一種構(gòu)建節(jié)段性個(gè)體化人體尿道三維支架材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種醫(yī)學(xué)上人體組織支架材料的構(gòu)建方法，尤其涉及一種利用三維超聲影像學(xué)工具、三維打印技術(shù)并結(jié)合倒膜工藝及生物材料制備技術(shù)構(gòu)建節(jié)段性個(gè)體化人體尿道三維支架材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在近十年的時(shí)間中，對(duì)于復(fù)雜情況下尿道狹窄治療的關(guān)注度正呈現(xiàn)出持續(xù)升溫的態(tài)勢(shì)。雖然目前臨床上對(duì)尿道修復(fù)替代手術(shù)的金標(biāo)準(zhǔn)仍是采用例如陰莖皮瓣、頰黏膜、舌黏膜乃至結(jié)腸黏膜等多種自體組織進(jìn)行重建。但是組織工程理念在該領(lǐng)域的引入，使這一金標(biāo)準(zhǔn)的地位受到越來越大的沖擊。國(guó)內(nèi)外一系列基礎(chǔ)與臨床研究的成功報(bào)道，越來越明顯的表現(xiàn)出其有可能成為下一代臨床治療金標(biāo)準(zhǔn)。而隨著尿道組織工程領(lǐng)域的深入研究，作為其中重要組成部份的生物材料的研發(fā)也正經(jīng)歷著深刻的變革，其主要表現(xiàn)之一即為生物材料的制備由傳統(tǒng)的均一化模式向針對(duì)患者的個(gè)體化模式發(fā)展。如能將這一問題進(jìn)行很好的解決，有望進(jìn)一步推動(dòng)尿道組織工程技術(shù)向臨床應(yīng)用的加速轉(zhuǎn)化。
[0003]作為下一代尿道修復(fù)重建的生物材料，個(gè)體化特征是一項(xiàng)不可獲缺的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)患者的組織特征來個(gè)體化制備支架材料，不僅可以使成品材料的適用范圍幾乎拓展到所有病患，而且由于材料和患者自身結(jié)構(gòu)的高度擬合，最終的治療效果也可以得到提升。以往在尿道修復(fù)重建組織工程研究中所采用的脫細(xì)胞基質(zhì)或人工材料，僅能夠在植入前進(jìn)行簡(jiǎn)單的形態(tài)裁剪，無法達(dá)到真正意義上的個(gè)體化目標(biāo)。而3D打印技術(shù)的興起和發(fā)展，使得個(gè)體化制備成為了可能。通過各類影像學(xué)技術(shù)可精確獲得目標(biāo)臟器的3D結(jié)構(gòu)，再結(jié)合后期的數(shù)字化模型處理，即可在3D打印機(jī)中高精度的打印出所需要的臟器模具以供后期材料置入塑形，乃至直接打印出可用于臨床使用的個(gè)體化材料。目前通過這一技術(shù)，已在口腔、骨科等多學(xué)科領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)植入材料的個(gè)體化。然而尿道修復(fù)材料個(gè)體化制備領(lǐng)域的研究仍是空白，其問題在于缺乏實(shí)用的數(shù)字化模型處理技術(shù)，其不僅包括對(duì)尿道三維結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行有效收集的影像學(xué)技術(shù)，也包括對(duì)所獲得的數(shù)字化模型進(jìn)行精細(xì)化加工及還原的后處理技術(shù)。
[0004]在對(duì)尿道三維組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集方面，目前其它領(lǐng)域常用的MDCT或者M(jìn)RI技術(shù)并非理想的收集模式。真正意義上的尿道組織不僅應(yīng)當(dāng)包括尿道粘膜，還應(yīng)該涵蓋其下方的尿道海綿體組織。增強(qiáng)CT雖然擁有著超高解析度以及薄層取像等諸多優(yōu)點(diǎn)，但受限于其對(duì)軟組織結(jié)構(gòu)的低分辨率，在獲取尿道組織圖像信息時(shí)僅能分辨出尿道管腔的黏膜層，無法有效獲得海綿體組織的圖像信息。而MRI技術(shù)雖然能夠?qū)浗M織擁有較好的顯示效果，但是其成像效果略低于MDCT。更為重要的是由于MRI的特性，其適用范圍受到一定限制，無法做到患者全覆蓋。
