阅读说明：本技术 一种3d打印外层梯度多孔短种植体及其制备方法 (Outer-layer gradient porous short implant for 3D printing and preparation method thereof ) 是由 蒋欣泉 张文杰 吴晓琳 于 2021-01-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种3D打印外层梯度多孔短种植体及其制备方法,所述短种植体用于植入患者的牙槽骨种植窝中,包括：头部和与头部的底面连接的体部；体部包括：致密芯体和设于致密芯体外部的多孔层；多孔层具有孔隙；从致密芯体到牙槽骨方向,多孔层的孔隙率逐步增大,其弹性模量由接近或等于致密芯体逐步减小；并且,所述多孔层整体的平均弹性模量与患者的平均骨弹性模量相同。本发明通过3D打印技术一体成型制备；多孔层增加了骨结合面积,有利于短种植体与牙槽骨的结合,有利于短种植体的长期稳定性,即使在牙槽骨高度不足的情况下也能承担较多的负荷。同时,多孔层可以负载药物,诱导骨组织快速长入,应用于上下颌磨牙区骨量不足的缺牙患者。(The invention discloses a 3D printed outer-layer gradient porous short implant and a preparation method thereof, wherein the short implant is used for being implanted into an alveolar bone implantation nest of a patient and comprises: a head and a body connected to a bottom surface of the head; the body includes: the core comprises a dense core body and a porous layer arranged outside the dense core body; the porous layer has pores; the porosity of the porous layer is gradually increased from the compact core to the alveolar bone, and the elastic modulus of the porous layer is gradually reduced from the compact core to the alveolar bone; the average elastic modulus of the porous layer as a whole is the same as the average bone elastic modulus of the patient. The invention is integrally formed and prepared by a 3D printing technology; the porous layer increases the bone bonding area, is beneficial to the bonding of the short implant and the alveolar bone, is beneficial to the long-term stability of the short implant, and can bear more load even under the condition that the alveolar bone is short in height. Meanwhile, the porous layer can be loaded with drugs to induce the bone tissues to grow rapidly, and is applied to edentulous patients with insufficient bone mass in the molar areas of the upper jaw and the lower jaw.)

一种3D打印外层梯度多孔短种植体及其制备方法

技术领域

本发明涉及口腔种植体技术领域，具体涉及一种3D打印外层梯度多孔短种植体及其制备方法。

背景技术

目前口腔种植修复已成为牙列缺损及缺失的常规修复方式之一。在口腔种植修复过程中，医生需要先对患者的牙槽骨缺牙区进行钻孔，制备合适的种植窝，再将种植体植入到备好的种植窝中。然而在临床工作中，医生因受到患者的牙槽骨骨量不足或腔、窦、神经管等因素的限制，通常需要采用植骨手术的方法以增加骨的高度或植入短种植体。短种植体的应用避免了植骨手术带来的风险和时间、金钱成本，较常规种植体修复牙槽骨高度不足的患者有明显的优势。国内常用的短种植体系统有Branemark system、Nobel speedy、bicon、Innova、SybronPro、Neodent等，其共同的特点是钛或钛合金的短实心设计而依靠种植体外周螺纹与骨组织达到骨结合。现有的短种植体存在以下问题：(1)钛合金的弹性模量远高于骨弹性模量，在种植体与骨组织界面易产生应力遮挡效应，使用久之会造成种植体松动下沉甚至脱位；(2)种植体因长度短与骨结合面积少，强度低而不能长期支持义齿功能。

多孔结构的引入能降低材料整体的弹性模量，力学性能与人体骨骼更匹配，且三维连通结构有利于骨细胞的附着与增殖、营养的运输、骨组织的长入，增大的骨结合面积有利于种植体的长期稳定性。发明专利“一种个体化3D打印种植体的设计与制作方法”(申请号201410691945.2)通过术前颌骨定量CT拍摄得到患者的平均骨弹性模量，引入了多孔结构降低短种植体的弹性模量使其与患者的骨弹性模量匹配。然而现有的多孔种植体多为均匀孔隙结构，其结构及力学性能在空间上是均匀的，多孔结构靠近致密芯体的部分弹性模量较低，不易稳固支撑致密芯体；而且多孔结构与致密芯体接触界面两侧的弹性模量相差较大，会产生应力集中现象。

