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基本信息
- 項目名稱：
- 定向曲面牽引成骨技術(shù)及其在顱眶部的應(yīng)用
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 先天畸形、外傷、腫瘤等原因引起的顱眶顴部缺損畸形臨床常見。由于該部位的解剖結(jié)構(gòu)特殊（由大量不規(guī)則曲面骨構(gòu)成、累及前顱底和顱中窩等重要器官）、畸形缺損的臨床類型和表現(xiàn)形式多樣，整復(fù)手術(shù)的難度大、風(fēng)險高。 目前常用的三類整復(fù)技術(shù)均不理想，本作品提出曲面牽引成骨技術(shù)為解決這一難題提供了新的思路，詳見下表（按整復(fù)技術(shù)類型，分別列出特點）。 ①多部位截骨+自體骨修復(fù)：手術(shù)風(fēng)險大、增加醫(yī)源性損傷、遠(yuǎn)期骨吸收、外形修復(fù)欠佳； ②多部位截骨+人工材料修復(fù)：生物相容性差、排異和感染、塑形困難、外形修復(fù)欠佳； ③直線平面牽引成骨：單一牽引器應(yīng)用受限、多重牽引器應(yīng)用繁瑣、外形修復(fù)欠佳； ④定向曲面牽引成骨：采用組織工程技術(shù)與曲面牽引成骨手段相結(jié)合，達(dá)到真正意義的形態(tài)、功能重建。 本作品引入“曲面牽引成骨”概念，為取得突破在關(guān)鍵技術(shù)上提出三個創(chuàng)新點： 1.設(shè)計并開發(fā)顱眶定向曲面牽引裝置及牽引軟件包； 2.構(gòu)建顱眶缺損動物模型，初步形成顱眶缺損曲面牽引修復(fù)技術(shù)； 3.進(jìn)一步結(jié)合組織工程技術(shù)，以縮短修復(fù)時間，改善成骨質(zhì)量，改進(jìn)曲面牽引成骨技術(shù)。 經(jīng)過以上創(chuàng)新，本作品已開發(fā)出成品曲面牽引裝置及牽引軟件包，初步形成實驗動物顱眶缺損曲面牽引修復(fù)技術(shù)。 作品的初步成功證實了定向曲面牽引成骨技術(shù)應(yīng)用于顱眶部畸形整復(fù)的可行性，說明了我們在關(guān)鍵環(huán)節(jié)上已取得了國際領(lǐng)先的突破；作品提供的基于軟件設(shè)計的顱眶定向曲面牽引裝置，填補了特殊部位牽引成骨器械的空白；作品擬進(jìn)一步結(jié)合組織工程技術(shù)，形成完善的顱眶曲面牽引修復(fù)系統(tǒng)，為將來的臨床應(yīng)用和實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化推廣奠定充分的理論依據(jù)與技術(shù)基礎(chǔ)。
- 詳細(xì)介紹：
- 眼眶和眶周畸形為常見的顱面畸形，可由先天性眼眶發(fā)育不良、骨折外傷、腫瘤或炎癥繼發(fā)畸形等多種病因所致，其中以眶周骨折畸形最為常見。眼眶整復(fù)是眼科、整形外科、顱面外科和頜面外科等多學(xué)科交叉的新興專業(yè)，由于眼眶的特殊解剖結(jié)構(gòu)（由大量不規(guī)則曲面骨構(gòu)成）和位置（涉及前顱底和顱中窩等重要器官），眼眶畸形的臨床類型和表現(xiàn)多種多樣（復(fù)合性眼眶骨折如鼻眶骨折、眶顴骨折和顱眶骨折，常伴眶緣和相鄰顱面諸骨的畸形、移位和缺損），眼眶整復(fù)手術(shù)的難度大、風(fēng)險高。目前臨床上常用的有三類整復(fù)技術(shù)，但均存在各自的缺點：⑴傳統(tǒng)截骨骨塊重組+自體骨修復(fù)：術(shù)中需多部位截骨，骨塊重組固定，手術(shù)風(fēng)險較大，骨塊重組塑形欠佳；缺損采用自體肋骨、顱骨外板、髂骨等修復(fù)，自體肋骨供量較大，易成活，但吸收率高，供區(qū)出現(xiàn)繼發(fā)畸形；顱骨外板吸收量少，外形弧度良好，供區(qū)不出現(xiàn)繼發(fā)畸形，但切取困難，骨片充填厚度不足；自體髂骨亦存在取材及塑形困難等缺點，上述自體材料的應(yīng)用均增加了醫(yī)源性創(chuàng)傷。