[0005]在完成尿道組織三維建模后，如要制備出與體內(nèi)尿道高度擬合的支架，還必須對(duì)3D打印的實(shí)體模型進(jìn)行倒模處理，并在此基礎(chǔ)上在倒模后的模具內(nèi)置入類似絲素蛋白或者細(xì)菌纖維素等一類生物合成材料，通過體外的自組裝原位成形機(jī)制所形成的最終產(chǎn)物，具有獨(dú)特的超細(xì)纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。目前對(duì)于尿道三維材料的立體構(gòu)建多依賴于靜電紡絲技術(shù)或者是直接的膠原三維打印技術(shù)來完成。但是前者無法在宏觀尺度上真正達(dá)到所謂的個(gè)體化尿道的標(biāo)準(zhǔn)，而后者雖然可以達(dá)到宏觀上的個(gè)體化仿真，但是在微觀尺度的結(jié)構(gòu)調(diào)控上很難達(dá)到精準(zhǔn)控制的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種利用超聲影像學(xué)工具、三維打印技術(shù)并結(jié)合倒膜工藝及生物材料制備技術(shù)構(gòu)建節(jié)段性個(gè)體化人體尿道三維支架材料的方法。
[0007]為達(dá)到上述目的，具體技術(shù)方案如下:
[0008]一種構(gòu)建節(jié)段性個(gè)體化人體尿道三維支架材料的方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1，利用三維超聲技術(shù)獲取患者的薄層陰莖整體影像學(xué)信息；
[0010]步驟2，利用手工勾勒法篩選出整體影像學(xué)信息中的待構(gòu)建圖像區(qū)；
[0011]步驟3，利用三維技術(shù)對(duì)待構(gòu)建圖像區(qū)進(jìn)行三維重建并處理，構(gòu)建出可共360度觀察的個(gè)體化尿道三維數(shù)字模型；
[0012]步驟4，將個(gè)體化尿道三維數(shù)字模型導(dǎo)入三維打印機(jī)中進(jìn)行打印，制備出實(shí)體化節(jié)段性具有個(gè)體特征的尿道模型；
[0013]步驟5，將尿道模型經(jīng)過硅膠倒膜工藝進(jìn)行倒膜處理后構(gòu)建出可供材料充填的硅膠模型；
[0014]步驟6，將填充材料置于硅膠模型中進(jìn)行重組，構(gòu)建出具有個(gè)體化特征的人體尿道三維支架材料。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟I中薄層的厚度為0.1mm。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟I中的陰莖整體影像學(xué)信息包括矢狀位、冠狀位尿道系列連續(xù)圖像。
[0017]優(yōu)選的，所述步驟2中通過手工進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，保留尿道及海綿體信息。
[0018]優(yōu)選的，所述步驟3中處理包括進(jìn)行平滑數(shù)字模型處理。
[0019]優(yōu)選的，所述步驟I中通過經(jīng)患者尿道外口灌注超聲對(duì)比劑后，利用三維超聲技術(shù)對(duì)患者陰囊低部及會(huì)陰區(qū)域軟組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)三維掃描。
[0020]優(yōu)選的，所述步驟I中的超聲對(duì)比劑為鹽酸丁卡因膠漿或生理鹽水。
[0021]優(yōu)選的，所述步驟2中的手工勾勒法包括先將尿道中央黑色管腔內(nèi)徑區(qū)域予以勾勒并予以刪除，后將尿道海綿體與尿道周圍組織間隙勾勒，并將尿道以外組織進(jìn)行剔除。
[0022]優(yōu)選的，所述步驟6中的填充材料為木醋桿菌及培養(yǎng)液、生物材料溶液或通過先置入生物材料溶液，經(jīng)體冷凍干燥固化后，再次加入木醋桿菌及培養(yǎng)液制成。
[0023]優(yōu)選的，所述生物材料是指絲素蛋白、明膠、膠原、殼聚糖、PGA、PLGA和PLA中的一種或幾種。
[0024]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0025]1，本發(fā)明所構(gòu)建的三維尿道模型具有生理性弧度，從而與正常的人體尿道的生理解剖位置結(jié)構(gòu)相擬合；
[0026]2，本發(fā)明所構(gòu)建的三維尿道模型不僅包括了尿道黏膜管腔層，而且包括了尿道黏膜下方的海綿體層數(shù)據(jù)信息，因而可以稱之為宏觀角度上正真意義上的個(gè)體化尿道三維材料；
