一种软骨支架的构建方法

1.本发明涉及医用材料技术领域，尤其涉及一种软骨支架的构建方法。


背景技术：

2.弹性软骨作为一种轮廓填充材料，在整形外科及美容外科领域有着广泛的应用场景和重要的应用价值。以鼻整形为例，鼻再造及鼻部美容整形手术对于支架构造有较高的强度和形态要求，目前比较普遍使用的支架材料有有机合成物假体、耳软骨、肋软骨等。其中，有机合成物假体是由高分子有机化合物组成，由于外鼻相对缺少血供及覆盖皮肤较薄的特性，高分子有机化合物鼻假体可因排异反应而产生相对较丰富血供区域更严重的炎症反应；而耳软骨、肋软骨为自体获取，由于软骨供区、受区力学环境差异以及软骨支架局部因受力情况不同而产生形变，造成自体软骨移植术后常有出现弯曲、吸收、轮廓改变等并发症。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种软骨支架的构建方法，该构建方法构建得到的鼻软骨支架受力和变形性能好，适应受区力学环境。
4.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
5.本发明提供了一种软骨支架的构建方法，包括以下步骤：
6.1)根据待打印软骨支架的三维cad模型进行有限元分析，确定软骨支架在不同部位的受力情况；
7.2)根据软骨支架在不同部位的受力情况确定软骨支架在不同区域的弹性模量；
8.3)根据软骨支架在不同区域的弹性模量确定软骨球和水凝胶在不同区域的配比；
9.4)按照软骨球和水凝胶在不同区域的配比进行梯度3d打印，得到软骨支架。
10.优选的，步骤1)中所述待打印软骨支架的三维cad模型通过影像学资料构建得到；所述影像学资料包括ct、mr和3d结构光体表扫描结果。
11.优选的，步骤1)中，所述有限元分析包括非线性有限元分析。
12.优选的，所述非线性有限元分析包括变形分析、应力分析和弹性模量影响分析。
13.优选的，在步骤3)之前，还包括通过预实验确定不同浓度的水凝胶和不同体积比例的软骨球的弹性模量。
14.优选的，步骤4)中所述梯度打印的方式包括针头打印；所述针头打印采用多针头的打印机进行；每个针头中装载有一个区域所需浓度的水凝胶和软骨球。
15.优选的，步骤4)中所述软骨球来源于软骨细胞或脂肪间充质干细胞。
16.本发明提供了一种软骨支架的构建方法，本发明根据待打印软骨支架的三维cad模型进行有限元分析，确定软骨支架在不同部位的受力情况；根据软骨支架在不同部位的受力情况确定软骨支架在不同区域的弹性模量，进而确定软骨球和水凝胶在不同区域的配比；本发明按照软骨球和水凝胶在不同区域的配比进行梯度3d打印，得到软骨支架。本发明
在分析得到软骨支架在不同区域的弹性模量后，通过配置不同区域的弹性模量，使得软骨支架的应力和变形达到最优，使得软骨支架的受力和变形达到最佳状态。
附图说明
17.图1为实施例1的流程图。
具体实施方式
18.本发明提供了一种软骨支架的构建方法，包括以下步骤：
19.1)根据待打印软骨支架的三维cad模型进行有限元分析，确定软骨支架在不同部位的受力情况；
20.2)根据软骨支架在不同部位的受力情况确定软骨支架在不同区域的弹性模量；
21.3)根据软骨支架在不同区域的弹性模量确定软骨球和水凝胶在不同区域的配比；
22.4)按照软骨球和水凝胶在不同区域的配比进行梯度3d打印，得到软骨支架。
23.本发明首先根据待打印软骨支架的三维cad模型进行有限元分析，确定软骨支架在不同部位的受力情况。
24.在本发明中，中所述待打印软骨支架的三维cad模型优选的通过影像学资料构建得到；所述影像学资料优选的包括ct、面部mr和3d结构光体表扫描结果。在本发明中，所述有限元分析优选的包括非线性有限元分析；所述非线性有限元分析优选的包括变形分析、应力分析和弹性模量影响分析。本发明进行有限元分析的依据包括待打印软骨支架与邻近皮肤、肌肉及皮质骨的位置关系。在本发明中，所述软骨支架包括鼻软骨支架或耳软骨支架。
25.确定软骨支架在不同部位的受力情况后，本发明根据软骨支架在不同部位的受力情况确定软骨支架在不同区域的弹性模量。
26.确定软骨支架在不同区域的弹性模量后，本发明根据软骨支架在不同区域的弹性模量确定软骨球和水凝胶在不同区域的配比。在根据软骨支架在不同区域的弹性模量确定软骨球和水凝胶在不同区域的配比之前，本发明优选的还包括通过预实验确定不同浓度的水凝胶和不同体积比例的软骨球的弹性模量，再根据软骨支架在不同区域的弹性模量确定软骨球和水凝胶在不同区域的配比。在本发明中，所述水凝胶优选的包括丝素蛋白水凝胶。
