CN111297518A - 一种基于3d打印热塑性材料/软组织共生骨植入物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，包括软组织共生区，软组织共生区设置于骨植入物表面的局部多孔区域，承载区为单一热塑性材料，位于骨植入内部或表面的实体三维区域，软组织共生区与承载区之间设置有过渡区，过渡区为孔隙率和孔径呈梯度变化的多孔结构。实现骨植入物植入后伤口的快速愈合。

Description

一种基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物

技术领域

本发明属于医疗技术领域，具体涉及一种基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物。

背景技术

肿瘤、外部创伤、畸形等造成的大段骨缺损，患者骨缺损位置和特征具有明显的特异性差异，传统的加工方式难以满足骨植入个性化制造的要求，因此仅能根据患者具体病情对骨缺损进行个性化定制，3D打印技术作为一种增材制造技术，可根据所打印样件的几何形状将材料层层累加，节省材料、降低制造成本并且提高了制造效率，3D打印技术同样适用于个性化需求较高的骨植入的制备，目前应用较多的3D打印骨植入物为钛合金骨植入物，其中钛合金骨植入物在下颌骨、颅骨、肋骨椎体等得到了广泛的应用，但钛合金力学性能与自然骨相差较大，容易造成应力遮挡和骨流失，且CT等影像学观察过程中存在伪影，不利于术后检测，较高的热导率同样影响钛合金骨植入物的舒适性，因此骨替代物需要新材料改善传统钛合金骨植入缺点。

聚芳醚酮、聚已内脂、聚乳酸等热塑性材料为具有较好生物兼容性的热塑性聚合物，在3D打印骨植入物研究领域得到广泛的关注与应用，聚醚醚酮等热塑性材料的密度和力学性能与人体自然骨骼接近，其作为骨替代物可有效的避免应力遮挡，在一定程度上改善骨流失，与传统金属骨植入相比，聚醚醚酮等热塑性材料在CT、MRI等影像学检测方式下呈弱显影性且没有伪影，便于患者术后康复观察，较低的热导率可提高的热塑性材料骨植入物主观舒适性，但是热塑性材料作为骨植入物具有较强的生物惰性，周围的软组织难以与聚醚醚酮等热塑性材料光滑的表面紧密贴附，容易形成纤维囊并限制术后恢复过程中伤口结缔组织必要的收缩，且材料与软组织之间的缝隙容易造成积液进而造成术后感染，因此热塑性材料骨植入物与周围软组织难以紧密结合是临床应用中急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，以解决热塑性材料作为骨植入物与其周围软组织的难以紧密贴附的问题，加快骨植入物植入后伤口的愈合。

本发明采用以下技术方案：

一种基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，包括软组织共生区，软组织共生区设置于骨植入物表面的局部多孔区域，承载区为热塑性材料，位于骨植入内部或表面的实体三维区域，软组织共生区与承载区之间设置有过渡区，过渡区为孔隙率和孔径呈梯度变化的多孔结构。

具体的，软组织共生区的内部为多孔结构。

进一步的，多孔结构的孔径在0.1～5mm梯度变化，孔隙率为0％～95％。

具体的，软组织共生区采用热塑性材料、生物陶瓷和纤维的复合材料制备而成，生物陶瓷和纤维含量在0％wt～60％wt之间可梯度变化。

具体的，过渡区采用热塑性材料、生物陶瓷和纤维的复合材料制备而成，过渡区内生物陶瓷和纤维的含量从连接软组织共生区的一侧到承载区的一侧呈梯度递减。

具体的，过渡区内部为多孔结构，孔径在0.1～5mm变化，孔隙率在0％～95％梯度变化，过渡区的孔隙率由连接软组织共生区一侧向承载区的一侧呈梯度递减。

进一步的，热塑性材料包括聚醚醚酮PEEK、聚已内脂PCL、聚乳酸PLA、聚乙烯PE、聚丙烯PC和/或尼龙PA中的一种或多种。

进一步的，多孔结构包括由单胞结构阵列而成的多孔结构，骨小梁仿生多孔结构，拓扑优化的多孔结构和/或由特定函数生成的多孔结构中的一种或多种。

进一步的，3D打印方式包括激光烧结打印、熔融沉积打印或光固化成形打印方式。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，将骨植入物划分为软组织共生区、承载区、过渡区，软组织共生区可实现骨植入物与周围软组织有效结合，承载区保证骨植入物的整体的力学强度，而过渡区实现承载区和软组织共生区的有效结合，防止区域之间的分层和剥离，同时不同区域之间的生物陶瓷、纤维的分布不同，实现对材料生物活性和力学性能的调控，最后使用3D打印的方式制备骨植入物。

