一种3D打印的可降解胸肋骨植入物制造技术

一种3D打印的可降解胸肋骨植入物，包括主体及其上设有的固定端口，其中主体弧度与肋骨缺损弧度一致；主体具有多层结构，内层为力学支撑

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印的可降解胸肋骨植入物


[0001]本专利技术涉及组织工程、再生医学与医疗器械
，具体涉及一种3D打印的可降解胸肋骨植入物。

技术介绍

[0002]肋骨缺失是一种先天性的胸壁畸形，表现为一条或多条肋骨部分或者全部缺失。肋骨是胸廓的主要结构，参与胸廓的各项生理功能，肋骨缺失将影响胸廓的完整性，对人体脊柱形态、呼吸功能与外观美感带来严重危害，导致脊柱侧弯、反常呼吸、胸廓畸形，严重时甚至危及患者生命。
[0003]临床上针对胸肋骨的重建方法较多，如自体/异体骨移植、利用钢板、钛网等材料进行修补：但骨组织移植受限于供体骨的质量，针对大面积的胸肋骨修复，供体来源受限，此外，具有良好的血运是移植骨成活的前提，移植骨必须具备足够的固定，消除相对运动以支持新生血管的长入。金属材料如钢板、钛板等则面临着不利于塑形与剪裁，与患者自身吻合性完全依赖医生的手感与经验，且难固定、易松动。
[0004]目前，国内外利用3D打印技术与钛合金材料已经实现了个性化胸肋骨的制造，成功完成了胸壁结构的修复。但金属假体强度远大于自体骨，无法完全实现胸廓的功能，术后患者出现胸部憋闷呼吸困难的症状，此外，金属材料也对术后的影像学检测造成困扰。
[0005]近年来，利用PEEK(聚醚醚酮)材料制造胸肋骨假体取得了一定的进展，PEEK材料与骨组织模量强度接近，组织相容性良好；此外，X射线对PEEK有良好的穿透性，胸肋骨的重建后不影响X线检测；已有研究通过对PEEK假体结构个性化设计与3D打印，匹配了自然肋骨、肋软骨的形态与力学性能，有利于恢复胸廓的呼吸功能。
[0006]然而，不论使用不可降解的金属亦或是PEKK材料，都无法满足儿童先天性胸肋骨缺损的重建需求。和成人相比，儿童的胸肋骨仍处于逐渐生长和扩张的阶段，前期用于维持胸廓外形的、具有固定形态的金属或PEEK假体将在儿童成长过程中成为新的阻碍，严重影响儿童胸廓及其内部重要功能器官如心、肺的发育与生长。因此，亟需一种针对儿童先天性胸肋骨缺损的胸肋骨植入物。

