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可移植人体外耳支架的3D打印关键技术(一)

        耳廓缺损是一种常见的临床面部畸形疾病,其发生概率达到5‰,仅次于唇腭裂。由于该疾病属于先天性发育不全,因此不仅会影响美观,还会对幼儿的心理发育造成影响。观察发现,由于外耳缺损,学龄期患儿多伴随性格内向、孤僻、自卑、缺乏自信等症状。目前治疗耳廓缺损主要以自体软骨移植手术为主。该手术一般需要三期:第一期在患者畸形耳的耳后乳突区植入肾形扩张器,并定期对扩张器进行注水以达到皮瓣扩张的目的;第二期手术最为关键,其完成对患者胸部肋软骨的切除、扩张器的取出,并且根据患者正常侧的耳朵形状对肋软骨进行雕刻和拼接,使之形成外耳支架(如图1 所示),然后将该支架移植到扩张皮瓣和皮下筋膜瓣之间,通过引流管抽气形成负压,从而使得皮瓣包裹软骨支架,形成外耳形状;第三期手术常在第二期手术完成数个月后进行,主要对再造耳进行局部修整。
图1 软骨外耳支架及雕刻时参照的纸板模型
 
        虽然这种治疗方法通过取患者自身软骨避免了免疫排斥反应,但是它存在以下缺点:1)因切除了患者的肋软骨,部分患者会出现疼痛、呼吸困难等并发症状。2)肋软骨雕刻对手术医生要求较高,医生需要对照患者正常侧耳朵的纸片模型雕刻成三维的软骨支架模型,由于肋软骨数量有限,雕刻只有一次机会。3)肋软骨雕刻完成的支架精度较低,无法模仿不同患者的外耳形状,没有针对性。4)雕刻过程患者处于昏迷状态,手术成本高,效率低。

1 研究思路
        由于人耳内部结构复杂,无法直接通过CAD软件建模得到,故通过逆向工程进行外耳模型重建是目前唯一可行的方案。CT 扫描能够精确还原人体不同组织的内外部结构,精度较高。故拟
使用CT 扫描得到外耳模型的原始数据。通过医学建模软件,可以对CT 文件进行三维重建,得到外耳模型。由于制作的外耳支架需要移植入患者皮下,其支架外表面还要包裹皮瓣,故支架尺寸应小于正常人体外耳的原始尺寸,使得皮瓣包裹后形成的人体外耳与正常人体外耳尺寸大小一致。通过对原始人体外耳模型进行等距减薄处理,实验得到了最优厚度。

        医用硅胶是目前生物惰性最强的人造生物材料,其制作工艺简单,可塑性强,比较适合人体外耳支架的制作。一般的假体制造工艺根据所需假体的形状制作金属模具,然后将炼好的医用硅胶(基胶+催化剂)压入模具,在平板硫化机上高温高压硫化成型。由于人体外耳支架的模具结构复杂,传统方法难以制造,故使用3D 打印的方法制作支架的聚乳酸(Poly Lactic Acid,PLA)材料模具,并使用合适的压力与温度使该支架硫化成型。

        该减薄的硅胶外耳支架需要与真实人体外耳软骨骨架具有类似的硬度,能够承受皮肤张力的挤压以及日常的冲击而不变形。因此,将对各个减薄量的支架进行硬度测试以得到可供植入的最薄厚度支架。为验证制作出的硅胶外耳支架的生物相容性,该支架将被移植入动物体内进行观察。同时,相比于传统的雕刻拼接方法,本文所探索的方法还应具备成本低、效率高的优势。研究思路如图2 所示。
图2 研究思路流程图

        未完待续;
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