[发明专利]一种采用3D打印技术制备人体颈椎间盘的方法

说明书

本发明公开了一种采用3D打印技术制备人体颈椎间盘的方法。本发明首先通过医学影像技术获得人体相关部位的二维断层扫描图像，将断层数据转化为快速成型系统通用的数据输入格式，进行有限元分析并通过不断改进模型生成符合三维打印要求的数据。并通过软件仿真不同工艺参数的打印结果，得到较好的工艺参数组合。准备待3D打印的原材料，采用钛合金Ti‑6Al‑4V粉末。然后使用选择性激光烧结型3D打印机打印基料。最后工件打印后机械处理，包括线切割，工件支撑去处及表面处理。本发明制备的器件尺寸精度高，有较好的表面粗糙度。

技术领域

本发明涉及到一种人体颈椎间盘的制备方法，尤其涉及一种采用金属3D打印技术制备人体颈椎间盘的方法。

背景技术

随着我国老龄化进程的加速以及白领人群久坐，颈椎病逐渐成为临床脊柱外科的常见疾病。目前我国约有10%的人患有颈椎病，且发病年龄呈低龄化的趋势，已经成为一个不可忽视的社会化问题。椎间盘退变是颈椎病最主要的致病因素，随着年龄的增长，椎间盘开始逐渐退变老化引起外层纤维环破裂，髓核突出造成神经压迫而产生神经学症状，这就是通常所说的得了颈椎病。颈椎病会造成颈部疼痛僵硬、持物困难、行走费力，往往会给人们的日常生活带来极大的不适。

长期以来，临床上治疗颈椎病的手术方式主要是颈椎前路减压植骨融合内固定术（Anterior cervical discectomy and fusion，ACDF），被认为是治疗颈椎病的标准术式。ACDF 通过切除病变的椎间盘以解除其对神经的压迫，并植入自体骨、异体骨或人工骨等方式融合相邻的运动节段来治疗颈椎病。但近年来的临床实践发现 ACDF 对颈椎病的治疗效果令人满意，但其导致邻近节段的椎间盘退变问题（Adjacent segment degeneration，ASD），还有如融合失败、内植物移位、沉陷等为其它问题，也都为 ACDF 这一手术留下了进一步改进的空间。

近十余年来，能够恢复颈椎生理功能的人工颈椎间盘置换术（Artificialcervicaldisc replacement，ACDR）成为了治疗颈椎病新的发展方向。ACDR 的优点是不仅能获得充分的减压效果，缓解颈椎病症状，又能保留颈椎的生理运动功能。ACDR技术的关键在于制备适应患者的颈椎间盘。我国开展 ACDR 至今已有十多年的历史，但普遍采用的都是的进口产品。颈椎特征存在人种、地区等的差异，进口人工间盘假体均是按照欧美人种颈椎结构的设计，不完全适合国人的颈椎解剖特征，对于中国患者而言常常会出现不匹配的情况，有时会严重影响到置换手术的效果。在这种形势下，适合颈椎终板解剖学特征及生物力学特点的人工颈椎间盘的研发就显得非常重要且十分紧迫。

随着科学技术及材料加工技术的迅速发展，金属3D打印个性化设计不仅可以在设计上实现，也可以在短时间内加工出产品，制作个性化的颈椎间盘。医用植入体的标准不仅要求具有合适的物理性能，还需要具有诱导成骨细胞的增殖生长的能力。本发明利用 SLM技术成形，实现脊椎修复体个性化定制。

发明内容

本发明的目的在于针对现有制作椎间盘不能针对患者进行个性化定制的缺点，提供一种采用基于钛合金3D打印技术制备人工椎间盘的方法。该方法工艺简单、生产效率高、成品率高、成本低，而且充分利用钛合金Ti-6Al-4V粉末材料，节约资源。

本发明提供一种采用3D打印技术制备多孔结构人体颈椎间盘的方法，整个过程包括：个性化颈椎间盘三维模型的构建，椎间盘模型的结构力学分析及优化，椎间盘多孔结构3D打印参数仿真试验及打印过程，多孔结构力学分析及生物相容性分析。

本发明的具体技术方案为：

步骤1. 模型制作：由医学影像技术获得颈椎横切面影像，并根据其影像重建三维数字化设计模型，利用3D建模软件进行修复和重建模，并导入到有限元软件ANSYS，进行椎有限元模型分析；