⑵傳統(tǒng)截骨骨塊重組+人工材料修復(fù)：多部位截骨創(chuàng)傷較大，常用的人工材料如羥基磷灰石人工骨、多孔聚乙烯高分子合成材料和鈦金屬材料等，具有一定的生物相容性和可塑性，成形良好，但同時也存在排異反應(yīng)、感染、囊腫形成和植入物移位等缺點。⑶直線平面牽引成骨技術(shù)：隨著近年來牽引成骨技術(shù)在顱頜面外科的積極應(yīng)用，利用自體骨組織再生修復(fù)復(fù)雜的眼眶及眶周畸形的設(shè)想成為可能。 牽引成骨技術(shù)（DO）通過特定牽引裝置，使骨切開處的骨組織在軟骨痂期受到緩慢而穩(wěn)定的牽引和張力，利用活躍的成骨細(xì)胞的增殖能力，促使組織的再生，從而達(dá)到骨延長或增寬的目的。最初應(yīng)用于四肢骨的延長，1973年Snyder等首先將牽引成骨原理引入顱頜面外科并進(jìn)行了動物實驗，以期尋找矯治顱面畸形的新方法；1992年McCarthy等率先將DO技術(shù)用于臨床牽引延長下頜骨并獲得成功，十余年來，無論在臨床應(yīng)用和基礎(chǔ)研究，均成為顱頜面外科領(lǐng)域的一大熱點。目前，國際上DO技術(shù)在顱頜面外科主要應(yīng)用于矯正顱縫早閉引起的頭顱畸形，一些嚴(yán)重的顱面綜合征、唇腭裂術(shù)后繼發(fā)畸形以及外傷、手術(shù)等引起的面中部或上頜骨畸形，半面短小癥、偏頜畸形及其他不對稱牙頜面畸形、腫瘤等引起的下頜骨畸形，取得了較好的效果。然而，DO技術(shù)在累及眼眶及眶周的顱面中部畸形，如顱眶部骨折缺損、先天性小眼眶、放射后小眼眶畸形等整復(fù)中的應(yīng)用仍屬于探索階段，臨床存在諸多治療難題。文獻(xiàn)報道僅Bellini CM 2007年曾應(yīng)用多重直線型牽引器行眶骨雙向直線牽引矯正小眼眶畸形，但截骨手術(shù)復(fù)雜、多重牽引器應(yīng)用繁瑣，且修復(fù)效果欠佳。 曲面牽引成骨技術(shù)的引入為解決這一難題提供了新思路。理論上講，由于顱面中部復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)與長骨形態(tài)結(jié)構(gòu)上存在較大的差異，特別是顱眶顴部，由大量的不規(guī)則曲面骨構(gòu)成，傳統(tǒng)的直線、平面牽引技術(shù)無法滿足該部位復(fù)雜的成骨要求，而曲面牽引技術(shù)可以通過預(yù)先設(shè)計的外置式多向量牽引裝置完成骨塊的三維牽引，在牽引間隙內(nèi)緩慢成骨，最終形成具有特定外形與一定力學(xué)強(qiáng)度的新生骨組織，從而避免上述各類整復(fù)方法的諸多缺點，成為理想的顱面骨缺損修復(fù)技術(shù)；再結(jié)合先進(jìn)的組織工程手段，有望實現(xiàn)顱面畸形缺損真正意義上的形態(tài)與功能重建。 為實現(xiàn)這一目標(biāo)，少數(shù)學(xué)者對曲面牽引成骨技術(shù)進(jìn)行了探索與嘗試，多局限于下頜骨畸形缺損的三維CT虛擬弧形牽引，在實驗動物下頜骨畸形的曲線牽引修復(fù)中獲得了初步成功，而對于顱眶顴部畸形缺損的曲面牽引成骨修復(fù)直至目前仍為空白。 針對上述問題，本課外科研小組自行設(shè)計并開發(fā)適用于顱眶顴部的定向曲面牽引裝置及曲面牽引軟件包，構(gòu)建顱眶缺損動物模型，通過所設(shè)計軟件獲得顱眶牽引器三維模型數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)模擬曲面牽引，以指導(dǎo)手術(shù)修復(fù)；通過實際曲面牽引操作，探索牽引參數(shù)、分析新骨骨質(zhì)及生物力學(xué)特性，并通過牽引力的測量分析，研究牽引力與成骨間的規(guī)律，尋找最佳牽引力控制參數(shù)，初步形成顱眶缺損定向曲面牽引修復(fù)技術(shù)。 