3D打印个性化β-磷酸三钙间孔工程骨支架修复大段骨缺损研究

发布时间：2018-03-08 16:21

本文选题：大段骨缺损　切入点：3D打印　出处：《广州中医药大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：目的:1.通过计算机辅助技术和3D Plotting快速成型技术设计和制作出适用于新西兰大白兔骨缺损实验研究用的个性化间孔β-磷酸三钙骨修复体。2.对3D打印的支架模型外形尺寸和内部微结构进行表征测量,以明确其打印精度,探究实验材料尺寸精度对骨修复结果的影响。3.将间孔β-磷酸三钙与自体骨复合成骨组织工程骨修复体与不作任何处理的间孔骨修复体同时植入新西兰大白兔的桡骨大段骨缺损模型中,比较相同环境下两种骨修复体对治疗大段骨缺损的修复效果,并证明材料植骨具有减缓材料降解的作用。方法:1.新西兰大白兔双侧桡骨的三维测量以及个性化β-磷酸三钙间孔骨修复支架的三维设计:用mimics10.01软件对6只新西兰大白兔CT扫描的桡骨数据进行重建和测量。以此数据为基础在soliworks软件中设计出长为15mm,宽和高对应的骨缺损修复模型,并以STL格式保存文件。2.计算机辅助模拟新西兰大白兔桡骨骨缺损的手术过程:在NX-Imagewarer软件中运用分离、区域划分等操作在距离新西兰大白兔肘关节30mm处模拟截出长15mm的大段骨缺损,得出新西兰大白兔大段骨缺损的三维模型。将Soliworks软件中设计出的大段骨缺损间孔模型导入Imageware13.2软件中,并模拟植入到骨缺损模型中。3.将新西兰大白兔自体髂骨松质骨骨粒植入间孔β-磷酸三钙间孔骨修复支架中,并随机植入新西兰兔一侧桡骨骨缺损中;新西兰大白兔在全麻下,手术切开双侧桡骨前侧,并用高速磨钻在双侧桡骨制造出长15mm的大段骨缺损,随机将植入自体骨粒的间孔骨修复体与未做处理的间孔骨修复体植入与其匹配的桡骨骨缺损处,并使骨修复体与残端嵌合紧密。4.术后4周、8周、12周在相应的时间点处死新西兰大白兔取双侧桡骨标本进行标本实体观察、X线片检查、HE染色、Masson染色和Micro-CT扫描观察,对其结果进行统计分析。结果:1.经过扫描测量计算新西兰大白兔桡骨中段的直径为4± 1.2mm,通过soliworks软件设计出来长15mm、宽和高分别为5mm,孔径为3mm、孔间距为2.4mm、内部为400μ m微孔结构的大段骨修复体的三维模型。2.经过3D打印技术制备出了长15±0.83mm,宽和高分别为5mm±0.65,孔间距::孔径=0.8的间孔β-磷酸三钙间孔骨支架实体。间孔结构为支架内部提供填充植骨的空间,为原位成骨实验提供模型基础。扫描电镜图像结果表明支架的内部微孔结构合理,孔间连通率高。3.手术过程中,骨支架与桡骨缺损区匹配良好,说明新西兰大白兔大段骨缺损模型的个性化设计精确。4.术后大体标本观察发现植骨支架骨缺损修复速度和修复强度明显优于未植骨组。1)术后4周、8周、12周空白对照组的桡骨均未见修复,出现残端骨髓腔封闭,部分与尺骨融合;2)术后X线片发现随着时间的推移,植入材料逐渐降解,新生骨组织不断长入;3)术后Micro-CT扫描及缺损区三维重建及骨密度测量发现,骨重建过程中,植入组的新骨爬行替代更加顺利。4)术后4周HE染色结果表明植骨组与未植骨组新生血管数量相当,与文献报道一致[26],术后8周HE染色结果显示植骨组的新生骨较未植骨组多,术后12周HE染色发现植骨组材料几乎全部降解,新生骨量明显增多,部分材料已经完全被新生骨替代;未植骨组材料大部分降解,新生骨量较少,出现骨不连。Masson染色结果发现:术后4周、8周、12周植入组均可见较多的蓝染新生骨组织,并随着时间的增长骨量不断增多,而非植骨组仅见蓝染的胶原纤维和少量新生骨组织,植骨组的修复效果明显优于对照组。结论:1.采用CAD设计技术对骨缺损模型和个性化骨修复体进行三维设计,精度高、实用性和可重复性强,并可以模拟手术修复过程,能提高手术修复的成功率,避免医疗资源的浪费。2.CAD精确设计结合3D打印技术制备3D打印个性化间孔β-磷酸三钙间孔骨支架,其孔隙率大,连通率高,匹配精度高,与缺损区嵌合紧密,有利于骨细胞的长入与增殖。3.3D打印个性化间孔骨支架复合植骨能减缓支架的降解速率,能较好提高骨缺损修复的速度,为临床上解决大段骨缺损修复难题提供了一种新的探索思路。不足之处,目前3D打印支架仍处在一些缺陷,如烧结后出现皱缩,皱缩率及料降解速度控制困难,实验缺乏大动物实验支持。
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【学位授予单位】：广州中医药大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R318.08;TP391.73

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