发明内容

本发明的目的是对现有的多孔短种植体进行改进，提供一种3D打印外层梯度多孔短种植体及其制备方法，特别适用于骨量不足的患者，在保证短种植体整体强度的同时，显著降低了应力遮挡及应力集中现象。

为了达到上述目的，本发明提供了一种3D打印外层梯度多孔短种植体，用于植入患者的牙槽骨种植窝中，所述短种植体包括：头部和与所述头部的底面连接的体部；所述体部包括：致密芯体和设于所述致密芯体外部的多孔层；所述多孔层具有孔隙；从致密芯体到牙槽骨方向，所述多孔层的孔隙率逐步增大，其弹性模量由接近或等于致密芯体逐步减小；并且，所述多孔层整体的平均弹性模量与患者的平均骨弹性模量相同。

可选的，所述多孔层的孔隙率为50％-90％，所述孔隙的孔径为0.5mm-0.7mm。

可选的，所述孔隙彼此连通，其内部负载药物以诱导骨组织快速长入。

可选的，所述多孔层的侧壁设有外螺纹，所述外螺纹呈沿体部环绕分布的锯齿状。

可选的，所述短种植体为锥形或柱形。

可选的，所述短种植体的材料为纯钛、钛合金、陶瓷、高分子有机材料中的一种。

可选的，所述短种植体一体成型。

本发明还提供了一种3D打印外层梯度多孔短种植体的制备方法，包括如下步骤：(1)确定所述短种植体的材料，然后对患者进行术前颌骨定量CT的拍摄，计算出患者的平均骨弹性模量；(2)根据患者的平均骨弹性模量设计所述短种植体多孔层的孔隙率；(3)利用3D打印设备个性化制备短种植体。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

(1)本发明从致密芯体到牙槽骨方向，弹性模量逐步减小，呈梯度连续变化，有效减少了应力集中现象的发生。

(2)本发明的致密芯体结构保证了种植体的整体强度，多孔层靠近致密芯体的部分其弹性模量与致密芯体接近，可以稳固支撑致密芯体。

(3)本发明的多孔层可有效降低种植体的弹性模量，从而显著降低应力遮挡现象。

(4)本发明通过调整多孔层的孔隙率、孔径、厚度等参数可改变种植体的密度、强度和弹性模量等性能，以满足临床不同部位、牙槽骨情况的使用需要。

(5)本发明的多孔层增加了骨结合面积，有利于种植体与牙槽骨的紧密结合以及种植体的长期稳定性，即使在牙槽骨高度不足的情况下也能承担较多的负荷。

(6)本发明可在多孔层的不同层面负载多种不同的药物或促成骨的因子，达到药物逐级缓释的作用，并可利用多孔结构负载药物，诱导骨组织快速长入。

(7)本发明通过3D打印一体化制备，灵活性好，可以做到个性化设计，工艺简单，成本低。

附图说明

图1为本发明的3D打印外层梯度多孔短种植体的结构示意图。

图中：10-头部，11-凹槽；20-体部，21-致密芯体、22-多孔层。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

