[发明专利]一种变密度多孔结构的全下颌骨假体成形方法

说明书

本发明一种变密度多孔结构的全下颌骨假体成形方法，针对损伤的下颌骨，分别获取头部CT和MRI数据，分别建立下颌骨骨结构三维模型和下颌骨关节软骨和韧带、肌肉组织三维模型；经过三维图像融合与镜像修复修复，得到完整的全下颌骨三维重构模型；得出下颌骨应力分布情况；根据下颌骨应力分布情况，以下颌骨骨结构三维模型为优化设计对象，以圆形孔为填充单元，进行拓扑优化设计，最终得到具有变密度多孔结构的全下颌骨假体模型；对钛合金粉末进行加工，进行清理、退火热处理、线切割及去支撑、喷砂、打磨处理，得到最终的变密度多孔结构的全下颌骨假体。本发明得到的变密度多孔结构与天然骨骼的力学性能更接近，生物相容性更好。

技术领域

本发明涉及一种变密度多孔结构的全下颌骨假体成形方法，属于人造金属骨骼成形技术领域。

背景技术

下颌骨位于面部中下1/3位置，与上颌骨共同构成并维持正常的咀嚼及语言等功能，是面目唯一可以活动的骨骼，解剖形态和位置特殊。由于先天畸形、肿瘤切除、外伤等原因引起的下颌骨节段性缺损，造成下颌骨完整性的破坏和连续性的中断，不仅使患者产生咀嚼、吞咽等功能性障碍，而且极易导致患者面部畸形，需要通过修复重建来实现功能和容貌的恢复。目前，针对大范围下颌骨节段性缺损，特别是包括髁突在内的一侧下颌骨不超过中线的任意长度的缺损，主要依赖自体骨移植进行修复重建。该方法存在自体骨骨源不足、移植骨塑形困难、临床手术操作复杂等问题。因此，寻求个性化形态与功能恢复相统一的修复材料和重建手段是下颌骨缺损修复重建的重要方向。

近年来，随着医学影像、计算机辅助设计与3D打印技术的进一步发展和完善，运用钛合金3D打印技术制备成形的个性化假体为大范围下颌骨缺损或全下颌骨缺失的修复重建提供了可能。打印成形的钛合金下颌骨假体，其三维模型主要来源于CT扫描数据，这些数据无法清晰显示下颌骨髁突、关节盘和关节窝的结构及位置关系，成形假体与患者下颌骨关节配合不理想；生物力学模型信息来源于标准模型或其他正常下颌骨结构，无法充分体现患者自身下颌骨受力情况；为减轻假体重量，采用点阵镂空+蒙皮结构，均匀的点阵结构无法对骨骼的应力传导做到精确控制，密封蒙皮无法让肌肉与神经进行植入生长。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，提供一种变密度多孔结构的全下颌骨假体成形方法，将患者CT与MRI数据相结合，制备变密度多孔结构的全下颌骨假体，对骨骼的应力传导做到精确控制。

本发明解决的技术方案为：一种变密度多孔结构的全下颌骨假体成形方法，步骤如下：

(1)针对损伤的下颌骨，分别获取头部CT和MRI数据，根据头部CT和MRI数据，提取头部CT中下颌骨特征图像和MRI数据中下颌骨特征图像，根据头部CT中下颌骨特征图像和MRI数据中下颌骨特征图像，分别建立下颌骨骨结构三维模型和下颌骨关节软骨和韧带、肌肉组织三维模型；；对下颌骨骨结构三维模型和下颌骨关节软骨和韧带、肌肉组织三维模型进行三维图像融合，得到损伤下颌骨的三维重构模型；根据损伤下颌骨三维重构模型中完好部分的结构特征，对损下颌骨三维重构模型进行修复，得到完整的全下颌骨三维重构模型；

(2)根据头部MRI数据，获取下颌骨肌肉附着点、纤维方向；在步骤(1)完整的全下颌骨三维重构模型上施加肌肉受力载荷的大小和方向，在不同牙齿区域施加正常咬合力载荷，在下颌骨左右的关节位置分别施加铰链约束模拟下颌骨与上颌骨的连接和活动关系，得到下颌骨生物力学模型，通过有限元分析，得出下颌骨应力分布情况，包括：受拉应力作用区域和受压应力作用区域；

(3)根据步骤(2)的下颌骨应力分布情况，以步骤(1)的下颌骨骨结构三维模型为优化设计对象，以圆形孔为填充单元，对受拉应力作用区域以天然骨模量为目标进行孔密度优化，对受压应力作用区域以最小化质量为目标进行孔密度优化(此即为全下颌骨变密度孔结构的拓扑优化原则)，最终得到具有变密度多孔结构的全下颌骨假体模型；

(4)根据步骤(3)具有变密度多孔结构的全下颌骨假体模型，采用激光选取融化3D打印成形工艺，对钛合金粉末进行加工，得到成形的变密度多孔结构的全下颌骨假体原型；