基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)，包括：髁突、髁突頸部和設(shè)有釘孔的鈦板；與人體下頜結(jié)構(gòu)相同地，髁突突起于髁突頸部上端的后緣；髁突頸部下端設(shè)有鈦板。本發(fā)明采用選擇性激光熔化技術(shù)對人工顳下頜關(guān)節(jié)進(jìn)行3D打印成型，人工顳下頜關(guān)節(jié)根據(jù)每個患者下頜形狀訂制，與患者的下頜結(jié)構(gòu)吻合程度極高。
【專利說明】基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及人工關(guān)節(jié)領(lǐng)域，具體是一種基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]顳下頜關(guān)節(jié)(TMJ)是頜面部具有轉(zhuǎn)動和滑動運動的左右聯(lián)動關(guān)節(jié)。腫瘤、創(chuàng)傷或骨折、先天性畸形和骨軟骨炎可導(dǎo)致顳下頜關(guān)節(jié)占位性病變或關(guān)節(jié)強直，嚴(yán)重影響咀嚼、吞咽、語言等重要功能，而腫瘤切除、骨性顳下頜關(guān)節(jié)強直手術(shù)及嚴(yán)重?fù)p傷等原因可導(dǎo)致下頜骨髁突缺失。為恢復(fù)面下1/3高度及顳下頜關(guān)節(jié)功能，需行顳下頜關(guān)節(jié)重建術(shù)。顳下頜關(guān)節(jié)重建術(shù)是利用自體組織移植或人工關(guān)節(jié)假體植入，重建接近生理狀態(tài)的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，恢復(fù)下頜骨髁突的外形及功能，減輕患者疼痛，預(yù)防關(guān)節(jié)疾病的進(jìn)一步發(fā)展。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的，人工顳下頜關(guān)節(jié)一般使用成品人工關(guān)節(jié)，其關(guān)節(jié)形態(tài)單一，為平面帶螺釘孔的鈦板加上上端半圓形仿髁突結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不符合自然髁突的解剖形態(tài)，不能實現(xiàn)髁突的滑動以及轉(zhuǎn)動結(jié)合的功能性運動；此外，多數(shù)髁突假體為批量生產(chǎn)的成品，尺寸設(shè)計難以滿足每個患者的需要。
[0004]不難看出，現(xiàn)有技術(shù)還存在一定的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)及其制造方法，采用選擇性激光熔化技術(shù)對人工顳下頜關(guān)節(jié)進(jìn)行3D打印成型，人工顳下頜關(guān)節(jié)根據(jù)每個患者下頜形狀訂制，與患者的下頜結(jié)構(gòu)吻合程度極高。
[0006]一種基于選擇 性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)，包括:髁突、髁突頸部和設(shè)有釘孔的鈦板；髁突突起于髁突頸部上端的后緣；所述鈦板設(shè)置于髁突頸部下端。
[0007]進(jìn)一步的，所述基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)還包括喙突；所述喙突突起于髁突頸部上端的前緣。
[0008]進(jìn)一步的，所述髁突、髁突頸部和喙突，分別與患者下頜健側(cè)的髁突、髁突頸部和喙突的大小相等、形態(tài)對稱。
[0009]進(jìn)一步的，所述鈦板上的釘孔數(shù)量不少于2個。
[0010]一種基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)的制造方法，包括以下步驟:
[0011]S1、掃描，用CT掃描獲取患者顳下頜的基礎(chǔ)三維外形數(shù)據(jù)；
[0012]S2、建模，對基礎(chǔ)三維外形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)手術(shù)截骨情況，將健側(cè)截斷平面以上的髁突、髁突頸部及喙突結(jié)構(gòu)做矢狀面翻轉(zhuǎn)，并在翻轉(zhuǎn)后髁突頸部下端的頰側(cè)添加與患者下頜骨表面完全吻合的鈦板，以建立所述人工顳下頜關(guān)節(jié)的三維計算機模型；
