[發明專利]一種考慮軟組織附著和骨生長的下頜骨多孔植入體的設計方法及多孔植入體

在審

• 申請號: 202010781768.2
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN111986310A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 彭文明;劉云峰;程康杰;姜獻峰;董星濤
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/11;G06F30/23;A61F2/30;A61F2/28
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強;李百玲

一種考慮軟組織附著和骨生長的下頜骨多孔植入體的設計方法及多孔植入體，所述設計方法包括以下步驟：1)患者CT圖像數據采集及下頜骨三維模型建立：2)下頜骨多孔植入體的設計；所述多孔植入體包括分層多孔下頜骨植入體和兩個固定連接結構，所述分層多孔下頜骨植入體包括分層多孔植入體主體結構和基于拓撲優化設計能夠承擔并傳遞載荷的多孔植入體表面結構。本發明設計了一種新型多孔修復結構，并利用拓撲優化技術對植入體的表面結構和固定結構進行優化設計，達到在穩定固定連接的前提下，植入體在外層承擔并傳遞載荷、在內部通過連桿結構分散和傳遞應力并刺激骨組織生長愈合的功能。

技術領域

本發明涉及下頜骨缺損修復技術領域，尤其是涉及一種考慮軟組織附著和骨生長的下頜骨多孔植入體的設計方法及多孔植入體。

背景技術

下頜骨作為面下1/3骨性框架維系著頜面不規則曲面形態并協助實現咀嚼、吞咽及語音等生理功能。下頜骨因腫瘤、創傷、炎癥性疾病等各種原因容易造成節段性缺損，而缺損的解剖區域不同導致不同的生物力學特點，造成相應的功能障礙，同時修復重建的要求也不一樣。下頜骨缺損特別是大型的下頜骨缺損會給患者帶來極大的心理和生理障礙，嚴重影響患者的生存質量，重建缺損下頜骨生理功能和解剖外形是本領域中近一個世紀來具有挑戰性的課題。

下頜骨植入體是指下頜骨缺損后能夠幫助患者重建外貌形態、恢復咬合功能的植入體。運用現代化醫學科學手段功能性重建下頜骨，在考慮外形的精準恢復的同時，修復體與剩余骨組織須具有良好的生物力學相容性，最后達到咬合關系的穩定、功能恢復性等問題。目前臨床上下頜骨重建主要以自體骨移植為主，自體骨移植修復下頜骨常采用髂骨、肋骨游離植骨或帶血管蒂的腓骨瓣，皮瓣骨具有血供穩定、血管粗易吻合、血運豐富、愈合快等優點，血管化的皮瓣骨已經成為下頜骨缺損重建最常用的方法。但自體骨來源極為有限，在取材時必然造成取骨部位二次創傷，增加病人痛苦，治療時間延長，甚至出現并發癥；且移植骨不易塑形，難以用于修復大面積骨缺損，在后期義齒修復時恢復咬合功能的效果也不理想。

由于自體骨移植修復技術存在著不足，近年來，隨著生物材料的飛速發展和現代醫學需求的提高，用于下頜骨缺損修復的骨替代生物材料即人工植入體的研究越來越受到學者的關注。鈦及鈦合金生物相容性好、重量輕、強度比高、毒性低和耐腐蝕性高，是滿足人體植入要求的少數材料之一，在下頜骨缺損修復中得到了廣泛應用。

但目前臨床上使用鈦合金植入體仍然存在很多問題，其中最大的問題是鈦合金與骨組織的彈性模量相差太大，易發生應力遮蔽現象，影響修復成功率。因此，為了避免在骨-植入物界面處的應力遮蔽，當使用這些材料時，必須調整等效的楊氏模量和屈服應力，一種有效的方法是根據Gibson和Ashby提出的各向同性材料引入可調節的孔隙率或相對密度。多孔結構材料由于內部三維空隙結構可以促進骨細胞的分化和增殖，鈦合金多孔植入體已在臨床上取得了良好的治療效果。此外，隨著增材制造技術的發展，可以用鈦合金制造復雜的幾何形狀以匹配修復部位的解剖結構，并且可以構造具有與小梁骨相似機械性能的多孔鈦支架。但目前鈦合金多孔結構主要采用不同“晶胞單元”構建的均勻多孔結構，這不僅與骨組織內部實際的非均勻孔隙結構存在較大差異，而且機械性能不佳。

另一方面，目前鈦合金植入體在臨床使用中容易造成軟組織穿孔和鈦板外露等并發癥，并最終導致植入修復的失敗。造成植入體外露的原因主要有兩個：一是由于植入體在設計時未考慮肌肉等軟組織的附著生長，在切口縫合后，覆蓋植入體的軟組織張力過大，軟組織緊張變薄，植入體周圍的軟組織向著切口處收縮變形，軟組織在較大張緊力下導致血供不足；另外一個是因為大面積塊狀植入體在修復后承受咀嚼力受力變形時，會不可避免出現頻繁擠壓軟組織的現象，造成植入體處軟組織內壓力增大，血液循環出現障礙，軟組織出現壞死感染，最終導致植入體外露。