一種3d打印鈦合金胸骨替代件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及生物醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域，特別指一種采用特殊的修復(fù)材料替換病變胸骨部分的3D打印鈦合金胸骨替代件。
【背景技術(shù)】
[0002]胸骨是位于胸前壁正中的扁骨，形似短劍，分柄、體、劍突三部。胸骨兩側(cè)與肋骨相連接，構(gòu)成胸廓，對(duì)保護(hù)縱膈及胸腔內(nèi)臟器起作重要作用。由于胸骨腫瘤、感染、放射性潰瘍、外傷和先天性畸形等胸骨常見疾病，往往需要手術(shù)治療，從而造成胸骨的缺損，嚴(yán)重時(shí)需要切除整個(gè)胸骨。胸廓的完整性、穩(wěn)定性和對(duì)縱膈臟器的保護(hù)性遭到破壞、危及患者的生命。胸骨需要重建，目前應(yīng)用胸骨的重建方法和材料較多，但都有不少相應(yīng)的缺點(diǎn)，手術(shù)修復(fù)效果不理想。
[0003]目前國內(nèi)外對(duì)胸骨重建的文獻(xiàn)不是很多，主要參照胸壁肋骨缺損重建方法來完成胸骨重建，修復(fù)的方法較多:有異體骨、自體骨移植、肌瓣、皮瓣、大網(wǎng)膜、鋼板、有機(jī)玻璃、金屬網(wǎng)、金屬絲、合成纖維、聚四氟乙烯網(wǎng)、鈦網(wǎng)、硅橡膠片、Marlex網(wǎng)及滌綸布、骨水泥等，效果參差不齊，先簡單介紹如下:
[0004]1、自體組織。具有來源廣泛、取材方便、組織相容性好，無異物反應(yīng)，患者易于接受有很好的支持力，能防止胸壁浮動(dòng)及反常呼吸;能長期置于體內(nèi)，不發(fā)生松動(dòng);且能透過X線等優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)是取材有限，抗拉強(qiáng)度不足，破壞其它組織結(jié)構(gòu)造成手術(shù)創(chuàng)傷。故多用于面積較小的缺損修復(fù)及皮瓣填塞和轉(zhuǎn)移，另外也可結(jié)合人工材料進(jìn)行修復(fù)。臨床上常用的有胸大肌、胸大肌島狀皮瓣、乳腺、腹直肌、腹直肌肌皮瓣(TRAM)、背闊肌、背闊肌肌皮瓣、前鋸肌、膈肌、大網(wǎng)膜、自體肋骨、髂脛束等。植骨的成功很大程度上取決于自體骨的質(zhì)量，植骨床的血供及有血運(yùn)豐富的軟組織覆蓋。另外還必須有足夠的固定，消除軟組織與植骨之間的剪刀活動(dòng)，有利于新生血管長入，手術(shù)要求高，難度大。且自體組織的修復(fù)多偏向?qū)θ睋p部位的覆蓋，而剛性條件的滿足方面不理想。大面積的缺損，自體組織修復(fù)稍顯不足，手術(shù)取材也增加了患者的痛苦。
[0005]2、人工材料。種類繁多，早期主要有鋼板、有機(jī)玻璃板、鋼絲網(wǎng)等，但這類材料的組織相容性差，難于固定且易松動(dòng)，不易塑形及裁剪，金屬材料特別是金屬板會(huì)影響術(shù)后X線檢查及放療，故近年已放棄使用。目前國際上骨性胸壁修復(fù)多采用骨水泥或自體組織材料聯(lián)合重建。這類材料組織相容性較好，裁剪塑形方便，便于滅菌，不影響術(shù)后X線檢查及放療，但仍存在柔韌性差，與組織密合性不佳，抗張強(qiáng)度不夠，尺寸偏小，在大面積的缺損修復(fù)上受限及價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。Hyans等選用聚四氟乙烯補(bǔ)片進(jìn)行修復(fù)，以解決補(bǔ)片與肺組織粘連的問題，取得了一些進(jìn)展。近年了使用MMA(甲基丙烯酸樹脂)取得了一定進(jìn)展，MMA固化后強(qiáng)度大、穩(wěn)定性強(qiáng)，固化前延展性強(qiáng)、可塑性好組織相容性好，異物反應(yīng)比較輕，減少了手術(shù)后充填處感染、積液發(fā)生的幾率，X線對(duì)MMA有極好的穿透性，修補(bǔ)胸壁缺損后不影響X線檢查。但MMA在塑形時(shí)有較強(qiáng)的放熱反應(yīng)，容易灼傷周邊組織。另外，充填物和鄰近的肺組織可以進(jìn)行陰離子交換，病人可能出現(xiàn)代謝性酸中毒。
[0006]3、生物材料。多取自動(dòng)物組織，如:芽乃權(quán)等使用自制牛心包片+鋼絲網(wǎng)修復(fù)胸壁缺損效果滿意，也有采用豬為組織材料來源得?？偟膩碚f，生物材料柔韌性好，來源廣泛，抗拉力強(qiáng)，不易老化，制備保存方便。缺點(diǎn)是具有抗原性，易產(chǎn)生排斥，如不進(jìn)行改性則抗拉力不夠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)【背景技術(shù)】中存在的缺點(diǎn)和問題加以改進(jìn)和創(chuàng)新，提供一種采用鈦合金為制作材料，利用先進(jìn)的模型重建系統(tǒng)和打印技術(shù)生成的3D打印鈦合金胸骨替代件。