进一步的，软组织共生区的内部为孔径0.1～0.5mm，通过多孔结构的设计促进骨植入物周围软组织的的长入，实现骨植入物与周围软组织的有效结合。

进一步的，软组织共生区多孔结构的孔径在0.1～5mm内梯度变化，由于不同位置的软组织的最佳长入孔径不同，因此通过多孔结构孔径梯度变化使不同位置的软组织均满足其最佳的长入孔径，以实现不同位置软骨组织的有效长入。

进一步的，软组织共生区中的生物陶瓷和纤维含量均在0％wt～60％wt之间可调，生物陶瓷有利于提高材料生物活性，纤维可增加材料力学性能，因此可根据生物活性和力学性能需求，将生物陶瓷和纤维按照不同含量的组合实现软组织共生区生物活性和力学性能调控。

进一步的，过渡区内生物陶瓷和纤维的含量从连接软组织共生区的一侧到承载区的一侧递减，使得过渡区与软组织共生区界面接触部位以及过渡区与承载区界面接触部位材料成分相近，可有效加强过渡区和软组织共生区、过渡区和承载区的界面结合强度，提高骨植入物整体的力学性。

进一步的，过渡区的孔隙率由连接软组织共生区一侧向承载区一侧梯度递减，实现软组织共生区的多孔结构向承载区实体结构的渐变，避免不同分区之间的结构突变，提高界面结合强度。

综上所述，本发明热塑性材料骨植入物与周围软组织的贴附紧密，能够实现骨植入物植入后伤口的快速愈合。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明聚醚醚酮软组织共生骨植入物结构示意图，其中，(a)为分区示意图，(b)分区示意图的局部剖视图；

图2为本发明聚醚醚酮软组织共生肋骨骨替代物；

图3为本发明聚醚醚酮软组织共生肋骨骨替代物纵向剖视图；

图4为本发明聚醚醚酮软组织共生肋骨骨替代物横向剖视图；

图5为本发明聚醚醚酮软组织共生肩胛骨骨替代物，其中，(a)为前视图，(b)为后视图；

图6为本发明聚醚醚酮软组织共生肩胛骨骨替代物局部剖视图；

图7为本发明聚醚醚酮软组织共生垫块，其中，(a)为垫块分区示意图，(b)为垫块分区局部剖视图。

其中：1.软组织共生区；2.过渡区；3.承载区。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明一种基于3D打印热塑性材料软组织共生骨植入物，其特征在于，包括软组织共生区1，软组织共生区1设置于骨植入物表面的局部多孔区域，承载区3为热塑性材料，位于骨植入内部或表面的实体三维区域，软组织共生区1与承载区3之间设置有过渡区2，过渡区2为孔隙率和孔径呈梯度变化的多孔结构。

软组织共生区1的内部为孔径0.1～5mm的多孔结构，孔隙率为0％～95％。

软组织共生区1采用热塑性材料、生物陶瓷和纤维的复合材料制备而成，生物陶瓷和纤维在0～60％wt内可梯度变化。

过渡区2采用热塑性材料、生物陶瓷和纤维的复合材料制备而成，过渡区2内生物陶瓷和纤维的含量从连接软组织共生区1的一侧到承载区3的一侧梯度递减。

过渡区2内部为多孔结构，孔径在0.1～5mm可变，孔隙率在0～95％梯度可变，并且过渡区2的孔隙率由连接软组织共生区1一侧向承载区3一侧梯度递减。

热塑性材料包括但不限于：聚醚醚酮(PEEK)、聚已内脂(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PC)、尼龙(PA)，以及以上两种或多种材料的复合材料。

使用3D打印的方式制备热塑性材料软组织共生骨植入物，包括：激光烧结打印、熔融沉积打印或光固化成形打印方式。

一种3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物的方法，包括以下步骤：

S1、获取病患部位影像学数据，重建骨骼三维模型，将三维模型作为初步骨植入模型；

S2、根据所建立初步骨植入物模型，依据骨骼与周围骨组织、软组织的受力情况，对初步骨植入物模型进行有限元分析，验证现有模型是否满足体内受力强度要求，如满足则将初步骨骼模型作为骨植入承载区三维模型，否则调整骨骼模型几何形状；

