新型生物材料计算机辅助个性化成型用于眼眶整复的基础研究

Orbital trauma is an important composition of ocular trauma, and increases year by year. Reconstructive surgery is the most direct and effective method for orbital fracture. The anatomy of orbital is complicated, and bone damage condition is random, so seeking functional biomaterials and personalization is the foundation of effective and precision orbital reconstruction. The project is based on advanced concept and technology of ophthalmology, biomaterials, computer-assisted, machinery manufacturing, on the basis of magnesium-added ceramic material, using computer aided 3D printing rapid prototyping technology to build high strength with internal penetration hole of porous bioactive ceramic scaffolds, aim to design a kind of controllable degradation and personalized molding implant material for orbital reconstruction. And through the in vitro cell biological and animal bone defect model research, we hope to find multi-factor comprehensive orbital reconstructive materials with a variety of advantages such as plasticity, excellent mechanical properties matching, biological activity and personalized prototyping, and provide certain scientific basis for precision orbital reconstruction.

眼眶外伤是眼外伤中重要组成，并逐年增多。手术整复眶骨骨折是目前最直接而有效的方法。由于眼眶解剖结构的特殊性和骨损伤状态的随机多样性，探求功能型生物材料并个性化定制是实现眼眶精准有效整复的基础。本项目基于眼科学、生物材料学、计算机辅助科学和机械制造科学的先进理念和技术，以掺镁改良的生物活性陶瓷为基础，计算机辅助3D打印快速成型技术构建高强度具有内部贯通孔道的多孔生物活性陶瓷支架，以期设计一种降解可控的个性化成型眼眶整复植入材料，并通过体外细胞生物学和动物眶骨缺损修复模型研究，探索兼具可塑性、力学性能匹配、生物活性优良、个性化量化成型的多因素综合眼眶整复材料，为眼眶整复的精准化提供一定科学基础。

本研究根据预期研究方案及路线，基于眼科学、生物材料学、计算机辅助科学和机械制造科学的先进理念和技术，开展了镁掺杂对生物活性陶瓷理化性能、微结构以及体外降解行为影响的研究，探索了3D打印生物陶瓷材料技术的优化方案，制备出了可快速成型、内部结构精密的多孔掺镁硅酸钙生物陶瓷支架，并对支架的理化性能等进行系统评估。在成功制备个性化成型支架材料的基础上，本研究完成了材料的体外细胞生物学评估，通过建立动物眼眶整复模型，经优化设计并构建出符合新西兰兔眶骨缺损形态特征的多孔植入支架材料，进一步评估了材料的体内性能变化规律及促成骨修复能力，探索了可降解多孔生物陶瓷材料用于动物眼眶整复的总设计方案。此外，本研究定制开发了精确分割、镜像模拟和三维重建的软件插件，使医学CT数据可视化且可用于快速成型数据转化，为实现眼眶整复的个性化精准化治疗提供技术平台。