一种3D打印的带弧形管道的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打印的带弧形管道的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。钛及钛合金作为临床上最常用的种植体材料，其弹性模量(110GPa)远高于人颌骨的弹性模量(骨皮质3-30GPa，骨松质0.5-3GPa)，会产生应力遮挡效应，造成骨吸收，从而导致种植体松动下沉甚至脱位。另外，一些患者由于患有牙周病、骨质疏松、糖尿病、肿瘤等疾病，其牙槽骨骨量不足或松质骨骨密度低于正常人，这对种植体的骨结合力提出了更高的要求。

在日常生活中，由于口腔清洁不佳，种植体周围会附着生长细菌，引起种植体周围组织产生炎症，发生种植体周围炎。种植体周围炎是以菌斑感染为始动因素的炎症性病变。当微生物，特别是致病菌黏附定植于种植体表面形成生物膜后，其毒力因子导致的内源性免疫失调成为引起种植体周围炎的潜在风险。在种植体周围炎严重时种植体周围的骨组织会产生骨吸收现象，即骨组织的体积逐渐变小、骨面高度下降，种植体的顶部露出，导致种植体与牙槽骨结合的稳固性降低，种植体发生脱落，种植体种植失败。而且种植体周围一旦出现骨吸收现象，即不易逆转，因此种植体的术后维护尤为重要，种植体周围炎的预防重于治疗。目前医生通常使用超声洁牙器(如实用新型：CN212140643U一种超声波洁牙器；发明专利：CN112043443A可视洁牙机)来清理种植体表面，使洁牙器的工作尖与菌斑轻轻碰触，利用超声震落的方式清除菌斑。

现有的种植体多通过孔洞结构来降低材料整体的弹性模量，使其力学性能与人体骨骼更匹配，然而当种植体周围软组织产生炎症时，现有种植体的结构设计难以对孔洞进行清洁，导致消炎处理效果不理想。

发明内容

本发明的目的是对现有的种植体进行改进，提供一种易于清理种植体内部菌斑的3D打印的带弧形管道的种植体及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种3D打印的带弧形管道的种植体，用于植入患者的牙槽骨种植窝中，所述种植体包括：致密芯体和包裹于所述致密芯体外部的骨结合部；所述骨结合部包括第一多孔部和第二多孔部；所述第一多孔部与所述第二多孔部的顶面连接；所述第一多孔部内开设有若干个弧形管道；所述弧形管道在两端设有开口，并通过所述开口与外界连通；所述弧形管道通过所述开口伸入清洁部件进行弧形管道的内部清洁。

可选的，所述弧形管道向所述致密芯体方向弯曲，并与所述致密芯体接近。

可选的，所述弧形管道呈半圆环状。

可选的，所述弧形管道的管径为0.5mm-0.7mm。

可选的，所述第二多孔部内开设有若干个多孔结构，并且，所述骨结合部整体的平均弹性模量与患者牙槽骨的平均骨弹性模量相同。

可选的，所述弧形管道与所述多孔结构之间不连通。

可选的，所述弧形管道和所述多孔结构的内部负载用于诱导骨组织长入的药物。

可选的，所述骨结合部还包括：连接部，所述连接部与所述第一多孔部的顶面连接，所述连接部的内部无孔隙，或者，所述连接部的内部具有与外界不连通的孔隙。

可选的，所述清洁部件为洁牙器的工作尖。

可选的，所述的3D打印的带弧形管道的种植体的制备方法包括如下步骤：

(1)确定所述种植体的材料，然后对患者进行术前颌骨定量CT的拍摄，计算出患者牙槽骨的平均骨弹性模量；(2)根据患者的平均骨弹性模量设计所述弧形管道的管径、数目；(3)利用3D打印设备个性化制备所述种植体。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

(1)本发明在种植体周围炎发生骨吸收的情况下，洁牙器的工作尖可以伸入至弧形管道靠近致密芯体的部分，对弧形管道整体进行清理。

(2)与直形管道相比，本发明的弧形管道不含有棱角，在洁牙器清洗菌斑的过程中，弧形管道内部的冲洗水更易流出。

(3)本发明通过致密芯体结构保证了种植体的整体强度，通过骨结合部降低了种植体整体的弹性模量，显著降低了应力遮挡现象。

(4)本发明通过骨结合部侧壁的外螺旋增加了骨结合面积，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。