图1为本发明的3D打印外层梯度多孔短种植体的结构示意图。如图1所示，所述短种植体用于植入到患者的牙槽骨种植窝中，包括：头部10和与头部10的底面连接的体部20；头部10为穿龈部分，体部20为骨结合部分。体部20包括：致密芯体21和设于致密芯体21外部的多孔层22；多孔层22具有孔隙；从致密芯体21到牙槽骨方向，多孔层22的孔隙率逐步增大，其弹性模量由接近或等于致密芯体21逐步减小；并且，所述多孔层整体的平均弹性模量与患者的平均骨弹性模量相同。本发明从致密芯体21到牙槽骨方向，弹性模量逐步减小，呈梯度连续变化，有效减少了应力集中现象的发生；致密芯体21保证了种植体的整体强度，多孔层22靠近致密芯体21的部分其弹性模量与致密芯体21接近，可以稳固支撑致密芯体；同时，多孔层22可有效降低种植体的弹性模量，显著降低应力遮挡现象。

本发明3D打印外层梯度多孔短种植体的内部设有用于安装基桩的凹槽11，凹槽11具有内螺纹，基桩通过所述内螺纹与短种植体旋紧。其中，基桩的上部与修复体连接，起到支持、固位和稳定修复体的作用。

本发明多孔层22的孔隙率为50％-90％，孔隙的孔径为0.5mm-0.7mm。为增加种植体与骨组织界面封闭性，减少细菌的引入，本发明的孔隙从头部10与体部20连接层面的1-2mm处开始。图1的实施例中，从致密芯体21到牙槽骨方向，多孔层22中孔隙的孔径逐步增大，以逐步减小弹性模量。致密芯体21与多孔层22的厚度比为1:1，总厚度为4.8mm。多孔层22增加了与骨结合的面积，有利于种植体与牙槽骨的紧密结合，有利于种植体的长期稳定性，即使在牙槽骨高度不足的情况下也能承担较多的负荷。

一些实施例中，多孔层22中的孔隙彼此连通，负载促进骨组织生长的活性因子(如BMP-2、VEGF、PDGF)、元素(锶、锌、镁、钙)、抗感染的药物(银离子、庆大霉素)等，诱导骨组织快速长入。优选的，可在其内部孔径大小不同的孔隙中分别负载多种不同的药物或促成骨的因子，逐级缓释药物。

本发明多孔层22的侧壁设有外螺纹，外螺纹为沿体部20环绕分布的细牙锯齿状，螺纹形式可以为螺纹上升式或鱼鳍式，螺距为0.8mm，螺纹大径为6.5mm。一些实施例中，本发明可以由3D打印一体化制备，再通过所述外螺纹旋入备好的种植窝。

本发明的3D打印外层梯度多孔短种植体可以设计成临床常用的各种形状，包括圆锥形、柱形、改良圆锥形等，采用纯钛、钛合金、陶瓷、高分子有机材料，如PEEK等可用于3D打印的口腔种植材料制成。

本发明还提供了3D打印外层梯度多孔短种植体的制备方法，包括如下步骤：

(1)确定种植体材料，可以是纯钛、钛合金、陶瓷、高分子有机材料，如PEEK等可用于3D打印的口腔种植材料。

(2)术前对患者进行颌骨定量CT拍摄，根据CT扫描数据利用电脑软件对患者CT扫描数据进行三维重建，选择经过缺牙区域中点的横断面CT扫描图像，利用电脑软件在横断面图像上设计种植体的位置，由患者的骨量和骨密度计算出患者的平均骨弹性模量。

(3)利用3D打印技术制备所述短种植体：在制备过程中，3D打印软件须将设计分为多个层面，通过层面的叠加将设计变为实物。因此，多孔层22在制备过程中，会被分为孔隙率不同的多个层面，孔隙率之间呈梯度变化。本发明可以根据患者的平均骨弹性模量，调节各个层面孔隙率、孔径和厚度等参数，设计种植体的位置及尺寸(如4.8mm*5mm)，以达到骨弹性模量的最佳匹配效果。

综上所述，本发明的3D打印外层梯度多孔短种植体通过致密芯体保证了短种植体的整体强度；通过多孔层降低了种植体的弹性模量，从而显著降低应力遮挡现象。本发明通过3D打印技术制备所述短种植体，其灵活性好，可以做到个性化设计，工艺简单，成本低。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。