27.确定软骨球和水凝胶在不同区域的配比后，本发明按照软骨球和水凝胶在不同区域的配比进行梯度3d打印，得到软骨支架。在本发明中，所述梯度打印的方式优选的包括针头打印；所述针头打印优选的采用多针头的打印机进行；每个针头中装载有一个区域所需浓度的水凝胶和软骨球。
28.在本发明中，所述软骨球优选的来源于软骨细胞或脂肪间充质干细胞。在本发明中，所述软骨细胞优选的来源于患者本身；所述脂肪间充质干细胞来自于患者本身或者来自于同种异地。本发明对所述软骨球的制备方法没有特殊限制，采用本领域的常规方法即可。
29.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
30.实施例1
31.流程图参见图1。
32.1)对待打印的鼻骨架进行有限元分析，获得鼻骨架受力情况数据；根据获得的鼻骨架受力情况分析，获得鼻骨架弹性模量分布数据，并以此设计3d打印力学分区；
33.2)通过预实验确定不同浓度的水凝胶和不同体积比例的软骨球的弹性模量，再根据软骨支架在不同区域的弹性模量确定软骨球和水凝胶在不同区域的配比；
34.3)获取兔耳软骨，对兔耳软管进行培养，得到软骨细胞，对软骨细胞进一步培养获得软骨球；
35.4)根据3d打印力学分区和预实验结果配置不同浓度的可光交联的丝素蛋白水凝胶；
36.5)在不同浓度的可光交联的丝素蛋白水凝胶添加光引发剂和相应浓度的软骨球，得到在软骨球的凝胶，进行梯度3d打印，得到软骨支架。
37.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种软骨支架的构建方法，包括以下步骤：1)根据待打印软骨支架的三维cad模型进行有限元分析，确定软骨支架在不同部位的受力情况；2)根据软骨支架在不同部位的受力情况确定软骨支架在不同区域的弹性模量；3)根据软骨支架在不同区域的弹性模量确定软骨球和水凝胶在不同区域的配比；4)按照软骨球和水凝胶在不同区域的配比进行梯度3d打印，得到软骨支架。2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤1)中所述待打印软骨支架的三维cad模型通过影像学资料构建得到；所述影像学资料包括ct、mr和3d结构光体表扫描结果。3.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤1)中，所述有限元分析包括非线性有限元分析。4.根据权利要求3所述的构建方法，其特征在于，所述非线性有限元分析包括变形分析、应力分析和弹性模量影响分析。5.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，在步骤3)之前，还包括通过预实验确定不同浓度的水凝胶和不同体积比例的软骨球的弹性模量。6.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤4)中所述梯度打印的方式包括针头打印；所述针头打印采用多针头的打印机进行；每个针头中装载有一个区域所需浓度的水凝胶和软骨球。7.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤4)中所述软骨球来源于软骨细胞或脂肪间充质干细胞。

技术总结
本发明提供了一种软骨支架的构建方法，属于医用材料技术领域。本发明根据待打印软骨支架的三维CAD模型进行有限元分析，确定软骨支架在不同部位的受力情况；根据软骨支架在不同部位的受力情况确定软骨支架在不同区域的弹性模量，进而确定软骨球和水凝胶在不同区域的配比；本发明按照软骨球和水凝胶在不同区域的配比进行梯度3D打印，得到软骨支架。本发明在分析得到软骨支架在不同区域的弹性模量后，通过配置不同区域的弹性模量，使得软骨支架的应力和变形达到最优，使得软骨支架的受力和变形达到最佳状态。达到最佳状态。达到最佳状态。


技术研发人员：赵振民 王关卉儿 杨欣 薛红宇
受保护的技术使用者：北京大学第三医院（北京大学第三临床医学院）
技术研发日：2022.03.18
技术公布日：2022/7/5