如满足受力需求，将所得三维模型作为承载区三维模型，否则重复模型调整和有限元分析过程，直至达到强度要求并将初步骨植入物模型作为骨植入承载区三维模型。

S3、将满足强度需求的骨骼模型作为骨植入物的承载区，并根据骨植入物与周围软组织的结合需求，在所建立骨植入物承载区模型基础上建立多孔结构的软组织共生区，多孔结构为孔径0.1～5mm的孔；

S4、将软组织共生区和承载区之间区域划分为过渡区，过渡区中孔径和孔隙率由软组织共生区一侧向承载区的一侧递减，使用3D打印的方式制备热塑性材料/软组织共生骨植入物。

过渡区与承载区中连接部分为热塑性材料，过渡区与软组织共生区连接部分为生物陶瓷、纤维和热塑性材料组成的复合材料，由软组织共生区向承载区过渡中，过渡区中生物陶瓷和纤维含量在热塑性材料基体中梯度降低。

本发明制备方法在骨植入物设计过程中首先根据影像学数据重建骨骼模型并将其作为承载区的初步三维模型，通过有限元分析校验承载区三位模型是否满足体内受力需求，如满足则将初步骨骼模型作为骨植入承载区三维模型，否则调整骨骼模型几何形状再进行有限元分析，例如增加骨植入物的厚度或者直径，直至满足体内受力需求为止，因此可保证骨植入物有足够的强度，能够完全满足体内受力需求。根据骨植入物与周围软组织的结合需求，在所建立骨植入物承载区模型基础上建立多孔结构的软组织共生区，多孔结构为孔径0.1～5mm的孔，通过多孔结构的设计可诱导周围软组织向多孔结构内部长入，实现骨植入物与软组织的有效结合，承载区和软组织共生区域划分为过渡区，过渡区中孔隙率、生物陶瓷含量、纤维含量由软组织共生区一侧向承载区的一侧递减，以保证软组织共生区和承载区材料成分和结构渐变，防止发生剥离和分层，最后使用3D打印的方式制备骨植入物，通过上述的设计和制备方法，可保证骨植入物整体力学强度以及各个分区之间界面结合强度，实现骨植入物与周围软组织的有效结合。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图2、图3和图4，以聚醚醚酮软组织共生肋骨骨替代物为例

1.聚醚醚酮软组织共生肋骨骨替代物，其结构主要包括软组织共生区1、承载区3和过渡区2，软组织共生区1位于骨植入物表面的部分区域，并且软组织共生区1为PEEK材料、羟基磷灰石、碳纤维材料的复合材料的多孔区域，承载区3位于骨植入内部或者表面的三维实体区域，所使用材料为单一的PEEK材料；过渡区2为连接承载区3和软组织共生区1之间区域，用于连接承载区3与软组织共生区1，过渡区2中为孔隙率、孔径可梯度变化的多孔结构，过渡区2使用羟基磷灰石、聚醚醚酮、碳纤维的复合材料，并且羟基磷灰石和碳纤维含量在过渡区2中梯度变化；

2.聚醚醚酮软组织共生肋骨骨替代物设计与制备主要包括下流程：

(1)首先使用CT、MRI等影像学检测手段获取病患部位影像学数据，并使用Mimics、Geomagics、SolidWorks(软件)等CAE软件重建肋骨三维模型，将所建立肋骨骨植入模型作为初步三维模型；

(2)根据所建立初步骨植入物模型，依据肋骨与周围骨组织、软组织的受力情况，使用Ansys、Abaqus等有限元软件对初步骨植入物模型进行有限元分析，验证现有模型是否满足体内受力强度要求，如满足则将初步肋骨模型作为骨植入承载区三维模型，否则调整肋骨模型几何形状，例如增加肋骨直径以增加肋骨强度，并重新进行有限元分析验证调整后骨植入物模型是否满足体内受力强度要求，如满足受力需求则将所得三维模型作为肋骨承载区三维模型，否则重复上述模型调整和有限元分析过程，直至达到肋骨强度要求并将初骨植入物模型作为骨植入承载区三维模型；

