[发明专利]一种考虑软组织附着和骨生长的下颌骨多孔植入体的设计方法及多孔植入体

说明书

一种考虑软组织附着和骨生长的下颌骨多孔植入体的设计方法及多孔植入体，所述设计方法包括以下步骤：1)患者CT图像数据采集及下颌骨三维模型建立：2)下颌骨多孔植入体的设计；所述多孔植入体包括分层多孔下颌骨植入体和两个固定连接结构，所述分层多孔下颌骨植入体包括分层多孔植入体主体结构和基于拓扑优化设计能够承担并传递载荷的多孔植入体表面结构。本发明设计了一种新型多孔修复结构，并利用拓扑优化技术对植入体的表面结构和固定结构进行优化设计，达到在稳定固定连接的前提下，植入体在外层承担并传递载荷、在内部通过连杆结构分散和传递应力并刺激骨组织生长愈合的功能。

技术领域

本发明涉及下颌骨缺损修复技术领域，尤其是涉及一种考虑软组织附着和骨生长的下颌骨多孔植入体的设计方法及多孔植入体。

背景技术

下颌骨作为面下1/3骨性框架维系着颌面不规则曲面形态并协助实现咀嚼、吞咽及语音等生理功能。下颌骨因肿瘤、创伤、炎症性疾病等各种原因容易造成节段性缺损，而缺损的解剖区域不同导致不同的生物力学特点，造成相应的功能障碍，同时修复重建的要求也不一样。下颌骨缺损特别是大型的下颌骨缺损会给患者带来极大的心理和生理障碍，严重影响患者的生存质量，重建缺损下颌骨生理功能和解剖外形是本领域中近一个世纪来具有挑战性的课题。

下颌骨植入体是指下颌骨缺损后能够帮助患者重建外貌形态、恢复咬合功能的植入体。运用现代化医学科学手段功能性重建下颌骨，在考虑外形的精准恢复的同时，修复体与剩余骨组织须具有良好的生物力学相容性，最后达到咬合关系的稳定、功能恢复性等问题。目前临床上下颌骨重建主要以自体骨移植为主，自体骨移植修复下颌骨常采用髂骨、肋骨游离植骨或带血管蒂的腓骨瓣，皮瓣骨具有血供稳定、血管粗易吻合、血运丰富、愈合快等优点，血管化的皮瓣骨已经成为下颌骨缺损重建最常用的方法。但自体骨来源极为有限，在取材时必然造成取骨部位二次创伤，增加病人痛苦，治疗时间延长，甚至出现并发症；且移植骨不易塑形，难以用于修复大面积骨缺损，在后期义齿修复时恢复咬合功能的效果也不理想。

由于自体骨移植修复技术存在着不足，近年来，随着生物材料的飞速发展和现代医学需求的提高，用于下颌骨缺损修复的骨替代生物材料即人工植入体的研究越来越受到学者的关注。钛及钛合金生物相容性好、重量轻、强度比高、毒性低和耐腐蚀性高，是满足人体植入要求的少数材料之一，在下颌骨缺损修复中得到了广泛应用。

但目前临床上使用钛合金植入体仍然存在很多问题，其中最大的问题是钛合金与骨组织的弹性模量相差太大，易发生应力遮蔽现象，影响修复成功率。因此，为了避免在骨-植入物界面处的应力遮蔽，当使用这些材料时，必须调整等效的杨氏模量和屈服应力，一种有效的方法是根据Gibson和Ashby提出的各向同性材料引入可调节的孔隙率或相对密度。多孔结构材料由于内部三维空隙结构可以促进骨细胞的分化和增殖，钛合金多孔植入体已在临床上取得了良好的治疗效果。此外，随着增材制造技术的发展，可以用钛合金制造复杂的几何形状以匹配修复部位的解剖结构，并且可以构造具有与小梁骨相似机械性能的多孔钛支架。但目前钛合金多孔结构主要采用不同“晶胞单元”构建的均匀多孔结构，这不仅与骨组织内部实际的非均匀孔隙结构存在较大差异，而且机械性能不佳。

另一方面，目前钛合金植入体在临床使用中容易造成软组织穿孔和钛板外露等并发症，并最终导致植入修复的失败。造成植入体外露的原因主要有两个：一是由于植入体在设计时未考虑肌肉等软组织的附着生长，在切口缝合后，覆盖植入体的软组织张力过大，软组织紧张变薄，植入体周围的软组织向着切口处收缩变形，软组织在较大张紧力下导致血供不足；另外一个是因为大面积块状植入体在修复后承受咀嚼力受力变形时，会不可避免出现频繁挤压软组织的现象，造成植入体处软组织内压力增大，血液循环出现障碍，软组织出现坏死感染，最终导致植入体外露。