(5)本发明可在单个弧形管道内部的不同位置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。

(6)本发明通过调整弧形管道管径、数目、弯转角度等参数可以改变种植体的密度、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。

(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打印的带弧形管道的种植体的结构示意图。

图2为本发明的3D打印的带弧形管道的种植体的纵截面示意图。

图3为本发明的3D打印的带弧形管道的种植体的横截面示意图。

图中：10-头部，11-凹槽；20-体部，21-致密芯体、22-骨结合部，221-连接部，222-第一多孔部，223-第二多孔部，224-弧形管道。

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。

如图1和图2所示，本发明公开了一种3D打印的带弧形管道的种植体，用于植入患者的牙槽骨种植窝中，所述种植体的顶部通过基桩与修复体连接，支撑所述修复体。所述种植体包括：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和包裹于致密芯体21外部的骨结合部22；骨结合部22包括：第一多孔部222、第二多孔部223；第一多孔部222与第二多孔部223的顶面连接；第一多孔部222内开设有多个弧形管道224；弧形管道224的两端设有开口，弧形管道224通过所述开口与外界连通；弧形管道224通过清洁部件进行内部清洁，清洁部件从所述开口伸入弧形管道224的内部。与孔洞结构相比，本发明的3D打印的带弧形管道的种植体在菌斑清理过程中，清洁部件能够伸入至弧形管道224靠近致密芯体21的部分，对弧形管道224整体进行清洁。

种植体在植入患者的牙槽骨后，有时由于患者的口腔清洁不佳，种植体的周围会附着生长致病细菌，引起种植体周围软组织产生炎症，发生种植体周围炎。当患者种植体周围炎严重时，软组织的炎症会累及至骨床，使种植体周围的骨组织发生骨吸收现象，即骨组织的骨面高度下降，第一多孔部222露出。一些实施例中，第一多孔部222的厚度为1mm。医生在治疗过程中，需先对种植体的表面及种植体的内部进行菌斑清理，清除种植体周围的致病细菌，再进行后续的消炎处理。本发明3D打印的带弧形管道的种植体的内部菌斑清理步骤如下：

首先，打开超声洁牙器的工作开关，根据患者种植体上附着的菌斑大小调节洁牙器的功率，使洁牙器的功率适宜，不造成种植体的损伤；然后，握持洁牙器的手柄部分将工作尖伸入种植体内部，使工作尖的头端部分轻轻碰触菌斑，利用超声振动振落菌斑。由于工作尖在超声振动过程中，温度会逐渐升高，因此在超声震落菌斑的同时还应该向种植体内部喷射冲洗水，以冷却工作尖并冲刷种植体，使震落的菌斑从种植体中流出。

所述“工作尖”指安装在超声洁牙机手柄的端部，用于牙齿或种植体洁治的配件，医生在治疗过程中，通过将工作尖的头部与牙齿或种植体接触，进行刮、磨、钻、根管荡洗等操作，进行牙齿或种植体的清洁。

本发明将弧形管道224的管径设置为0.5mm-0.7mm，此范围内的弧形管道224允许洁牙器的工作尖伸入弧形管道224内，对弧形管道224的整体进行清洁。

图3的实施例中，弧形管道224的中部向致密芯体21弯曲，与致密芯体21接近，并且弧形管道224为对称结构，医生在清理完弧形管道224的一端后，可以使用相同的工作尖清理弧形管道224的另一端。

本发明的弧形管道224沿水平或非水平方向设于骨结合部22内；一些实施例中，弧形管道224的两端开口连线与水平面的夹角为0-15°。

在种植体的设计过程中，弧形管道224占第一多孔部222的体积应维持在较适宜的范围内，即在保证有足够的强度能够稳固支撑种植体顶部的修复体的同时，还允许种植体周围的骨组织能够长入至种植体内部，使种植体与牙槽骨稳固结合。在一些实施例中，弧形管道224占第一多孔部222体积的30％-90％，在这一范围内的弧形管道224既可以保证第一多孔部222具有足够的强度来支撑修复体，又不会使种植体的强度过大，影响患者骨组织的长入。