(3)将所能够满足强度需求的肋骨模型作为骨植入物的承载区，并根据骨植入物与周围软组织的结合需求，在所建立肋骨承载区模型基础上建立软组织共生区，使用SolidWorks等三维软件建立软组织共生区多孔结构，其中软组织共生区多孔结构为孔径为1mm的方孔，为保证软组织共生区与周围软组织实现有效的结合，软组织共生区使用聚醚醚酮、羟基磷灰石复合材料、纤维的复合材料，以提高其与软组织共生区的强度和生物兼容性，其中羟磷灰石复合材料含量40％wt，纤维含量为5％wt；

(4)过渡区中连接软组织共生区多孔结构中孔径为1mm方孔，并且由软组织共生区一侧向承载区一侧孔径逐渐减小，孔隙率逐渐降低，实现软组织共生区向承载区孔隙率的梯度变化，过渡区与承载区中连接部分为单一聚醚醚酮材料，过渡区与软组织共生区连接部分为羟基磷灰石和聚醚醚酮复合材料，由软组织共生区向承载区变化中，过渡区中羟基磷灰石含量在聚醚醚酮基体中梯度降低，以加强软组织共生区与承载区的界面结合强度；

3.使用熔融沉积3D打印的方式制备软组织肋骨共生骨替代物，打印完成后由医生将肋骨骨植入物植入患者体内；

基于3D打印工艺制备聚醚醚酮软组织共生肋骨骨植入物，根据患者病情对骨植入物个性化设计与制备，在肋骨植入物设计过程中，依据患者原始肋骨模型重建肋骨骨植入物三维模型，通过有限元分析和肋骨三维模型的调整使之满足体内受力环境，将所得三维模型作为软组织共生肋骨骨替代物的承载区，以保证肋骨骨植入物的承载区强度，根据肋骨骨植入与周围软组织共生需求，在承载区三维模型的基础上建立软组织共生区和过渡区，承载区为孔径1mm的方孔结构，所使用材料40％wt羟基磷灰石、5％碳纤维、聚醚醚酮所组成的复合材料，能够有效诱导周围软组织向多孔结构内部长入，并使软组织与肋骨骨植入物实现机械固定，过渡区中羟基磷灰石含量和孔隙率梯度分布，使软组织共生区和承载区紧密结合，实现假体与周围软组织的共生结合，减少术后积液，降低感染率，促使骨植入物植入人体后伤口快速愈合。

实施例2

请参阅图5和图6，以聚醚醚酮软组织共生肩胛骨骨替代物为例

1.聚醚醚酮软组织共生肩胛骨骨替代物，其结构主要包括软组织共生区1、承载区3、过渡区2，其中软组织共生区1位于骨植入物表面的部分区域，与过渡区2相连接，完全包裹或者部分包裹过渡区2和承载区3，并且软组织共生区1为PEEK材料、硅酸钙、碳纤维组成复合材料的多孔区域，承载区3位于骨植入内部或者表面的三维实体区域，所使用材料为单一的PEEK材料；过渡区2为连接承载区3和软组织共生区1之间区域，用于连接承载区3与软组织共生区1，过渡区2中为孔隙率、孔径可梯度变化的多孔结构，过渡区2使用硅酸钙、碳纤维、PEEK组成的复合材料，并且硅酸钙含量在过渡区中可以梯度变化；

2.聚醚醚酮软组织共生肩胛骨骨替代物设计与制备主要包括以下流程：

(1)首先使用CT、MRI等影像学检测手段获取病患部位影像学数据，并使用Mimics、Geomagics、SolidWorks等CAE软件重建肩胛骨三维模型，将所建立肩胛骨模型作为初步骨植入物模型；

(2)根据所建立初步肩胛骨模型，依据肩胛骨与周围骨组织、软组织的受力情况，使用Abaqus、Ansys等有限元软件对初步肩胛骨模型进行有限元分析，验证初步肩胛骨模型是否满足体内受力强度要求，如满足则将初步肩胛骨模型作为骨植入承载区三维模型，否则调整肩胛骨模型几何形状，例如增加肩胛骨厚度以增加肩胛骨强度，并重新进行有限元分析验证调整后肩胛骨模型是否满足体内受力强度要求，如满足受力需求则将所得三维模型作为肩胛骨承载区三维模型，否则重复上述模型调整和有限元分析过程，直至达到肩胛骨强度要求并将初步肩胛骨模型作为骨植入承载区三维模型；

