專利名稱：生物人工骨材料結(jié)合cad/cam技術(shù)重建顱頜骨制作工藝的制作方法
專利說明生物人工骨材料結(jié)合CAD/CAM技術(shù)重建顱頜骨制作工藝 本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是生物人工骨材料結(jié)合CAD/CAM技術(shù)重建顱頜骨制作工藝。目前世界范圍用于較大面積顱頜骨缺損修復(fù)的材料除了羥磷灰石類生物活性陶瓷外還有以下幾種材料鈦金屬板、高密度聚乙烯和硅橡膠等。國內(nèi)外已有的技術(shù)是采用鈦金屬材料三維重建制作顱頜骨定制體，而鈦金屬存在以下不足一是生物惰性材料，材質(zhì)與人體骨差異很大，與骨組織不能形成骨性結(jié)合；二是金屬材料導(dǎo)熱性大，對腦組織存在潛在的刺激性；三是鈦金屬材料成形加工比較困難，加工周期長且加工成本高。羥磷灰石類生物陶瓷脆性比較大，難塑形。而另幾種材料雖然臨床操作使用方便，但均為生物惰性材料，植入人體后長期與骨組織之間界面清晰，不能與骨組織產(chǎn)生骨性結(jié)合，并且這些材料產(chǎn)品均為預(yù)制件，缺乏個(gè)性化設(shè)計(jì)，尤其是在患者額顳部等幾何外形要求較高的部位應(yīng)用時(shí)常常影響美學(xué)效果。從生物相容性和骨融合性角度考慮，骨缺損修復(fù)材料選擇與人體骨理化性能相近的生物活性材料是不容置疑的。
EH復(fù)合人工骨由羥磷灰石和EAM醫(yī)用樹脂塑型劑兩部分組成。EH復(fù)合人工骨固化后化學(xué)性能穩(wěn)定，不溶于水，是熱的良好絕緣體，抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度在皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨之間，密度相當(dāng)于人體骨組織，不影響CT、MRT成像。EH復(fù)合人工骨在生物相容性方面仍然保持了羥磷灰石所具有的良好骨結(jié)合性，同時(shí)具有塑形容易的特點(diǎn)，因此以往采用手術(shù)前預(yù)制骨板或骨片的方法來進(jìn)行顱頜骨缺損修復(fù)。雖然方法簡便易行，但由于對骨缺損幾何外形的模擬主要依賴于X光照片和對患者骨缺損外表處的觸摸，因此在吻合性、圓弧度和固位模式方面均存在不少缺憾。本發(fā)明的目的是運(yùn)用計(jì)算機(jī)三維重建和快速成型技術(shù)，直接根據(jù)患者顱頜骨缺損部位的CT掃描數(shù)據(jù)快速翻制出與缺損骨幾何外形一致、易于手術(shù)固位、與健康側(cè)對稱、符合修復(fù)美學(xué)效果并且肯有良好骨結(jié)合特性、利于早期骨愈合的人工顱頜骨定制體，具體的說是一種一種生物活性人工骨材料結(jié)合CAD/CAM技術(shù)重建顱頜骨制作工藝。
實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)一種生物活性人工骨材料結(jié)合CAD/CAM技術(shù)重建顱頜骨制作工藝。其特征在于包括以下工藝步驟患者頭顱CT數(shù)據(jù)采擷；計(jì)算機(jī)三維重建；快速成型機(jī)還原出缺損骨模型；三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重建；生物活性人工骨翻制成型、復(fù)原；臨床應(yīng)用?；颊哳^顱CT數(shù)據(jù)采擷為需實(shí)施顱頜骨修補(bǔ)的患者通過螺旋CT機(jī)行全頭顱平掃，要求掃描層厚≤8mm，含對稱側(cè)；橫斷面數(shù)據(jù)重建層厚≤1.5mm，要求重建層厚與重建間距完全相同；重建數(shù)據(jù)中的定位篇與平篇須分別打包，存在不同文件夾；將數(shù)據(jù)用標(biāo)準(zhǔn)DICOM文件格式記錄成光盤。計(jì)算機(jī)的三維重建為通過三維軟件處理將CT圖像數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為三維重建影像數(shù)據(jù)?？焖俪尚蜋C(jī)還原出缺損骨模型為CT數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算機(jī)CAD軟件三維重建成像處理后轉(zhuǎn)入快速成型機(jī)進(jìn)行實(shí)體制造，還原出缺損部位的骨骼結(jié)構(gòu)及重建骨模型。三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、重建為通過螺旋CT與CAD/CAM技術(shù)結(jié)合，使重建骨與健康側(cè)對稱，與缺損部位幾何形態(tài)高度吻合。