技术实现思路

[0007]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种3D打印的可降解胸肋骨植入物，能够适应儿童先天性胸肋骨缺损的修复要求。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0009]一种3D打印的可降解胸肋骨植入物，包括主体及其上设有的固定端口，其中主体弧度与肋骨缺损弧度一致；主体具有多层结构，内层为力学支撑
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骨融合结构，以提供维持胸廓结构形态、呼吸扩张所需初期强度及新生骨组织生长的空间，外层为多孔结构，以便于周围软组织长入与后期生物融合固定；主体上的固定端口与对应胸肋骨结合部位安装固定；通过对可降解材料组分与宏微观结构的调控，对可降解胸肋骨植入物功能进行编程，实
现力学稳定与组织再生的动态匹配与转化，随着可降解胸肋骨植入物材料的降解，自体组织逐渐生长渗入并完全取代可降解胸肋骨植入物。
[0010]所述的可降解胸肋骨植入物的主体内层力学支撑
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骨融合结构，其被实体薄层包裹，力学支撑
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骨融合结构截面为比例缩放后的肋骨截面轮廓、变截面或等截面圆形、椭圆形、工字形形状，截面面积占植入物主体截面面积的30
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100％；主体植入前或植入期间具有支持骨组织生长的微孔隙，孔隙大小为100μm～2mm。
[0011]所述的可降解胸肋骨植入物主体外层的多孔结构为通孔、基于微杆的晶格结构、基于极小曲面的多孔结构，可变孔隙的梯度结构中的一种或几种，孔隙大小为500μm～2mm。
[0012]所述的可降解胸肋骨植入物主体内层力学支撑
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骨融合结构及外层多孔结构在实际应用中独立或组合使用。
[0013]所述的可降解胸肋骨植入物的固定采用螺纹连接、U型夹卡在对应缺损部位肋骨两侧、套筒或飞边结构的固定方式；固定端口在主体两侧，或在主体中部设计辅助固定夹具使之与相邻肋骨固定，具体根据患者实际情况选择其中的一种或几种组合的固定方式；固定中使用的固定螺钉或缝合线采用医用可降解材料制成。
[0014]所述的可降解胸肋骨植入物的制备材料为医用可降解高分子材料、可降解陶瓷材料或骨诱导材料，包括聚羟基烷酸酯(PHA)，聚己内酯(PCL)、聚乙交酯(PGA)，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚物，聚乙烯醇(PVA)，聚乳酸(PLA)和聚乳酸
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羟基乙酸共聚物(PLGA)，羟基磷灰石(HA)、磷酸三钙(TCP)，硫酸钙(CaSO3)、碳酸钙(CaCO3)中的一种或几种。
[0015]所述的可降解胸肋骨植入物采用3D打印技术制作，通过表面涂覆或掺杂功能化材料明胶、胶原、功能材料、生长因子提高植入物的生物相容性、骨诱导能力与骨整合能力。
[0016]所述的可降解胸肋骨植入物的总长度为30
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100mm，主体长度占总长度20
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80％，固定端口长度占总长度80
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20％。
[0017]所述的可降解胸肋骨植入物的主体外形通过提取患者的医学影像数据、镜像对侧健康肋骨或由正常肋骨提取特征轮廓获得，其粗细可调整至健康肋骨的100
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200％。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0019]1.本专利技术可降解胸肋骨植入物采用多层结构设计，能够实现力学稳定性与组织再生过程的匹配，主体外层多孔结构能够引导自体软组织以及血管化组织的快速长入与成形，而内部力学支撑
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骨融合结构为植入物整体提供强度，同时其内部微孔结构支持骨组织生长，以满足患者对胸廓重建的结构与生理(呼吸)功能需求；
[0020]2.本专利技术可降解胸肋骨植入物主体内层力学支撑
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骨融合结构及外层多孔结构，适于软、硬组织长入，后可形成良好的界面融合及生物固定，替代初期螺钉等连接件的功能，有效解决胸肋骨植入物脱落及移位的问题；
[0021]3.本专利技术可降解胸肋骨植入物具有良好的生物可降解性，随着儿童的成长，植入物材料不断降解，自体组织可完全替代植入物，最终完成胸廓的重建与修复。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例可降解胸肋骨植入物整体及局部示意图。
[0023]图2为五种可降解胸肋骨植入物主体截面示意图。
[0024]图3为材料
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结构
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功能可降解胸肋骨植入物截面示意图。
[0025]图4为本专利技术一种3D打印的可降解胸肋骨植入物的实物图。
[0026]图5为可降解胸肋骨植入物体内组织再生情况。
[0027]图6为可降解PCL肋骨植入物体内降解与力学转化规律。
具体实施方式
[0028]以下结合附图和实例对本专利技术作进一步的详细描述。
[0029]参照图1，一种3D打印的可降解胸肋骨植入物，包括主体及其上设有的固定端口，其中主体部分的弧度与肋骨缺损本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印的可降解胸肋骨植入物，其特征在于：包括主体及其上设有的固定端口，其中主体弧度与肋骨缺损弧度一致；主体具有多层结构，内层为力学支撑
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骨融合结构，以提供维持胸廓结构形态、呼吸扩张所需初期强度及新生骨组织生长的空间，外层为多孔结构，以便于周围软组织长入与后期生物融合固定；主体上的固定端口与对应胸肋骨结合部位安装固定；通过对可降解材料组分与宏微观结构的调控，对可降解胸肋骨植入物功能进行编程，实现力学稳定与组织再生的动态匹配与转化，随着可降解胸肋骨植入物材料的降解，自体组织逐渐生长渗入并完全取代可降解胸肋骨植入物。2.根据权利要求1所述的一种3D打印的可降解胸肋骨植入物，其特征在于：所述的可降解胸肋骨植入物的主体内层力学支撑
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骨融合结构，其被实体薄层包裹，力学支撑
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骨融合结构截面为比例缩放后的肋骨截面轮廓、变截面或等截面圆形、椭圆形、工字形形状，截面面积占植入物主体截面面积的30
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100％；主体植入前或植入期间具有支持骨组织生长的微孔隙，孔隙大小为100μm～2mm。3.根据权利要求1所述的一种3D打印的可降解胸肋骨植入物，其特征在于：所述的可降解胸肋骨植入物主体外层的多孔结构为通孔、基于微杆的晶格结构、基于极小曲面的多孔结构，可变孔隙的梯度结构中的一种或几种，孔隙大小为500μm～2mm。4.根据权利要求1所述的一种3D打印的可降解胸肋骨植入物，其特征在于：所述的可降解胸肋骨植入物主体内层力学支撑
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骨融合结构及外层多孔结构在实际应用中独立或组合使用。5.根据权利要求1所述的一种3D打印的可降解胸肋骨植入物，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺健康，孟子捷，李涤尘，杨尚元，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：