[發明專利]一種多孔半月板替代物建模及其制備方法

有效

• 申請號: 202010621722.4
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111728742B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 朱莉婭;程明;孫文晨;蔣青;李瀾
• 申請（專利權）人: 蔣青;李瀾;朱莉婭;程明;孫文晨
• 主分類號: A61F2/38
• 分類號: A61F2/38
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 龍洪

1.一種多孔半月板替代物的建模方法，其特征在于，步驟如下：

步驟一.用CT掃描患者半月板部位，對掃描圖進行圖像處理，獲取與患者相匹配的半月板模型；

步驟二.對患者半月板處股骨、脛骨以及半月板部位的集中壓縮應力和剪切應力、應力分布進行參數采集，采用參數化建模方式創建多孔半月板替代物模型中的孔，對孔的孔隙形狀、孔徑和孔隙率進行設定，然后與圖像處理后的半月板模型進行布爾運算擬合成多孔半月板替代物模型后，通過膝關節力學有限元仿真測試，測試多孔半月板替代物模型的集中壓縮應力和剪切應力、應力分布，如果多孔半月板替代物模型仿真數據與用戶自身半月板數據匹配，則構建成功，反之，重新調整多孔半月板替代物模型中孔的孔隙形狀、孔徑和孔隙率，重復上述步驟，直至獲得最終的半月板替代物模型；

所述參數化建模方式具體過程如下：通過三重周期性基元參數建模方法創建多孔半月板替代物模型中的孔，采用三重周期性基元參數建模方法中不規則的Primitive結構或Gyroid結構，通過調整Primitive結構和Gyroid結構曲面構造參數，進而調整多孔半月板替代物模型中孔的孔隙形狀、孔徑和孔隙率。

2.根據權利要求1所述的一種多孔半月板替代物的建模方法，其特征在于，所述圖像處理步驟如下：將圖像進行二值化處理，再利用中值濾波去除CT圖像獲取和數字化過程中摻雜的噪聲，然后利用邊緣檢測方法對濾波后的圖像進行邊緣檢測及輪廓提取，將批量處理后的圖像導入Mimics軟件中，對曲線輪廓進行擬合，最終獲取與患者相匹配的半月板模型。

3.根據權利要求1所述的一種多孔半月板替代物的建模方法，其特征在于，多孔半月板替代物模型中孔的孔徑為0.1～2mm，孔隙率為10～80％。

4.基于權利要求1-3中任一所述的方法制備的多孔半月板替代物模型。

5.一種基于權利要求4所述的模型制備多孔半月板替代物的方法，其特征在于，所述方法為3D打印或注模工藝，當采用3D打印時，對多孔半月板替代物模型進行切片處理，獲得3D打印機的打印路徑，然后將支撐材料注入3D打印機的料筒中，加熱至185～220℃熔化，然后使用200～500kPa的壓力和2～10mm/s的沉積速度通過直徑為100～1000μm的噴嘴在平臺上成型得到支撐骨架，獲得多孔半月板替代物；當采用注模工藝時，根據多孔半月板替代物模型獲得模具，在注模材料中添加致孔劑后注入模具，待半月板替代物成型后，通過物理化學操作去除致孔劑即可獲得多孔半月板替代物，3D打印或注模工藝過程中控制孔的孔徑為0.1～2mm，孔隙率為10～80％。

6.根據權利要求5所述的多孔半月板替代物的制備方法，其特征在于，3D打印包括單噴頭打印和多噴頭打印，當采用單噴頭打印時，通過3D打印機制得支撐骨架后，手動填充水凝膠進入支撐骨架的多孔結構中，最終得到多孔半月板替代物；當采用多噴頭打印時，通過3D打印機在制備支撐骨架時將水凝膠填充至支撐骨架的多孔結構中，最終得到多孔半月板替代物。

7.根據權利要求6所述的多孔半月板替代物的制備方法，其特征在于，所述支撐材料為高分子聚合物，包括聚己內酯、聚乳酸、熱塑性聚氨酯和聚碳酸酯型聚氨酯中的至少一種，當采用注模工藝時，注模材料為所述支撐材料或水凝膠材料，致孔劑為藻酸鹽微粒、聚氨酯或PEG4000。

8.根據權利要求6所述的一種多孔半月板替代物的制備方法，其特征在于，所述水凝膠為天然或合成的水凝膠，包括瓊脂糖、藻酸鹽、膠原蛋白、明膠、HA、殼聚糖、結冷膠、纖維素、纖維蛋白、聚乙烯醇、聚乙二醇和聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物中的至少一種。