生物活性人工骨翻制成型、復(fù)原為通過重建骨模型翻制成石膏陰模，然后在石膏陰模中填入生物活性人工骨材料，待材料固化、脫模后即可制得患者顱頜骨修補(bǔ)治療所需要的顱頜骨定制體。臨床應(yīng)用為對顱頜骨定制體作常規(guī)高壓蒸汽滅菌后，使用縫合絲線固定及配套的EH復(fù)合型骨水泥對骨界面進(jìn)行填塞固定。生物活性人工骨由粉劑和液劑雙組份體系構(gòu)成。粉劑和液劑調(diào)和質(zhì)量比為3～7∶7～3。粉劑主要成份為生物玻璃材料或生物活性類陶瓷包括羥基磷灰石、磷酸三鈣、碳酸基磷灰石、鍶磷灰石、氟磷灰石等；液劑主要成份為甲基丙烯酸類有機(jī)樹脂包括Bis-GMA系列、胺基甲酸酯雙甲基丙烯酸酯及其衍生物或類似物。
本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，開創(chuàng)了將生物活性人工骨材料與計(jì)算機(jī)三維重建顱頜骨技術(shù)相結(jié)合的先例，不但生物活性高，材料的物理性能、化學(xué)性能與骨組織相近，生物相容性程度好，與骨組織形成緊密的骨性結(jié)合，且加工形成簡便、快捷，值得推廣。

圖1是本發(fā)明創(chuàng)造的工作方框圖。
參見圖1，1為患者頭顱CT數(shù)據(jù)采擷；2為計(jì)算機(jī)重建；3為快速成型機(jī)還原出缺損骨模型；4為三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、重建；5為生物活性人工骨翻制成型、復(fù)原；6為臨床應(yīng)用。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，本發(fā)明對本技術(shù)領(lǐng)域的人來說還是比較清楚的。
例1.先將需實(shí)施顱頜骨修補(bǔ)的患者通過螺旋CT機(jī)行全頭顱平掃，要求掃描層厚≤8mm，含對稱側(cè)；橫斷面數(shù)據(jù)重建層厚≤1.5mm，要求重建層厚與重建間距完全相同；重建數(shù)據(jù)中的定位篇與平篇須分別打包，存在不同文件夾再將數(shù)據(jù)用標(biāo)準(zhǔn)DICOM文件格式記錄成光盤。然后通過計(jì)算機(jī)三維軟件處理將CT圖像數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為三維重建影像數(shù)據(jù)，即得CT數(shù)據(jù)，將CT數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算機(jī)CAD軟件三維重建成像處理后轉(zhuǎn)入ZIPPY-1快速成型機(jī)進(jìn)行實(shí)體制造，還原出缺損部位的骨骼結(jié)構(gòu)及重建骨模型，再通過螺旋CT與CAD/CAM技術(shù)結(jié)合，使重建骨模型與健康側(cè)對稱，與缺損部位幾何形態(tài)高度吻合，然后通過該重建骨模型翻制成石膏陰模，再在石膏陰模中填入由重量比為30％-70％的粉劑和70％-30％的液劑組成的生物活性人工骨材料，其中粉劑的組成百分比為羥磷灰石顆粒20-47.5％；磷酸三鈣20-47.5％；有機(jī)填料2-30％；無機(jī)填料3-30％；液劑主要成份為甲基丙烯酸類有機(jī)樹脂包括Bis-GMA系列、胺基甲酸酯雙甲基丙烯酸酯及其衍生物或類似物。在室溫下，固化20分鐘，待材料固化、脫模后即可制得患者顱頜骨修補(bǔ)治療所需要的顱頜骨定制體。最后對顱骨定制體作常規(guī)高壓蒸汽滅菌后，使用縫合絲線固定及配套的EH復(fù)合型骨水泥對骨界面進(jìn)行填塞固定。
權(quán)利要求
1.一種生物活性人工骨材料結(jié)合CAD/CAM技術(shù)重建顱頜骨制作工藝，其特征在于包括以下工藝步驟(1)患者頭顱CT數(shù)據(jù)采擷；(2)計(jì)算機(jī)三維重建；(3)快速成型機(jī)還原出缺損骨模型；(4)三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、重建；(5)生物活性人工骨翻制成型、復(fù)原；(6)臨床應(yīng)用。
2.如權(quán)利要求1所述的一種生物活性人工骨材料結(jié)合CAD/CAM技術(shù)重建顱頜骨制作工藝，其特征在于患者頭顱CT數(shù)據(jù)采擷為需實(shí)施顱頜骨修補(bǔ)的患者通過螺旋CT機(jī)行全頭顱平掃，要求掃描層厚≤8mm，含對稱側(cè)；橫斷面數(shù)據(jù)重建層厚≤1.5mm，要求重建層厚與重建間距完全相同；重建數(shù)據(jù)中的定位篇與平篇須分別打包，存在不同文件夾；將數(shù)據(jù)用標(biāo)準(zhǔn)DICOM文件格式記錄成光盤。