[0008]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是構(gòu)造一種包括對(duì)應(yīng)胸骨位置的胸骨部分，和分設(shè)于胸骨部分兩側(cè)對(duì)應(yīng)相應(yīng)肋骨位置的肋骨部分的胸骨替代件，其中:所述的胸骨部分頂端與胸骨的結(jié)合位置均勻的開有替代件固定螺孔，所述胸骨部分底端設(shè)計(jì)為蝶尾狀，左、右蝶尾對(duì)應(yīng)替代的最后一級(jí)肋骨位置，且蝶尾狀胸骨部分亦開有替代件固定螺孔;所述的各級(jí)肋骨部分外端與對(duì)應(yīng)肋骨的結(jié)合位置均開有替代件固定螺孔安裝固定。
[0009]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述的胸骨部分和肋骨部分均為鈦合金材料激光燒結(jié)技術(shù)打印成型。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述的胸骨部分和肋骨部分截面均為帶內(nèi)扣邊沿的外凸形結(jié)構(gòu)。
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述的替代件為胸骨病變部位的替代件，其胸骨部分和肋骨部分上的替代件固定螺孔與對(duì)應(yīng)的胸骨或肋骨非病變原骨部位安裝固定。
[0012]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0013]本實(shí)用新型采用鈦合金材料作為替代件的制成材料，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字化醫(yī)學(xué)技術(shù)和最先進(jìn)的醫(yī)用鈦合金3D打印技術(shù)完成替代件的制作，使替代件與原骨完美接合，避免了以往手術(shù)的復(fù)雜性和難度，縮短了手術(shù)時(shí)間，提高了手術(shù)效率。本替代件可永久留置于體內(nèi)，最大限度的恢復(fù)了正常胸骨的生物學(xué)形態(tài)與功能。
[0014]鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)加入其他元素組成的合金，本實(shí)用新型運(yùn)用3d打印技術(shù)打印的鈦合金強(qiáng)度遠(yuǎn)大于人體骨骼，所以設(shè)計(jì)模型比正常胸骨偏小，這樣就可以減輕重量，不會(huì)造成患者胸部壓迫等不適?？朔思韧闹委熌Ｊ郊葱毓侨笔Р糠钟霉撬嗵娲g(shù)后患者有強(qiáng)烈的胸部不適感的問題，操作更加簡便。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型替代件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是圖1A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是本實(shí)用新型替換術(shù)后狀態(tài)不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了便于理解本實(shí)用新型，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本實(shí)用新型的首選實(shí)施例。但是，本實(shí)用新型可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本實(shí)用新型的公開內(nèi)容更加透徹全面。
[0019]需要說明的是，當(dāng)元件被認(rèn)為是“設(shè)置”或“連接”在另一個(gè)元件上，它可以是直接設(shè)置或連接在另一個(gè)元件上或者可能同時(shí)存在居中元件。
[0020]除非另有定義，本文中所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與本實(shí)用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施目的，不是旨在于限制本實(shí)用新型。
[0021 ] 實(shí)施例:
[0022]2015年9月初，患者因胸部腫塊進(jìn)行性增大入院，經(jīng)CT檢查，骨腫瘤起源于胸骨，隨后腫瘤組織的增加使腫瘤也在不斷擴(kuò)大，從胸骨第一胸肋關(guān)節(jié)到劍突都受到腫瘤的侵犯，腫瘤的壓迫使患者產(chǎn)生了胸悶、氣短且疼痛的癥狀?；颊叩男毓悄[瘤塊實(shí)在太大，最終決定將患者的腫瘤整體切除后換上3D打印鈦合金胸骨替代件。
[0023]為了使患者更好的恢復(fù)，放診科為患者提供了一套高分辨薄層的CT數(shù)據(jù)，將DIC0M格式的影像學(xué)數(shù)據(jù)，輸入醫(yī)學(xué)三維處理軟件后，得到了患者的病理骨骼數(shù)據(jù)STL格式。收到數(shù)據(jù)后設(shè)計(jì)師導(dǎo)入模型制作，在此基礎(chǔ)上，醫(yī)師和計(jì)算機(jī)工程師協(xié)作，設(shè)計(jì)出一件完全符合該患者人體結(jié)構(gòu)，完美貼合肋骨及胸骨柄的3D胸骨替代件，并運(yùn)用激光燒結(jié)技術(shù)打印出鈦合金胸骨，進(jìn)行替換手術(shù)。