为了进一步促进牙槽骨与种植体的结合，本发明弧形管道224的内部可以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。优选的，可在单个弧形管道224的内部不同位置负载不同的药物或促成骨的因子，使药物逐级缓释，在骨组织生长的不同阶段施加不同的药物，达到较好的骨结合效果。

为了使种植体的力学性能与人体骨骼更匹配，种植体还需要进一步减小弹性模量。因此在一些优选的实施例中，第二多孔部223增设有多孔结构，如孔洞或管道。但是为了防止第一多孔部222的细菌沿种植体内部的孔洞或管道生长至第二多孔部223，本发明的弧形管道224与第二多孔部223的孔洞或管道不连通。

如图2所示，为了进一步减少种植体内部引入的细菌，本发明的骨结合部22还包括：连接部221，连接部221与第一多孔部222的顶面连接；连接部221使第一多孔部222与患者软组织之间的距离增大，防止软组织中的致病细菌进入弧形管道224的内部。本发明的连接部221的内部与外界不连通，其内部可以为实心结构，也可以设有多孔结构；连接部221的厚度大约为1-2mm。

请继续参阅图2，本发明3D打印的带弧形管道224的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种植体旋紧。其中，基桩的顶部与修复体连接，起到支持、固位和稳定修复体的作用。

本发明通过致密芯体21保证了种植体的整体强度，以稳固支撑修复体；通过骨结合部22降低了种植体整体的弹性模量，以降低应力遮挡现象。一些实施例中，致密芯体21与骨结合部22的厚度比为1:1-1:2，二者的总厚度为3.3mm-4.8mm。

本发明骨结合部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。本发明的骨结合部22通过外螺纹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。在一些实施例中，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打印的带弧形管道的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打印的带弧形管道的种植体的制备方法，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牙槽骨平均骨弹性模量(具体请参阅发明专利：CN104352285B一种个体化3D打印种植体的设计与制作方法)。

(3)利用3D打印技术制备所述种植体：本发明可以根据患者的平均骨弹性模量，调节弧形管道224的管径、数目、弯转角度等参数，设计种植体的位置及尺寸(如4.8mm*5mm或4.1mm*10mm)，使骨结合部22整体的平均弹性模量与患者的牙槽骨平均骨弹性模量相同，达到骨弹性模量的最佳匹配效果。

实施例1

本实施例提供了一种3D打印的带弧形管道的种植体，所述种植体的骨结合部22包括：第一多孔部222和第二多孔部223；第一多孔部222和第二多孔部223内均开设有管道：第一多孔部222内开设的为弧形管道224，以使清洁部件能够伸入进行清洁；第二多孔部223内开设的管道可以是直形管道，也可以是弧形管道，能够降低骨结合部22的弹性模量即可。

实施例2

本实施例的3D打印的带弧形管道的种植体与实施例1相似，不同之处在于第二多孔部223内开设的为孔洞；并且，第二多孔部223靠近致密芯体21的部分孔隙率较低，以稳固支撑致密芯体；第二多孔部223靠近牙槽骨的部分孔隙率较高，以促进骨组织的长入。进一步地，从致密芯体21到牙槽骨方向，第二多孔部223的孔隙率逐步增大呈梯度变化，以有效减少种植体内部应力集中现象的发生。

实施例3

本实施例提供了一种3D打印的带弧形管道的种植体，所述种植体的骨结合部22包括：连接部221、第一多孔部222、第二多孔部223；连接部221与第一多孔部222的顶面连接，使第一多孔部222与患者软组织之间的距离增大，防止软组织中的致病细菌进入弧形管道224的内部；第一多孔部222内开设有弧形管道224，第二多孔部223内开设有多孔结构，所述多孔结构可以是与弧形管道224相同的管道结构，也可以是与弧形管道224不同的孔洞结构，多孔结构与弧形管道224之间不连通。

综上所述，本发明在菌斑清理过程中，洁牙器的工作尖可以伸入至弧形管道靠近致密芯体的部分，对弧形管道整体进行清理，清理效果较好。本发明通过3D打印技术制备所述种植体，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。