(3)将所能够满足强度需求的肩胛骨模型作为骨植入物的承载区，并根据骨植入物与周围软组织的结合需求，在所建立肩胛骨承载区模型基础上建立软组织共生区，使用SolidWorks等三维软件建立软组织共生区多孔结构，其中软组织共生区多孔结构为孔径为0.8mm的圆孔，为保证软组织共生区与周围软组织实现有效的结合，软组织共生区使用聚醚醚酮、硅酸钙、碳纤维复合材料，以提高其与软组织的生物兼容性和力学性能，其中复合材料硅酸钙含量20％wt，碳纤维含量5％wt；

(4)过渡区中连接软组织共生区多孔结构中孔径为0.5mm方孔，并且由软组织共生区一侧向承载区一侧孔径逐渐减小，孔隙率逐渐降低，实现软组织共生区向承载区孔隙率的梯度变化，过渡区与承载区中连接部分为纯聚醚醚酮材料，过渡区与软组织共生区连接部分为硅酸钙、碳纤维、聚醚醚酮组成的复合材料，由软组织共生区向承载区变化中，过渡区中硅酸钙和碳纤维含量在聚醚醚酮基体中梯度降低，过渡区材料的梯度渐变可加强软组织共生区与承载区的结合强度；

3.使用熔融沉积3D打印的方式制备软组织肩胛骨共生骨替代物，打印完成后由医生将肩胛骨骨植入物植入患者体内；

基于3D打印工艺制备聚醚醚酮软组织共生肩胛骨骨植入物，根据患者病情对骨植入物个性化设计与制备，依据患者原始肩胛骨模型重建骨植入三维模型，通过有限元分析和肩胛骨三维模型的调整使之满足体内受力环境，将所得三维模型作为软组织共生肩胛骨骨替代物的承载区，以保证肩胛骨骨植入物的承载区强度，根据肩胛骨骨植入与周围软组织共生需求，在承载区三维模型的基础上建立软组织共生区和过渡区，软组织共生区为孔径0.8mm的圆孔结构，所使用材料20％wt硅酸钙、5％wt碳纤维、聚醚醚酮复合材料，能够有效诱导周围软组织向多孔结构内部长入，并使软组织与与肩胛骨骨植入物实现机械固定，过渡区中硅酸钙含量和孔隙率梯度分布，提高聚醚醚酮材料的生物活性，使软组织共生区和承载区紧密结合，实现假体与周围软组织的共生结合，减少术后积液，降低感染率，使骨植入物植入后伤口快速愈合。

实施例3

请参阅图7，以聚醚醚酮软组织共生垫块为例

1.聚醚醚酮软组织共生垫块，其结构主要包括软组织共生区1、承载区3、过渡区2，其中软组织共生区1位于垫块表面的部分区域，与过渡区2相连接，完全包裹或者部分包裹过渡区2和承载区3，并且软组织共生区1为PEEK与生物陶瓷构成复合材料的多孔区域，承载区3位于垫块内部或者表面的三维实体区域，所使用材料为单一的PEEK材料；过渡区2为连接承载区3和软组织共生区1之间区域，过渡区2中为孔隙率、孔径可梯度变化的多孔结构，过渡区2使用羟基磷灰石与聚醚醚酮复合材料，并且羟基磷灰石含量在过渡区中梯度变化；

2.聚醚醚酮软组织共生垫块设计与制备主要包括下流程：

(1)首先使用CT、MRI等影像学检测手段获取病患部位影像学数据，并使用Mimics、Geomagics、SolidWorks等CAE软件重建具有骨缺损自然骨的三维模型，根据自然骨三维模型反求骨缺损处形状；

(2)根据所建立的骨缺损形状构建垫块的初步模型，依据垫块与周围骨组织、软组织的受力情况，使用Abaqus、Ansys等有限元软件对初步垫块模型进行有限元分析，验证初步垫块模型是否满足体内受力强度要求，如满足则将初步垫块模型作为垫块承载区三维模型，否则调整垫块模型几何形状，例如增加垫块厚度以增加多孔垫块强度，并重新进行有限元分析验证调整后垫块模型是否满足体内受力强度要求，如满足受力需求则将所得三维模型作为垫块承载区三维模型，否则重复上述模型调整和有限元分析过程，直至得到满足强度要求的垫块并将所得垫块模型作为承载区三维模型；

