專利名稱：個性化鈦制材料顱頜面骨修復體的電子束熔融制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于替代顱頜面缺損骨骼的人工假體的制備技術，特別是一種個性化鈦制 材料顱頜面骨修復體的電子束熔融制備方法，該方法采用先進制造技術進行個性化的顱頜 面骨修復體的加工，所述個性化鈦制材料顱頜面骨修復體主要用于神經外科、整形外科、 口腔頜面外科等領域的顱頜面骨創(chuàng)傷或病變切除后的骨缺損修復。
背景技術：
醫(yī)學內置物置換手術是常見的外科手術之一，而臨床的假體置換手術面臨的一個難題 就是在進行手術干預之前無法知道內置物的最佳幾何形態(tài)，而顱頜面骨缺損的特殊性在 于對術后形態(tài)的要求較之其他部位更加突出。傳統(tǒng)的修補材料包括有機玻璃、滅火異體骨、 骨水泥、硅膠假體。但是，有些上述材料需要在手術臺上花費很長的時間塑形并且強度不 夠而漸漸被新材料所替代。近年來鈦網、多孔聚乙烯，由于其良好的生物相容性，較易塑 形等特點成為臨床新寵。但面對復雜程度較高的形態(tài)，其塑形難度往往不能很好的解決。 而針對較大面積的缺損或力學要求較高的部位(如下頜骨缺損修復)，易塑形的材料又往往 面臨強度不夠的難題。在材料加工方面，傳統(tǒng)的手術多采用臨床人工塑形。對于缺損形態(tài)極不規(guī)則，解剖結 構復雜，缺損面積巨大的病例，修補體的塑形和拼接工作成為令外科醫(yī)生頭疼的難題，他 們往往需要花費很長的時間將市場上可以購得的規(guī)格不同的材料利用有限的手術器械彎制 成不同的曲度，再像拼圖一樣將小塊拼接起來，不僅大大延長了手術時間，增加手術風險， 而且這種"人工"打造的修補體形態(tài)往往不能讓患者滿意。近年來，運用工業(yè)領域的先進 制造技術進行修復體的預制成型成為新的研究領域。目前主要的幾種加工方法及其特點有模具加工在數(shù)控機床上加工出沖壓模具，然后壓制鈦板或鈦網成形。這種方法較之 手工塑形能滿足更好的形態(tài)需要，但這種方法一般用于大規(guī)模標準件的生產，用于個性化 的生產由于模具只使用一次，造成浪費。另一方面，由于沖壓造成的應力問題也會造成配 合精度的隱患。精密鑄造利用快速成型設備加工出修復體的蠟模，采用鈦制材料材料用精密鑄造加 工技術翻模加工成型。這種方法精確度高，成型后形態(tài)穩(wěn)定、強度高。但是由于鑄造出的修復體彈性系數(shù)較高，可塑性相對較差，因此修復體與患者缺損邊緣的貼合性也不是很完 美。數(shù)控加工利用數(shù)控銑床對塊狀鈦材進行切削加工成型。這種方法精確度高，而且加 工時所用塊材是經過鍛造而成，相對于鑄造材料來說彈性系數(shù)較低，有一定的可塑性，因 此修復體與患者缺損邊緣也會相對貼合的更完美。發(fā)明內容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷或不足，提供一種個性化鈦制材料顱頜面骨修復體 的電子束熔融制備方法，采用該方法，能夠方便快捷地獲得可以直接使用的個性化鈦制材 料顱頜面骨修復體。本發(fā)明的技術構思為，利用CT技術、計算機圖像技術和電子束熔融加工成型技術，獲 得個性化鈦制材料顱頜面骨修復體。鈦制材料是指金屬鈦或鈦合金。本發(fā)明的技術方案如下個性化鈦制材料顱頜面骨修復體的電子束熔融制備方法，其特征在于結合圖像學技 術和電子束熔融的技術，將鈦制材料粉末制備成個性化鈦制材料顱頜面骨修復體。制備步驟包括:采用CT斷層掃描獲取患者顱頜面骨圖像數(shù)據(jù)；根據(jù)顱頜面骨圖像數(shù)據(jù)， 利用計算機進行三維重建；利用計算機輔助設計獲得修復體的計算機圖像數(shù)據(jù)；將計算機 圖像數(shù)據(jù)輸入到電子束熔融機中，使得電子束對金屬鈦粉末或鈦合金粉末進行有選擇的熔 融加工成型，獲得個性化鈦制材料顱頜面骨修復體。還包括，參照患者的病理樹脂頭模，對數(shù)控銑床加工出的修復體進行拋光、打磨、清 潔、和/或消毒的后處理。所述CT斷層掃描獲取患者顱頜面骨圖像數(shù)據(jù)滿足以下條件要求掃描層厚《10mm， 重建層厚《2mm，將數(shù)據(jù)用標準DICOM格式記錄或光盤文件保存。