《个性化颅颌面骨替代物设计制造技术及应用》

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该项目属于机械制造与口腔医学交叉领域。骨替代物是骨缺损修复的关键。中国每年因创伤、病变、车祸造成的颅颌面骨缺损患者达300多万人,严重影响患者面部形态、咀嚼、发声,甚至影响视觉和脑部功能,大多数需要植入骨替代物进行修复。颅颔面骨形状复杂,个体差异大,其替代物需根据每个患者缺损情况进行个体化制作。然而,长期以来颅颌面骨替代物主要以术中手工弯制钛板、钛网为主,难以实现精确个体适配,严重影响患者术后生理、心理康复。因此,研发个性化颅颌面骨替代物设计制造技术是提升患者生活质量的迫切需要,也是制造技术从传统机械制造向生物与仿生制造发展的前沿方向。该成果是快速成形(也称为3D打印)技术在生物医学领域的创新发展,其主要的研究内容是建立基于医学影像数据和生物力学的个性化替代物原位设计方法,建立适应于个性化骨替代物的快速成形制造方法,形成促进替代物向活性骨组织转化的微观结构仿生设计与制造方法,有效提高个性化骨替代物修复质量。主要发明点如下:1.发明了基于患者影像数据和最佳骨生长应变的个性化颅颔面骨替代物原位设计方法。实现了骨生物力学和结构设计的个性化集成,解决了颅颔面骨修复重建的个体形态适配和应力屏蔽导致的骨萎缩难题,建立并推动了基于生物力学的颅颌面骨设计方法及其在个性化修复中的应用。2.发明了个性化颅颌面骨替代物快速成形制造技术。可快捷制造个性化骨替代物,解决了传统制造方法难以加工精确个性化颅颌面骨替代物的难题,推动了快速成形在颅颌面外科的普及和个性化替代物的临床应用。3.发明了个性化颅颌面骨替代物微观结构仿生设计制造一体化技术。解决了个性化替代物降解活化的难题,促进了骨再生,有效地恢复了患者生理功能。4.发明了个性化颅颌面牵张成骨器。实现生物力学对骨生长的控制,解决了大尺度陈旧性颅颌面骨缺损的二次生长和形态控制难题,实现了人体自身骨骼的个性化生长。5.利用上述关键技术发明,研制开发了颅颌面骨缺损修复的个性化替代物系列产品和制造设备,实现了颅颔面骨缺损个性化修复的数字化、精确化和大规模临床应用,精度比传统手工塑形提高10倍以上,手术效率提高80%。该项目获授权发明专利18项;共发表论文256篇,其中SCI收录42篇(他引189次),EI收录96篇。2001年成功实施国际首例快速成形个性化下颔骨临床修复病例,比国外早了10年。国内外机械工程和临床医学领域专家认为:“是制造学科与生物医学学科的深度交叉,该项目在这一领域做出了重要探索性贡献”,“提供的精确植入物具有重要功能和完美的结果”,“促进了‘个体化’修复外科的发展”。项目发表的3篇论文获得国际著名出版集团Emerald“高度好评论文奖”,项目获教育部技术发明奖一等奖(颅颌个性化骨替代物设计制造技术及应用),部分制造技术获陕西省科学技术奖一等奖。该成果的个性化替代物产品、制造设备、手术器具销往上百家医疗机构和制造单位,临床案例达到11050例,近三年累计销售额1.14亿元,取得了良好的社会效益和经济效益。

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