[发明专利]一种合金脑颅骨修复体的制备方法

摘要

本发明涉及一种合金脑颅骨修复体的制备方法。该方法主要包括步骤：获取患者颅骨图像数据、三维重建生成颅骨模型、获得二维修复体并进行塑形制作，获得合金脑颅骨修复体等。本发明所述制备方法弥补了传统制备技术的不足，高效制备出满足医用材料生物相容性和力学相容性要求的复杂形状的合金脑颅骨修复体。同时，该制备方法成本较低，制造精度高、成型效率高。

主权项

1.一种合金脑颅骨修复体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用计算机断层扫描技术方式获取患者颅骨图像数据，计算机断层扫描技术的扫描间距为1.7～1.9mm，获得的图像数据用标准DICOM文件格式储存于计算机可读介质，得到颅骨缺损轮廓；(2)将DICOM格式的CT图像数据导入数字化三维医学影像交互式处理软件Mimics中进行数据的读取、分割及三维重建，选取分割后颅骨图像的任一像素点，则与此像素点连接的三维区域均被临时记录下来，提取颅骨的灰度阈值范围为505～2055；颅骨三维成型后，通过Mimics的镜像功能将健侧颅骨对称复制到缺损部位，再利用透明功能使缺损形状及边缘可见，利用多面体分割功能沿着缺损边缘切割修复体模型并进行分离；提取完成后以STL格式输出修复体，并且存放有医学图像控制系统软件的计算机输出三维重建生成的颅骨模型；(3)利用逆向工程软件Surfacer对颅骨缺损进行修补、CAD设计出个体化的颅骨缺损修复体，调整颅骨原型的位置，并提取出修复体曲面数据，根据颅骨缺损模型确定金属修复体的边缘轮廓，采用逆向设计、CAD设计出金属修复体的曲面形状，最后根据该修复体的曲面对金属修复体进行塑形；(4)将步骤(3)中所获得的曲面数据在有限元分析软件Deform、autoform或Dynaform中通过计算、数据处理功能，根据修复体曲面，综合金属材料的弯曲、拉伸、压延的塑性变形因素，反求出颅骨修复体平面状态的边缘轮廓和面积大小，获得二维平面的修复体；(5)根据步骤(4)中获得的二维平面的修复体，制作二维合金网片：以海绵钛为原料，将海绵钛与氢气混合，保持氢气正压为0.06～0.07MPa，在680～700℃保温30～40min，确保海绵钛与氢气充分反应后降温冷却；然后对海绵钛采用气流磨进行破碎，气流磨的转速控制在1100r/min～1200r/min，破碎得到粒度为15～30um的氢化钛粉末；将上述氢化钛粉末作为原料，采用氩气作为气体射频等离子体进行脱氢及球化处理，射频等离子体输出功率为65kw～75kw；并采用氩气作为保护气，保护气流量为0.8m3/h～1.2m3/h，使形成稳定的等离子炬；然后采用氩气作为载气将氢化钛粉输送至等离子炬中央，送氢化钛粉末的速率选择在150g/min～200g/min，氢化钛粉在下落过程中经过等离子炬受热熔融，并在氩气的保护下沉积在收集罐中，即得钛粉；将制得的钛粉、选用金属镁粉、金属钼粉采用球磨工艺进行机械混合均匀，上述混合的粉末中金属镁粉的含量为5～10wt％、金属钼粉的含量为3～5wt％，余量为钛粉，球磨工艺的球料比为2.5∶1～1.5∶1，球磨时间为5～8h，转速为50～80r/min；并对混合的粉末进行冷等静压，冷等静压的压力为200～300Mpa，保压时间为10～15min；在真空炉中对混合粉末进行激光烧结成形，获得烧结粉末合金坯体，真空烧结时真空度要≤10‑3Pa，烧结保温时间为2.5～3.5h，激光功率为20～30W，坯体表面涂玻璃润滑剂保护，然后对坯体进行机械加工，制成二维合金网片，网片的厚度为40～60μm；(6)根据在步骤(3)中提取的修复体曲面数据，烧制修复体模型，修复体模型使用的材料为步骤(5)中所制得的钛粉以及热塑性树脂粉末，修复体模型中热塑性树脂粉末的含量为5～7wt％，在纯度为99.3％～99.5％的惰性氩气保护下，以CO2激光器为热源，对混合粉末进行烧结成形，得到修复体模型坯件，激光功率为32～38W；在惰性气体保护下，将修复体模型坯件放入脱脂炉内，直接进行热脱脂；脱脂温度为350～450℃，保温时间为1.5～2.5h，脱除速率为2～4℃/min；在惰性气体保护下，将修复体模型坯件放入烧结炉内，进行高温烧结，最终得到修复体模型，烧结温度为900～1100℃，保温时间为1.5～2.5h，升温速率为2.5～3.5℃/min；然后进行模压塑性变形，并在预锻和终锻中间安排预热和热处理，获得所需要的修复体模型坯件的形状和尺寸；进行均匀化退火，用喷砂机打磨修复体模型的凸面及其边缘，最后手工打磨，直至修复体模型表面达到技术要求，进而对其进行超声波清洗和消毒处理；将制作好的修复体模型与步骤(5)中制成的二维合金网片贴合比较，并进行压制，在压制过程中把二维合金网片反复与修复体模型比较，直至两者完全吻合，并修剪所述二维合金网片；(7)将步骤(6)中制得的产品置于温度为55～65℃、浓度为7～8mol的NaOH溶液中浸泡2～4h，之后用水清洗后使其干燥，然后放入36～37℃的SBF缓冲液中浸泡15～20h，清洗后干燥进行热处理，以5℃/min的速率加热至625～635℃保温25～35分钟，然后关闭电源随炉冷却至室温，制得最终的合金脑颅骨修复体。