[發明專利]一種采用3D打印技術制備人體頸椎間盤的方法

在審

• 申請號: 202011103094.7
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112155794A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 龔友平;何晶洋;戚金來;陳國金;畢志凱;王飛;劉海強;陳慧鵬
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: A61F2/30
• 分類號: A61F2/30;A61F2/44
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開了一種采用3D打印技術制備人體頸椎間盤的方法。本發明首先通過醫學影像技術獲得人體相關部位的二維斷層掃描圖像，將斷層數據轉化為快速成型系統通用的數據輸入格式，進行有限元分析并通過不斷改進模型生成符合三維打印要求的數據。并通過軟件仿真不同工藝參數的打印結果，得到較好的工藝參數組合。準備待3D打印的原材料，采用鈦合金Ti?6Al?4V粉末。然后使用選擇性激光燒結型3D打印機打印基料。最后工件打印后機械處理，包括線切割，工件支撐去處及表面處理。本發明制備的器件尺寸精度高，有較好的表面粗糙度。

技術領域

本發明涉及到一種人體頸椎間盤的制備方法，尤其涉及一種采用金屬3D打印技術制備人體頸椎間盤的方法。

背景技術

隨著我國老齡化進程的加速以及白領人群久坐，頸椎病逐漸成為臨床脊柱外科的常見疾病。目前我國約有10%的人患有頸椎病，且發病年齡呈低齡化的趨勢，已經成為一個不可忽視的社會化問題。椎間盤退變是頸椎病最主要的致病因素，隨著年齡的增長，椎間盤開始逐漸退變老化引起外層纖維環破裂，髓核突出造成神經壓迫而產生神經學癥狀，這就是通常所說的得了頸椎病。頸椎病會造成頸部疼痛僵硬、持物困難、行走費力，往往會給人們的日常生活帶來極大的不適。

長期以來，臨床上治療頸椎病的手術方式主要是頸椎前路減壓植骨融合內固定術（Anterior cervical discectomy and fusion，ACDF），被認為是治療頸椎病的標準術式。ACDF 通過切除病變的椎間盤以解除其對神經的壓迫，并植入自體骨、異體骨或人工骨等方式融合相鄰的運動節段來治療頸椎病。但近年來的臨床實踐發現 ACDF 對頸椎病的治療效果令人滿意，但其導致鄰近節段的椎間盤退變問題（Adjacent segment degeneration，ASD），還有如融合失敗、內植物移位、沉陷等為其它問題，也都為 ACDF 這一手術留下了進一步改進的空間。

近十余年來，能夠恢復頸椎生理功能的人工頸椎間盤置換術（Artificialcervicaldisc replacement，ACDR）成為了治療頸椎病新的發展方向。ACDR 的優點是不僅能獲得充分的減壓效果，緩解頸椎病癥狀，又能保留頸椎的生理運動功能。ACDR技術的關鍵在于制備適應患者的頸椎間盤。我國開展 ACDR 至今已有十多年的歷史，但普遍采用的都是的進口產品。頸椎特征存在人種、地區等的差異，進口人工間盤假體均是按照歐美人種頸椎結構的設計，不完全適合國人的頸椎解剖特征，對于中國患者而言常常會出現不匹配的情況，有時會嚴重影響到置換手術的效果。在這種形勢下，適合頸椎終板解剖學特征及生物力學特點的人工頸椎間盤的研發就顯得非常重要且十分緊迫。

隨著科學技術及材料加工技術的迅速發展，金屬3D打印個性化設計不僅可以在設計上實現，也可以在短時間內加工出產品，制作個性化的頸椎間盤。醫用植入體的標準不僅要求具有合適的物理性能，還需要具有誘導成骨細胞的增殖生長的能力。本發明利用 SLM技術成形，實現脊椎修復體個性化定制。

發明內容

本發明的目的在于針對現有制作椎間盤不能針對患者進行個性化定制的缺點，提供一種采用基于鈦合金3D打印技術制備人工椎間盤的方法。該方法工藝簡單、生產效率高、成品率高、成本低，而且充分利用鈦合金Ti-6Al-4V粉末材料，節約資源。

本發明提供一種采用3D打印技術制備多孔結構人體頸椎間盤的方法，整個過程包括：個性化頸椎間盤三維模型的構建，椎間盤模型的結構力學分析及優化，椎間盤多孔結構3D打印參數仿真試驗及打印過程，多孔結構力學分析及生物相容性分析。

本發明的具體技術方案為：

步驟1. 模型制作：由醫學影像技術獲得頸椎橫切面影像，并根據其影像重建三維數字化設計模型，利用3D建模軟件進行修復和重建模，并導入到有限元軟件ANSYS，進行椎有限元模型分析；