[0013]S3、連接設(shè)計，對所述人工顳下頜關(guān)節(jié)的三維計算機模型進(jìn)行連接設(shè)計；
[0014]S4、生成工藝參數(shù)，對所述人工顳下頜關(guān)節(jié)的三維計算機模型進(jìn)行分層處理，生成相應(yīng)的掃描路徑，保存并導(dǎo)出相應(yīng)的工藝參數(shù)；[0015]S5、3D打印，將所述工藝參數(shù)導(dǎo)入3D打印設(shè)備，進(jìn)行3D打?。?br> [0016]S6、噴砂，對3D打印制得的半成品進(jìn)行噴砂處理。
[0017]進(jìn)一步的，所述步驟S5具體包括以下步驟:
[0018]S501、所述3D打印設(shè)備設(shè)有基板，在基板上均勻鋪上鈦粉層；
[0019]S502、利用高能激光按掃描路徑掃描基板上的鈦粉層，使鈦粉層融化冷卻固結(jié)在基板上；
[0020]S503、在已經(jīng)固結(jié)的鈦粉層上再鋪上新的鈦粉層，并按掃描路徑對新的鈦粉層進(jìn)行激光掃描；
[0021]S504、重復(fù)步驟S503，直至人工顳下頜關(guān)節(jié)完全成型，再將成型的人工顳下頜關(guān)節(jié)從基板上取出。
[0022]進(jìn)一步的，所述工藝參數(shù)包括人工顳下頜關(guān)節(jié)工件的擺放位置、擺放方式以及激光的掃描方式、掃描速度、功率和光斑直徑。
[0023]進(jìn)一步的，所述激光的功率為50-200W，激光的光斑直徑為50-180 μ m，激光的掃描速度為50-500mm/s。
[0024]進(jìn)一步的，所述鈦粉層的厚度為10-80 μ m;所述鈦粉層由球狀顆粒純鈦粉末組成，球狀顆粒純鈦粉末直徑為10-100 μ m。
[0025]進(jìn)一步的，所述步驟S501至步驟S504，人工顳下頜關(guān)節(jié)工件均在99.999wt.%的氬氣保護(hù)環(huán)境中進(jìn)行成型加工。`
[0026]本發(fā)明所提供的一種基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)及其制造方法，采用選擇性激光熔化技術(shù)對人工顳下頜關(guān)節(jié)進(jìn)行3D打印成型，制造柔性程度高，人工顳下頜關(guān)節(jié)能根據(jù)患者的下頜結(jié)構(gòu)個性訂制，與患者下頜結(jié)構(gòu)具有極高的吻合度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]附圖標(biāo)記說明:
[0030]1、髁突2、髁突頸部
[0031]3、喙突4、鈦板
[0032]5、釘孔
【具體實施方式】
[0033]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例和附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。需要說明的是，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0034]實施例
[0035]請參閱圖1，本發(fā)明提供一種基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)，包括:髁突1、髁突頸部2和設(shè)有釘孔5的鈦板4 ;與人體下頜結(jié)構(gòu)相同地，髁突I突起于髁突頸部2上端的后緣；髁突頸部2下端設(shè)有鈦板4。
[0036]所述的基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)還包括喙突3 ;與人體下頜結(jié)構(gòu)相同地，喙突3突起于髁突頸部2上端的前緣。
[0037]本發(fā)明的人工顳下頜關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，與人體下頜結(jié)構(gòu)完全相同。所述的髁突1、髁突頸部2以及喙突3均為人體下頜的結(jié)構(gòu)。需要說明的是，根據(jù)力學(xué)研究表明，喙突3在下頜關(guān)節(jié)中不起主要受力作用，為使本發(fā)明的人工顳下頜關(guān)節(jié)更輕量化，可以在醫(yī)師或相關(guān)技術(shù)人員的判斷下，省略喙突3結(jié)構(gòu)。在顳下頜關(guān)節(jié)重建術(shù)中，所述的鈦板4通過鈦釘與人體的下頜升支剛性連接，使本發(fā)明人工顳下頜關(guān)節(jié)代替患者受損的下頜髁突I關(guān)節(jié)。
