[发明专利]一种植入体宏微一体渐进成形制备方法及获得的植入体

说明书

本发明公开了一种植入体宏微一体渐进成形制备方法及获得的植入体,包括以下步骤：步骤1根据患者病情确定植入体的形状与力学性能，采用宏观渐进成形技术加工所需的形状，在宏观渐进成形时增加植入体局部名义厚度；步骤2选择微结构类型，通过微渐进成形对宏观成形后的板材表面改性，得到所需形状的微米结构。

技术领域

本发明涉及生物医学植入体，属于医疗技术领域，具体来说涉及一种植入体及其宏观渐进成形制备及表面微结构改性的方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

在骨科临床上，由先天、创伤、畸形、肿瘤、感染等原因造成的骨缺损十分常见。在这种情况下，通常利用植入体来替代损伤骨以恢复患者正常生活以及运动能力。虽然很早就有植入体的研究，但植入体成形以及骨整合一直都是临床骨科的难点和热点。

首先，植入体要具有良好的力学性能可以代替人体的骨骼以适应体内以及体外复杂的受力情况，同时又要有相对较小的弹性模量以避免应力屏蔽现象(当植入体弹性模量高于原骨，所承受的外力大部分会由植入体承受，骨骼和肌肉长时间不接受锻炼会发生萎缩)导致周围组织的坏死。以颅骨为例，Rahmoun等对不同位置的颅骨进行了三点弯曲实验。据实验分析，随着颅骨厚度的减小结构的弹性模量增加，头骨孔隙率越低弹性模量越高。在头盖骨的同一部位，两个方向互相垂直的头骨力学性能也不同，这说明颅骨是各向异性的结构。

(Characterization and micromechanical modeling of the human cranialbone elastic properties[J].Mechanics Research Communications,2014,60:7-14.)现有技术一般采用网状板材或者3D打印多孔结构，来降低植入体的弹性模量。在临床应用上，多数患者都选择钛板网作为颅骨植入体材料，但是其内孔均匀分布且厚度固定，板材整体呈力学各向同性。

除了在宏观力学性能上面临技术难题之外，在宏观成形植入体的微观表面改性工艺也存在着难以攻克的技术难题，如何在植入体上加工出微结构，目前依然存在技术难题。

发明内容

针对目前医用植入体存在的不足，本发明公开了一种与原骨力学性能和厚度分布相似的并且具有表面微结构的植入体及其宏微一体渐进成形制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种植入体的宏微一体渐进成形制备方法,包括以下步骤：

步骤1根据患者病情确定植入体的形状与力学性能，采用宏观渐进成形技术加工所需的形状，在宏观渐进成形时增加植入体局部名义厚度；

步骤2选择微结构类型，通过微渐进成形对宏观成形后的板材表面改性，得到所需的微米结构。

进一步的，步骤1中确定植入体的形状的方法是：

利用CT扫描设备扫描损伤位置，获得待植入体的点云数据并转换为无缝多边形曲面，用图像重构软件进行优化和处理，重建出缺损位置的曲面模型，最后转化为目标植入体实体模型。

进一步的，步骤1中采用宏观渐进成形技术加工所需的形状的方法如下：

根据目标植入体的几何形状和植入位置确定其力学性能及其各向异性，对步骤1中获得的植入体实体模型进行结构优化设计；生成渐进成形轨迹数控加工代码；虚拟运行数控加工代码并且通过有限元软件进行各项加工参数的仿真优化，确认各个参数以及板材各项性能符合设计需求。

更近一步的，针对结构复杂的植入体，可先采用较大尺寸的成形工具初步成形大致形状，再采用较小的成形工具完成最终成形，为提高板材的成形性能和精度可通过采用成形工具尺寸逐渐变小多次成形的方法以及自主开发的模型预测精度控制算法。