[0024]具體如下，根據(jù)CT數(shù)據(jù)在mimicS17.0重建的病變骨骼數(shù)據(jù)生成實(shí)體模型，生成的實(shí)體模型導(dǎo)入3dsmax中根據(jù)三維立體數(shù)據(jù)進(jìn)行病變切除部分重建，其中與原骨接觸部位及固定處，采取從原始重建數(shù)據(jù)中提取表面，從而達(dá)到一比一完全吻合，病變切除部位根據(jù)身體骨骼結(jié)構(gòu)人為構(gòu)建。在max中完成重建生成，生成實(shí)體模型后再通過金屬打印機(jī)打印出鈦合金材質(zhì)的替代件。
[0025]打印的胸骨替代件如1所示，包括替代病變胸骨的胸骨部分1，由上至下依次設(shè)置在胸骨部分1兩側(cè)替代對(duì)應(yīng)病變肋骨的第二肋骨部分2、第三肋骨部分3、第四肋骨部分4及第五六肋骨部分5。胸骨部分1的頂端和尾端開有固定螺孔6，各肋骨部分的外端亦開有固定螺孔，整個(gè)替代件就是通過固定螺孔與患體原骨安裝固定的，替換后狀態(tài)如圖3所示。
[0026]本替代件胸骨部分和肋骨部分均為鈦合金材料激光燒結(jié)技術(shù)打印成型，胸骨部分和肋骨部分截面均為帶內(nèi)扣邊沿的外凸形結(jié)構(gòu)，如圖2所示。本替代件與原骨接觸部位及固定處達(dá)到一比一完全吻合，相融好。
[0027]2015年9月23日下午，患者被推進(jìn)手術(shù)室，經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的奮戰(zhàn)，手術(shù)非常成功，術(shù)后也沒有出現(xiàn)不良反映，目前正術(shù)后恢復(fù)中。本實(shí)用新型充分展示了現(xiàn)代數(shù)字化醫(yī)學(xué)和最先進(jìn)的醫(yī)用鈦合金3D打印的碰撞，是3D打印技術(shù)在醫(yī)院方面的又一突破。
[0028]本實(shí)用新型所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行的描述，并非對(duì)本實(shí)用新型構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)思想的前提下，本領(lǐng)域中工程技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種3D打印鈦合金胸骨替代件，其特征在于包括對(duì)應(yīng)胸骨位置的胸骨部分，和分設(shè)于胸骨部分兩側(cè)對(duì)應(yīng)相應(yīng)肋骨位置的肋骨部分，其中: 所述的胸骨部分頂端與胸骨的結(jié)合位置均勻的開有替代件固定螺孔，所述胸骨部分底端設(shè)計(jì)為蝶尾狀，左、右蝶尾對(duì)應(yīng)替代的最后一級(jí)肋骨位置，且蝶尾狀胸骨部分亦開有替代件固定螺孔； 所述的各級(jí)肋骨部分外端與對(duì)應(yīng)肋骨的結(jié)合位置均開有替代件固定螺孔安裝固定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印鈦合金胸骨替代件，其特征在于所述的胸骨部分和肋骨部分均為鈦合金材料激光燒結(jié)技術(shù)打印成型。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印鈦合金胸骨替代件，其特征在于所述的胸骨部分和肋骨部分截面均為帶內(nèi)扣邊沿的外凸形結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印鈦合金胸骨替代件，其特征在于所述的替代件為胸骨病變部位的替代件，其胸骨部分和肋骨部分上的替代件固定螺孔與對(duì)應(yīng)的胸骨或肋骨非病變原骨部位安裝固定。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種3D打印鈦合金胸骨替代件，該替代件包括胸骨部分和肋骨部分，其中胸骨部分頂端與胸骨的結(jié)合位置均勻的開有替代件固定螺孔，所述胸骨部分底端設(shè)計(jì)為蝶尾狀，左、右蝶尾對(duì)應(yīng)替代的最后一級(jí)肋骨位置，且蝶尾狀胸骨部分亦開有替代件固定螺孔；所述的各級(jí)肋骨部分外端與對(duì)應(yīng)肋骨的結(jié)合位置均開有替代件固定螺孔安裝固定。本實(shí)用新型采用鈦合金材料作為替代件的制成材料，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字化醫(yī)學(xué)技術(shù)和最先進(jìn)的醫(yī)用鈦合金3D打印技術(shù)完成替代件的制作，使替代件與原骨完美接合，縮短了手術(shù)時(shí)間，提高了手術(shù)效率。本替代件可留置于體內(nèi)，最大限度的恢復(fù)了正常胸骨的生物學(xué)形態(tài)與功能。
【IPC分類】A61L27/06, A61F2/28
【公開號(hào)】CN205126500
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520940848
【發(fā)明人】石磊, 全磊, 肖高明
【申請(qǐng)人】湖南六新智能科技有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年11月18日