[0038]所述髁突1、髁突頸部2和喙突3，分別與患者下頜健側(cè)的髁突1、髁突頸部2和喙突3的大小相等、形態(tài)對稱。
[0039]與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明的人工顳下頜關(guān)節(jié)并非按單一規(guī)格批量生產(chǎn)的下頜假體成品，而是按患者下頜結(jié)構(gòu)個性化訂制而成。本發(fā)明的人工顳下頜關(guān)節(jié)的髁突1、髁突頸部2及喙突3，完全根據(jù)患者下頜健側(cè)的髁突1、髁突頸部2及喙突3按一比一對稱成型所得，其結(jié)構(gòu)與患者的生理結(jié)構(gòu)完全一致。
[0040]所述鈦板4上的釘孔5數(shù)量不少于兩個。
[0041]如果釘孔5的數(shù)量只有一個，會導(dǎo)致本發(fā)明的人工顳下頜關(guān)節(jié)與患者的下頜升支連接無法充分固定，使人工顳 下頜關(guān)節(jié)僅與患者的下頜升支鉸接，人工顳下頜關(guān)節(jié)仍能夠在患者的下頜升支上旋轉(zhuǎn)。為保證連接緊密，固定充分，鈦板4上的釘孔5數(shù)量不少于兩個。
[0042]本發(fā)明還提供一種基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)的制造方法，包括以下步驟:
[0043]S1、掃描，用CT掃描獲取患者顳下頜的基礎(chǔ)三維外形數(shù)據(jù)；
[0044]本步驟通過CT掃描直接從患者下頜獲取三維外形數(shù)據(jù)，是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的重要步驟之一?，F(xiàn)有技術(shù)僅仿照人體下頜的外形做相應(yīng)的設(shè)計，批量制作出幾個不同型號的下頜假體。顯然地，每個患者的下頜結(jié)構(gòu)形狀具有個體差異，批量設(shè)計的成品假體顯然不能吻合每個患者的生理結(jié)構(gòu)。
[0045]S2、建模，對基礎(chǔ)三維外形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)手術(shù)截骨情況，將健側(cè)截斷平面以上的髁突1、髁突頸部2及喙突3結(jié)構(gòu)做矢狀面翻轉(zhuǎn)，并在翻轉(zhuǎn)后髁突頸部2下端的頰側(cè)添加與患者下頜骨表面完全吻合的鈦板4，以建立所述人工顳下頜關(guān)節(jié)的三維計算機模型；
[0046]本步驟是步驟SI的后續(xù)處理。通過步驟SI從患者處獲得的三維外形數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模，并能在三維計算機模型中根據(jù)患者健側(cè)的髁突1、髁突頸部2及喙突3結(jié)構(gòu)，重構(gòu)替換已受損的髁突1、髁突頸部2及喙突3結(jié)構(gòu)，保證修復(fù)結(jié)構(gòu)與患者的生理結(jié)構(gòu)完全吻合。
[0047]S3、連接設(shè)計，對所述人工顳下頜關(guān)節(jié)的三維計算機模型進(jìn)行連接設(shè)計；
[0048]由于顳下頜關(guān)節(jié)重建術(shù)中僅需對損壞的髁突1、髁突頸部2及喙突3結(jié)構(gòu)進(jìn)行重建，因此僅需要制作出具有髁突1、髁突頸部2及喙突3結(jié)構(gòu)的人工顳下頜關(guān)節(jié)，再將人工顳下頜關(guān)節(jié)與人體下頜升支連接。人工顳下頜關(guān)節(jié)與人體下頜升支的連接是通過鈦板4連接的。因此，應(yīng)根據(jù)患者的具體情況，設(shè)計出相應(yīng)的鈦板4，并設(shè)計出所需的釘孔5，用于連接人工顳下頜關(guān)節(jié)與人體下頜升支，保證人工顳下頜關(guān)節(jié)與人體下頜升支的連接緊密，固定充分。必要時可利用有限元分析的方法驗證釘孔5的數(shù)量及強度是否滿足要求。
[0049]S4、生成工藝參數(shù)，對所述人工顳下頜關(guān)節(jié)的三維計算機模型進(jìn)行分層處理，生成相應(yīng)的掃描路徑，保存并導(dǎo)出相應(yīng)的工藝參數(shù)；