(3)将所能够满足强度需求的垫块模型作为承载区，并根据垫块与周围软组织的结合需求，在所建立垫块承载区模型基础上建立软组织共生区，使用SolidWorks等三维软件建立软组织共生区多孔结构，其中软组织共生区多孔结构为孔径为0.7mm的圆孔，为保证软组织共生区与周围软组织实现有效的结合，软组织共生区使用聚醚醚酮与羟基磷灰石复合材料，以提高其与软组织的生物兼容性，其中羟磷灰石复合材料含量30％wt；

(4)过渡区中连接软组织共生区多孔结构中孔径为0.7mm方孔，并且由软组织共生区一侧向承载区一侧孔径逐渐减小，孔隙率逐渐降低，实现软组织共生区向承载区孔隙率的梯度变化，过渡区与承载区中连接部分为单一的聚醚醚酮材料，过渡区与软组织共生区连接部分为羟基磷灰石和聚醚醚酮复合材料，过渡区中由软组织共生区向承载区过渡时羟基磷灰石含量在聚醚醚酮基体中梯度降低，防止材料成分突变造成分区之间界面结合差等问题，以加强软组织共生区与承载区的结合强度；

3.使用熔融沉积3D打印的方式制备软组织共生多孔垫块，打印完成后由医生植入物植入患者体内；

对于无需更换整个自然骨的骨缺损病患，但缺损处又与软组织结合要求较高时，使用3D打印工艺制备聚醚醚酮软组织共生垫块可实现缺损处有效填补以及与周围软组织的结合，聚醚醚酮软组织共生垫块设计设置制备过程中，依据患者原始自然骨缺损模型重建垫块三维模型，通过有限元分析和垫块三维模型的调整使之满足体内受力环境，将所得垫块三维模型作为软组织共生垫块的承载区，以保证软组织垫块有足够的强度，根据垫块与周围软组织共生需求，在软组织垫块承载区三维模型的基础上建立软组织共生区和过渡区，承载区为孔径0.7mm的圆孔结构，所使用材料30％wt羟基磷灰石与聚醚醚酮复合材料，能够有效诱导周围软组织向多孔结构内部长入，并使软组织与软组织垫块实现机械固定，过渡区中羟基磷灰石含量和孔隙率梯度分布，使软组织共生区与过渡区紧密结合，最终实现假体与周围软组织的共生结合，减少术后积液，降低感染率，使软组织垫块植入后伤口快速愈合。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，其特征在于，包括软组织共生区(1)，软组织共生区(1)设置于骨植入物表面的局部多孔区域，承载区(3)为热塑性材料，位于骨植入内部或表面的实体三维区域，软组织共生区(1)与承载区(3)之间设置有过渡区(2)，过渡区(2)为孔隙率和孔径呈梯度变化的多孔结构。

2.根据权利要求1所述的基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，其特征在于，软组织共生区(1)的内部为多孔结构。

3.根据权利要求2所述的基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，其特征在于，多孔结构的孔径在0.1～5mm梯度变化，孔隙率为0％～95％。

4.根据权利要求1所述的基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，其特征在于，软组织共生区(1)采用热塑性材料、生物陶瓷和纤维的复合材料制备而成，生物陶瓷和纤维含量在0％wt～60％wt之间梯度变化。

5.根据权利要求1所述的基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，其特征在于，过渡区(2)采用热塑性材料、生物陶瓷和纤维的复合材料制备而成，过渡区(2)内生物陶瓷和纤维的含量从连接软组织共生区(1)的一侧到承载区(3)的一侧呈梯度递减。

6.根据权利要求1所述的基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，其特征在于，过渡区(2)内部为多孔结构，孔径在0.1～5mm变化，孔隙率在0％～95％梯度变化，过渡区(2)的孔隙率从连接软组织共生区(1)一侧向承载区(3)的一侧呈梯度递减。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，其特征在于，热塑性材料包括聚醚醚酮PEEK、聚已内脂PCL、聚乳酸PLA、聚乙烯PE、聚丙烯PC和/或尼龙PA中的一种或多种。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，其特征在于，多孔结构包括由单胞结构阵列而成的多孔结构，骨小梁仿生多孔结构，拓扑优化的多孔结构和/或由特定函数生成的多孔结构中的一种或多种。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，其特征在于，3D打印方式包括激光烧结打印、熔融沉积打印或光固化成形打印方式。

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