在正常压应力、旋转应力、屈伸应力及侧方弯曲应力状态下的数据，分析椎体及椎间盘的应力情况，与术前数据对比，并根据人工椎体所承受的应力分布，调整人工椎体尺寸或位置，得到最符合脊柱生物力学的人工椎体模型；

步骤4、利用3D打印技术，使用PEEK材料打印步骤3设计的人工椎体模型，将人工椎体与上下椎体接触的表面打印成有利于骨长入的多孔结构。

优选的，所述步骤1中采用mimics软件建立脊柱的三维数字模型。

优选的，所述步骤1中应用hypermesh软件对生成的脊柱的三维数字模型进行网格化。

优选的，所述步骤2中将构建的有限元模型，导入Ansys软件进行模拟生物力学实验。