[0050]本步驟是對步驟S5的預(yù)處理。要對上述步驟建模所得的三維計算機模型進(jìn)行實體成型制造，必須對三維計算機模型進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，生成相應(yīng)的工藝參數(shù)，為步驟S5做準(zhǔn)備。所述工藝參數(shù)包括人工顳下頜關(guān)節(jié)工件的擺放位置、擺放方式以及激光的掃描方式、掃描速度、功率和光斑直徑。
[0051]S5、3D打印，將所述工藝參數(shù)導(dǎo)入3D打印設(shè)備，進(jìn)行3D打??；
[0052]本步驟是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的又一步驟。利用選擇性激光熔化技術(shù)進(jìn)行3D打印成型，具有極高的加工柔性。根據(jù)步驟S4生成的工藝參數(shù)，直接完成人工顳下頜關(guān)節(jié)的成型制造，生廣效率聞，制造成品能吻合不冋患者的個性化生理結(jié)構(gòu)。
[0053]S6、噴砂，對3D打印制得的半成品進(jìn)行噴砂處理。
[0054]此步驟用于對步驟S5所得的半成品進(jìn)行精加工。步驟S5所得的純鈦金屬表面偶見孔徑約為30 μ m的不規(guī)則孔隙。激光成型的純鈦半成品經(jīng)過步驟S6噴砂處理后，能夠去除金屬表面的未燒結(jié)完全的球狀顆粒，以及能降低表面的粗糙度。經(jīng)實驗表明，人工顳下頜關(guān)節(jié)表面粗糖度在嗔砂如為12.4 μ m,嗔砂后為2.3 μ m,嗔砂后的人工顏下頌關(guān)節(jié)表面明顯比噴砂前更為光滑。
[0055]所述步驟S5具體`包括以下步驟:
[0056]S501、所述3D打印設(shè)備設(shè)有基板，在基板上均勻鋪上鈦粉層；
[0057]S502、利用高能激光按掃描路徑掃描基板上的鈦粉層，使鈦粉層融化冷卻固結(jié)在基板上；
[0058]S503、在已經(jīng)固結(jié)的鈦粉層上再鋪上新的鈦粉層，并按掃描路徑對新的鈦粉層進(jìn)行激光掃描；
[0059]S504、重復(fù)步驟S503，直至人工顳下頜關(guān)節(jié)完全成型，再將成型的人工顳下頜關(guān)節(jié)從基板上取出。
[0060]為了達(dá)到更好的加工效果，提高成品的加工精度，所述激光的功率為50-200W，激光的光斑直徑為50-180μπι，激光的掃描速度為50-500mm/s。所述鈦粉層的厚度為10-80 μ m ;所述鈦粉層由球狀顆粒純鈦粉末組成，球狀顆粒純鈦粉末直徑為10-100 μ m。
[0061]在本實施例中，所采用的激光的功率為100W，激光的光斑直徑為87μπι，激光的掃描速度為275mm/s。所采用的鈦粉層的厚度為30 μ m ;所述鈦粉層由球狀顆粒純鈦粉末組成，球狀顆粒純鈦粉末直徑為30 μ m。
[0062]為防止加工過程中鈦粉氧化，所述步驟S501至步驟S504，人工顳下頜關(guān)節(jié)工件均在99.999wt.%的氬氣保護(hù)環(huán)境中進(jìn)行成型加工。
[0063]本發(fā)明所提供的一種基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)及其制造方法，采用選擇性激光熔化技術(shù)對人工顳下頜關(guān)節(jié)進(jìn)行3D打印成型，成型材料為具有良好生物相容性的純鈦。制作人工顳下頜關(guān)節(jié)前，先對每個患者的下頜進(jìn)行CT掃描，獲取患者實際的下頜結(jié)構(gòu)三維數(shù)據(jù)，再根據(jù)每個患者下頜形狀訂制出個性化的人工顳下頜關(guān)節(jié)，因而本發(fā)明的人工顳下頜關(guān)節(jié)與患者的下頜結(jié)構(gòu)吻合程度極高。同時，
[0064]成型材料純鈦具有較高的強度，保證成型吻合患者個體生理結(jié)構(gòu)的同時，保證成型所得的人工顳下頜關(guān)節(jié)堅固使用，最大限度地對真實的人體下頜結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真制作。