所述三維重建包括，采用醫(yī)學圖像控制系統(tǒng)軟件形成反映顱頜面骨原形的三維圖形數(shù) 據(jù)，輸出文件格式為STL。所述計算機輔助設計包括采用通用非線性曲面造型軟件進行修復體的設計，得到修 復體的基本三維模型，然后在修復體表面設計通孔及沉孔，得到最終的修復體三維模型。所述電子束熔融機按照修復體三維模型的計算機圖像數(shù)據(jù)將修復體加工成型的步驟包括(1)把修復體三維模型分層，分成一系列的層片；(2) 根據(jù)每個層片的輪廓信息或數(shù)據(jù)，電子束熔融機確定加工參數(shù)并自動生成數(shù)控代碼；(3) 電子束按照數(shù)控代碼對金屬鈦粉末或鈦合金粉末進行有選擇的熔融；(4) 加工完成待修復體冷卻后，清除多余的粉末即得到修復體雛型。本發(fā)明的技術效果如下本發(fā)明提供了一種個性化鈦制材料顱頜面骨修復體的電子束熔融制備方法，利用CT技 術、計算機圖像技術和電子束熔融加工成型技術，能夠方便快捷地獲得可以直接使用的個 性化鈦制材料顱頜面骨修復體。


圖1是實施本發(fā)明采用電子束熔融法制備個性化鈦制材料顱頜面骨修復體的工藝流程。 圖2是實施本發(fā)明電子束熔融制備方法制造的上頜骨修復體示意圖。 圖3是實施本發(fā)明電子束熔融制備方法制造的顱骨修復體示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖(圖l-圖3)對本發(fā)明進一步進行說明。首先對電子束熔融技術說明如下電子束熔融技術指在電子束選區(qū)熔化金屬粉末成形。其原理是利用電子束聚焦后能 量密度極高，以極高的速度沖擊到工件表面極小的面積上，在極短的的時間(幾分之一秒) 內，其能量大部分轉變?yōu)闊崮?，使被沖擊部分的工件材料達到幾千攝氏度以上的高溫，引 起材料的局部熔化或氣化的性能。本發(fā)明采用了這種新的加工方法，即電子束熔融法，該方法依靠電子束熔融設備實施，例如瑞典的ARCAMAB公司的ARCAMA2電子束熔融機。相較于精密鑄造方法，電子束 熔融法有更快的速度，僅十余小時即可加工完成，而鑄造法需要一個月左右；相較于模具 加工法，電子束熔融不需要生產模具，而且可以一次性制造多個不同的修復體，更加有利 于多樣化、小批量的生產；相較于數(shù)控加工法，電子束熔融法可以加工任何一種形狀復雜 的修復體，數(shù)控加工法卻因其加工工藝的限制在修復體的形態(tài)上有一定的加工局限性；總 之，采用電子束熔融法加工修復體，具有加工形狀不受限制、加工時間短等優(yōu)點。圖1是實施本發(fā)明采用電子束熔融法制備個性化鈦制材料顱頜面骨修復體的工藝流程。該工藝流程包括以下加工步驟-1、 采用CT斷層掃描獲取患者顱頜面骨圖像數(shù)據(jù)，要求掃描層厚《10mm,重建層厚《 2mm，將數(shù)據(jù)用標準DICOM格式記錄或光盤文件保存。2、 顱頜面骨計算機三維重建，將CT圖像中分割的顱頜面骨數(shù)據(jù)進行三維重建，即采 用醫(yī)學圖像控制系統(tǒng)軟件形成反映顱頜面骨原形的三維圖形數(shù)據(jù)，輸出文件格式為STL。3、 修復體的計算機輔助設計，采用通用非線性曲面造型軟件進行修復體的設計，得到 修復體的基本三維模型，然后在修復體表面設計通孔及沉孔，得到最終的修復體三維模型。4、 電子束熔融法加工修復體 加工流程(1) 、把修復體的三維模型分層，分成一系列的層片；(2) 、根據(jù)每個層片的輪廓信息或數(shù)據(jù)，向電子束熔融設備輸入加工參數(shù)自動生成數(shù) 控代碼；(3) 、電子束按照數(shù)控代碼對金屬鈦粉末或鈦合金粉末進行有選擇的熔化；(4) 、加工完成待修復體冷卻后，清除多余的粉末即得到修復體雛型。5、 后處理參照患者的病理樹脂頭模，對電子束熔融加工出的修復體進行拋光、打磨、清潔、消 毒等后處理。6、 得到個性化的修復體。圖2是實施本發(fā)明電子束熔融制備方法制造的上頜骨修復體示意圖。圖3是實施本發(fā) 明電子束熔融制備方法制造的顱骨修復體示意圖。由圖2和圖3可見修復體明顯的個性化 特征。圖2和圖3中邊緣環(huán)繞的網紋線，并非指實際紋理或網格，只是一種表現(xiàn)立體曲面 效果的通常畫法，以增強人們對立體曲面的觀感。應當指出，以上所述具體實施方式