[0027]3，本發(fā)明中所構(gòu)建的尿道材料在微觀結(jié)構(gòu)上具有多孔樣，網(wǎng)狀編織樣的結(jié)構(gòu)特征。通過相關(guān)的調(diào)控工藝，其可與正常尿道組織的微觀結(jié)構(gòu)之間無限接近。
【附圖說明】
[0028]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0029]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的節(jié)段性個(gè)體化尿道三維數(shù)字模型的示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的經(jīng)數(shù)字建模三維打印后的節(jié)段性尿道實(shí)體模型及硅膠倒模模具，其中，A為節(jié)段性尿道實(shí)體模型、B為硅膠倒模模具；
[0031]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的制備的實(shí)體尿道三維支架材料，其中，A為絲素蛋白尿道三維支架、B為絲素蛋白細(xì)菌纖維素尿道三維支架；
[0032]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的絲素蛋白/細(xì)菌纖維素尿道三維支架掃描電鏡結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0034]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0035]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做具體闡釋。
[0036]本發(fā)明的實(shí)施例的一種利用超聲影像學(xué)工具、三維打印技術(shù)并結(jié)合倒膜工藝及生物材料制備技術(shù)構(gòu)建節(jié)段性個(gè)體化人體尿道三維支架材料的方法，通過三維超聲技術(shù)成功獲取薄層陰莖段及球部尿道海綿體組織信息，同時(shí)利用手工勾勒法篩選出待構(gòu)建圖像區(qū)，通過后期三維轉(zhuǎn)換軟件，生成具有患者個(gè)體化特征的數(shù)字化尿道模型，將此數(shù)字模型轉(zhuǎn)換為STL格式之后，導(dǎo)入三維打印機(jī)中進(jìn)行打印，制備出實(shí)體化節(jié)段性具有個(gè)體特征的尿道模型，所制備的尿道模型經(jīng)過硅膠倒膜工藝進(jìn)行倒膜處理后構(gòu)建出可供材料充填的硅膠模型。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步將各類材料置于硅膠模型中進(jìn)行重組，以最終構(gòu)建出具有個(gè)體化特征的人體尿道三維支架材料。
[0037]超聲成像技術(shù)對(duì)軟組織具有較好分辨率，其最大優(yōu)勢(shì)即在于能夠清晰地分辨出尿道周圍海綿體組織的情況。而新一代的超聲三維成像系統(tǒng)不僅能夠達(dá)到與MDCT相媲美的0.1mm薄層取像，更重要的是通過其所獲得的三維圖像數(shù)據(jù)已被證實(shí)可以用于重建特定臟器的三維模型。
[0038]本發(fā)明的主要目的在于提供一種全新的構(gòu)建真正符合患者個(gè)體特征的尿道三維支架材料方法。在該材料的構(gòu)建中不僅包括了尿道黏膜及海綿體的個(gè)體化立體宏觀結(jié)構(gòu)，同時(shí)在其微觀結(jié)構(gòu)上能夠盡可能的模擬正常的尿道及海綿體的微觀結(jié)構(gòu)。該生物材料的構(gòu)建，有助于進(jìn)一步進(jìn)行尿道修復(fù)重建的臨床前期實(shí)驗(yàn)研究乃至為后續(xù)該類生物材料在尿道修復(fù)重建中的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
[0039]在本發(fā)明的實(shí)施例中，優(yōu)選通過經(jīng)尿道外口灌注超聲對(duì)比劑后，經(jīng)三維超聲儀獲取薄層(0.1mm厚度)陰莖整體影像學(xué)信息。數(shù)據(jù)經(jīng)Raw Data格式進(jìn)行保存后，采用IMAGEJ軟件經(jīng)泌尿外科?？漆t(yī)師進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，保留尿道及海綿體信息。后經(jīng)軟件轉(zhuǎn)化，構(gòu)建三維尿道數(shù)字模型，并經(jīng)平滑處理及