[0065]以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的一種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專 利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)，其特征在于，包括:髁突、髁突頸部和設(shè)有釘孔的鈦板；髁突突起于髁突頸部上端的后緣；所述鈦板設(shè)置于髁突頸部下端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)，其特征在于:還包括喙突；所述喙突突起于媒突頸部上端的前緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)，其特征在于:所述髁突、髁突頸部和喙突，分別與患者下頜健側(cè)的髁突、髁突頸部和喙突的大小相等、形態(tài)對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)，其特征在于:所述鈦板上的釘孔數(shù)量不少于2個。
5.一種基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、掃描，用CT掃描獲取患者顳下頜的基礎(chǔ)三維外形數(shù)據(jù)； 52、建模，對基礎(chǔ)三維外形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)手術(shù)截骨情況，將健側(cè)截斷平面以上的髁突、髁突頸部及喙突結(jié)構(gòu)做矢狀面翻轉(zhuǎn)，并在翻轉(zhuǎn)后髁突頸部下端的頰側(cè)添加與患者下頜骨表面完全吻合的鈦板，以建立所述人工顳下頜關(guān)節(jié)的三維計算機模型； 53、連接設(shè)計，對所述人工顳下頜關(guān)節(jié)的三維計算機模型進(jìn)行連接設(shè)計； 54、生成工藝參數(shù)，對所述人工顳下頜關(guān)節(jié)的三維計算機模型進(jìn)行分層處理，生成相應(yīng)的掃描路徑，保存并導(dǎo)出相應(yīng)的工藝參數(shù)； 55、3D打印，將所述工藝參數(shù)導(dǎo)入3D打印設(shè)備，進(jìn)行3D打?。? 56、噴砂，對3D打印制得的半成品`進(jìn)行噴砂處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)的制造方法，其特征在于:所述步驟S5具體包括以下步驟: 5501、所述3D打印設(shè)備設(shè)有基板，在基板上均勻鋪上鈦粉層； 5502、利用高能激光按掃描路徑掃描基板上的鈦粉層，使鈦粉層融化冷卻固結(jié)在基板上； 5503、在已經(jīng)固結(jié)的鈦粉層上再鋪上新的鈦粉層，并按掃描路徑對新的鈦粉層進(jìn)行激光掃描; 5504、重復(fù)步驟S503，直至人工顳下頜關(guān)節(jié)完全成型，再將成型的人工顳下頜關(guān)節(jié)從基板上取出。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)的制造方法，其特征在于:所述工藝參數(shù)包括人工顳下頜關(guān)節(jié)工件的擺放位置、擺放方式以及激光的掃描方式、掃描速度、功率和光斑直徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)的制造方法，其特征在于:所述激光的功率為50-200W，激光的光斑直徑為50-180 μ m，激光的掃描速度為50_500mm/s。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)的制造方法，其特征在于:所述鈦粉層的厚度為10-80 μ m;所述鈦粉層由球狀顆粒純鈦粉末組成，球狀顆粒純鈦粉末直徑為10-100 μ m。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于選擇性激光熔化技術(shù)的人工顳下頜關(guān)節(jié)的制造方法，其特征在于:所述步驟S501至步驟S504，人工顳下頜關(guān)節(jié)工件均在99.999wt.%的氬氣保護(hù)環(huán)境中進(jìn)行成 型加工。
【文檔編號】A61F2/30GK103750923SQ201310712553
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】張志光, 陳建宇, 羅崇岱, 張春雨, 陳賢帥 申請人:中山大學(xué)附屬口腔醫(yī)院