可以使本領域的技術人員更全面地理解本發(fā)明創(chuàng)造， 但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說明書參照附圖和實施例對本發(fā)明創(chuàng)造已 進行了詳細的說明，但是，本領域技術人員應當理解，仍然可以對本發(fā)明創(chuàng)造進行修改或 者等同替換，例如，鈦合金也可以用其他具有生物相容性的可熔融生物材料替代等；而一 切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術方案及其改進，其均涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護范 圍當中。
權利要求
1.個性化鈦制材料顱頜面骨修復體的電子束熔融制備方法，其特征在于結合圖像學技術和電子束熔融的技術，將鈦制材料粉末制備成個性化鈦制材料顱頜面骨修復體。
2. 根據(jù)權利要求1所述的個性化鈦制材料顱頜面骨修復體的電子束熔融制備方法，其特 征在于，制備步驟包括采用CT斷層掃描獲取患者顱頜面骨圖像數(shù)據(jù)；根據(jù)顱頜面骨圖像 數(shù)據(jù)，利用計算機進行三維重建；利用計算機輔助設計獲得修復體的計算機圖像數(shù)據(jù)；將 計算機圖像數(shù)據(jù)輸入到電子束熔融機中，使得電子束對金屬鈦粉末或鈦合金粉末進行有選 擇的熔融加工成型，獲得個性化鈦制材料顱頜面骨修復體。
3. 根據(jù)權利要求2所述的個性化鈦制材料顱頜面骨修復體的電子束熔融制備方法，其特 征在于還包括，參照患者的病理樹脂頭模，對數(shù)控銑床加工出的修復體進行拋光、打磨、 清潔、和/或消毒的后處理。
4. 根據(jù)權利要求2所述的個性化鈦制材料顱頜面骨修復體的電子束熔融制備方法，其特 征在于所述CT斷層掃描獲取患者顱頜面骨圖像數(shù)據(jù)滿足以下條件要求掃描層厚《 10mm，重建層厚《2mm，將數(shù)據(jù)用標準DICOM格式記錄或光盤文件保存。
5. 根據(jù)權利要求2所述的個性化鈦制材料顱頜面骨修復體的電子束熔融制備方法，其特 征在于所述三維重建包括，采用醫(yī)學圖像控制系統(tǒng)軟件形成反映顱頜面骨原形的三維圖 形數(shù)據(jù)，輸出文件格式為STL。
6. 根據(jù)權利要求2所述的個性化鈦制材料顱頜面骨修復體的電子束熔融制備方法，其特征在于所述計算機輔助設計包括采用通用非線性曲面造型軟件進行修復體的設計，得到修復體的基本三維模型，然后在修復體表面設計通孔及沉孔，得到最終的修復體三維模 型。
7. 根據(jù)權利要求6所述的個性化鈦制材料顱頜面骨修復體的電子束熔融制備方法，其特征在于所述電子束熔融機按照修復體三維模型的計算機圖像數(shù)據(jù)將修復體加工成型的步 驟包括(1) 把修復體三維模型分層，分成一系列的層片；(2) 根據(jù)每個層片的輪廓信息或數(shù)據(jù)，電子束熔融機確定加工參數(shù)并自動生成數(shù)控代碼；(3) 電子束按照數(shù)控代碼對金屬鈦粉末或鈦合金粉末進行有選擇的熔融；(4) 加工完成待修復體冷卻后，清除多余的粉末即得到修復體雛型。
全文摘要
一種個性化鈦制材料顱頜面骨修復體的電子束熔融制備方法，采用CT斷層掃描獲取患者顱頜面骨圖像數(shù)據(jù)；根據(jù)顱頜面骨圖像數(shù)據(jù)，利用計算機進行三維重建；利用計算機輔助設計獲得修復體的計算機圖像數(shù)據(jù)；將計算機圖像數(shù)據(jù)輸入到電子束熔融機中，使得電子束對金屬鈦粉末或鈦合金粉末進行有選擇的熔融加工成型，獲得個性化鈦制材料顱頜面骨修復體。采用這種結合圖像學技術和電子束熔融的技術、將鈦制材料粉末制備成個性化鈦制材料顱頜面骨修復體的方法，能夠方便快捷地獲得可以直接使用的個性化鈦制材料顱頜面骨修復體。
文檔編號G06T15/00GK101249028SQ200810101260
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月3日 優(yōu)先權日2008年3月3日
發(fā)明者燦 劉, 謙 姜, 李曉峰, 星 武 申請人:北京吉馬飛科技發(fā)展有限公司