3.如權(quán)利要求1所述的一種生物活性人工骨材料結(jié)合CAD/CAM技術(shù)重建顱頜骨制作工藝，其特征在于計(jì)算機(jī)的三維重建為通過三維軟件處理將CT圖像數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為三維重建影像數(shù)據(jù)，獲得CT數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種生物活性人工骨材料結(jié)合CAD/CAM技術(shù)重建顱頜骨制作工藝，其特征在于快速成型機(jī)還原出缺損骨模型為CT數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算機(jī)CAD軟件三維重建成像處理后轉(zhuǎn)入快速成型機(jī)進(jìn)行實(shí)體制造，還原出缺損部位的骨骼結(jié)構(gòu)及重建骨模型。
5.如權(quán)利要求1所述的一種生物活性人工骨材料結(jié)合CAD/CAM技術(shù)重建顱頜骨制作工藝，其特征在于三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、重建為通過螺旋CT與CAD/CAM技術(shù)結(jié)合，使重建骨與健康側(cè)對稱，與缺損部位幾何形態(tài)高度吻合。
6.如權(quán)利要求1所述的一種生物活性人工骨材料結(jié)合CAD/CAM技術(shù)重建顱頜骨制作工藝，其特征在于生物活性人工骨翻制成型、復(fù)原為通過重建骨模型翻制成石膏陰模，然后在石膏陰模中填入生物活性人工骨材料，待材料固化、脫模后即可制得患者顱頜骨修補(bǔ)治療所需要的顱頜骨定制體。
7.如上述權(quán)利要求1所述的一種生物活性人工骨材料結(jié)合CAD/CAM技術(shù)重建顱頜骨制作工藝，其特征在于臨床應(yīng)用為對顱頜骨定制體作常規(guī)高壓蒸汽滅菌后，使用縫合絲線固定及配套的EH復(fù)合型骨水泥對骨界面進(jìn)行填塞固定。
8.如權(quán)利要求1所述的一種生物活性人工骨材料結(jié)合CAD/CAM技術(shù)重建顱頜骨制作工藝，其特征在于生物活性人工骨由粉劑和液劑雙組份體系構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1或7所述的一種生物活性人工骨材料結(jié)合CAD/CAM技術(shù)重建顱頜骨制作工藝，其特征在于粉劑和液劑調(diào)和質(zhì)量比為3～7∶7～3。
10.如權(quán)利要求1或7所述的一種生物活性人工骨材料結(jié)合CAD/CAM技術(shù)重建顱頜骨制作工藝，其特征在于粉劑主要成份為生物玻璃材料或生物活性類陶瓷包括羥基磷灰石、磷酸三鈣、碳酸基磷灰石、鍶磷灰石、氟磷灰石等；液劑主要成份為甲基丙烯酸類有機(jī)樹脂包括Bis-GMA系列、胺基甲酸酯雙甲基丙烯酸酯及其衍生物或類似物。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種生物活性人工骨材料結(jié)合CAD/CAM技術(shù)重建顱頜骨制作工藝，包括以下工藝步驟患者頭顱CT數(shù)據(jù)采擷；計(jì)算機(jī)三維重建；快速成型機(jī)還原出缺損骨模型；三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重建；生物活性人工骨翻制成型、復(fù)原；臨床應(yīng)用。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，開創(chuàng)了將生物活性人工骨材料與計(jì)算機(jī)三維重建顱頜骨技術(shù)相結(jié)合的先例，不但生物活性高，材料的物理性能、化學(xué)性能與骨組織相近，生物相容性程度好，與骨組織形成緊密的骨性結(jié)合，且加工形成簡便、快捷，值得推廣。
文檔編號G06T15/00GK1618412SQ20041005397
公開日2005年5月25日 申請日期2004年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月24日
發(fā)明者陳德敏, 劉義榮, 劉俊 申請人:上海倍爾康生物醫(yī)學(xué)科技有限公司, 陳德敏, 劉義榮