作品的初步成功證實了定向曲面牽引成骨技術(shù)應(yīng)用于顱眶部畸形整復(fù)的可行性，說明了我們在關(guān)鍵環(huán)節(jié)上已取得了國際領(lǐng)先的突破；作品開發(fā)的基于軟件設(shè)計的顱眶定向曲面牽引裝置，亦填補了特殊部位牽引成骨器械的空白。 盡管科研小組在實驗動物上初步實現(xiàn)了顱眶缺損的曲面牽引成骨修復(fù)，然而由于顱眶顴部骨為扁平骨，牽引骨段間接觸面積小，創(chuàng)傷后非正常環(huán)境骨結(jié)構(gòu)（骨膜不完整、骨血運較差）以及牽引成骨的治療周期長，曲面牽引技術(shù)的應(yīng)用中存在成骨不良、成骨外形欠佳等問題。 為克服上述問題，本課外科研小組提出改進(jìn)方案，擬將曲面牽引成骨技術(shù)與組織工程手段相結(jié)合，以骨髓基質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）作為種子細(xì)胞，藻酸鈣作為支架材料，體外構(gòu)建可注射型組織工程骨凝膠，將其注射于顱眶缺損牽引間隙，以加快新生骨痂生成速度，縮短牽引時間，提高修復(fù)質(zhì)量。將組織工程方法與牽引成骨技術(shù)相結(jié)合的研究鮮有報道，少數(shù)幾例聯(lián)合應(yīng)用于四肢骨的直線牽引，而在顱頜面骨牽引中的應(yīng)用，目前仍為空白。 本科研小組希望通過上述改進(jìn)，最終形成一套較為完善的顱眶定向曲面牽引成骨修復(fù)系統(tǒng)，為該技術(shù)向臨床研究過渡奠定充分的技術(shù)基礎(chǔ)與理論依據(jù)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- （一）目的和基本思路 顱面部骨架結(jié)構(gòu)為不規(guī)則曲面骨，其畸形缺損的修復(fù)主要依賴自體骨移植或人工骨充填，存在諸多弊端。傳統(tǒng)的直線平面牽引成骨技術(shù)，亦無法滿足修復(fù)要求。 為了解決顱面部畸形缺損的修復(fù)難題，本發(fā)明以顱眶缺損為研究模型，提供一種內(nèi)置式顱眶定向曲面牽引成骨裝置，開發(fā)定向曲面牽引軟件包，用于山羊顱眶骨缺損修復(fù)的動物實驗，探索曲面牽引修復(fù)的可行性并獲取相關(guān)參數(shù)。同時結(jié)合組織工程技術(shù)，將BMSCs-藻酸鈣凝膠混合物注射于山羊顱眶骨缺損牽引間隙，以縮短牽引時間，提高成骨質(zhì)量，尋找出有效修復(fù)顱眶骨缺損的方法并進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，形成一套完整的曲面牽引系統(tǒng)，為顱眶顴整復(fù)手術(shù)的進(jìn)一步臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 （二）創(chuàng)新點 ①將曲面牽引成骨概念引入顱面部，解決傳統(tǒng)直線、平面牽引技術(shù)無法滿足顱面部特殊解剖結(jié)構(gòu)修復(fù)要求的難題，是對牽引成骨技術(shù)類型及適用范圍的創(chuàng)新與發(fā)展。②本發(fā)明提供一種定向曲面牽引裝置，開發(fā)定向曲面牽引軟件包，通過實際應(yīng)用改進(jìn)，發(fā)明成果將填補特殊部位牽引成骨器械的空白。③本作品首次將組織工程技術(shù)與牽引成骨手段相結(jié)合，用于顱面骨缺損的修復(fù)，綜合二者的優(yōu)勢，有望進(jìn)一步縮短成骨時間，提高成骨質(zhì)量，以尋找出有效修復(fù)顱眶骨缺損的方法，達(dá)到真正意義上的形態(tài)、功能重建，具臨床實用意義。 （三）技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo) ①設(shè)計并開發(fā)顱眶定向曲面牽引裝置及牽引軟件包。 ②構(gòu)建顱眶缺損動物模型，進(jìn)行動物實驗。 ③結(jié)合組織工程方法，以縮短修復(fù)時間，提高成骨質(zhì)量。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- ①本作品首次將曲面牽引成骨概念引入顱面部，具有一定的理論基礎(chǔ)，曲面牽引成骨技術(shù)呈現(xiàn)出良好的科學(xué)性與可行性。 ②本作品發(fā)明了顱眶定向曲面牽引成骨裝置，申請專利并實際應(yīng)用改進(jìn)，解決了現(xiàn)有牽引裝置在顱面部應(yīng)用所受的限制，填補了目前顱面部曲面牽引裝置的空白，是對牽引成骨技術(shù)類型及適用范圍的創(chuàng)新與發(fā)展。 ③本作品克服了曲面牽引參數(shù)計算復(fù)雜、器械設(shè)計制作要求高等問題，開發(fā)定向曲面牽引軟件包以指導(dǎo)牽引器的制作、模擬牽引成骨全過程。 ④本作品首次將組織工程技術(shù)與牽引成骨手段相結(jié)合，用于顱面骨缺損的修復(fù)，綜合二者的優(yōu)勢，有望進(jìn)一步縮短成骨時間，提高成骨質(zhì)量，以尋找出有效修復(fù)顱眶骨缺損的方法，達(dá)到真正意義上的形態(tài)、功能重建，具臨床實用意義。為該技術(shù)向臨床研究過渡奠定充分的技術(shù)基礎(chǔ)與理論依據(jù)。 技術(shù)性分析說明和參考文獻(xiàn)資料： 詳細(xì)研究報告、查新報告、專利申請資料（詳見附件材料）。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)合作
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、模型、圖紙、圖片、錄像、現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 適應(yīng)范圍：本作品適用于顱眶部畸形缺損的修復(fù)。 使用說明：將牽引器安置于顱眶缺損部位，通過牽引裝置緩慢牽引，形成新骨，修復(fù)缺損。 優(yōu)勢：①解決了現(xiàn)有牽引裝置在顱面部應(yīng)用受限的難題，填補了目前顱眶部曲面牽引技術(shù)的空白。②克服了曲面牽引參數(shù)計算復(fù)雜、器械設(shè)計制作要求高等問題，開發(fā)了定向曲面牽引軟件包以指導(dǎo)牽引器的制作、模擬牽引成骨全過程。③本發(fā)明結(jié)構(gòu)輕巧，工藝簡單，安置、塑形方便，主體部件埋置于皮下，對患者外觀影響小。④本作品首次將組織工程技術(shù)與牽引成骨手段相結(jié)合，達(dá)到真正意義上的形態(tài)、功能重建，具臨床實用意義。 推廣前景：顱眶部畸形缺損發(fā)病率高，對患者生理心理影響大，目前尚無理想修復(fù)方法。本發(fā)明曲面牽引裝置與現(xiàn)有簡易直線牽引裝置成本相近，盈利空間大，將進(jìn)一步通過中試階段-生產(chǎn)階段，逐步實現(xiàn)企業(yè)化運作。結(jié)合所開發(fā)的曲面牽引軟件，實現(xiàn)個性化修復(fù)，提高顱面畸形的臨床治療效果和修復(fù)美學(xué)效果。通過在國內(nèi)各大醫(yī)療單位中的推廣應(yīng)用，市場前景廣闊，預(yù)測將取得良好的經(jīng)濟(jì)、社會效益。
同類課題研究水平概述
- 眼眶和眶周畸形為常見的顱面畸形，涉及眼科、整形外科、顱頜面外科等多學(xué)科交叉。因顱眶部特殊解剖結(jié)構(gòu)（由大量不規(guī)則曲面骨構(gòu)成）和位置（涉及前顱底和顱中窩等重要器官），眼眶整復(fù)難度大、風(fēng)險高。臨床上現(xiàn)用三類整復(fù)技術(shù)均存在缺點：⑴傳統(tǒng)截骨骨塊重組+自體骨修復(fù)：手術(shù)需多部位截骨，風(fēng)險較大，骨塊重組固定，塑形欠佳；缺損采用自體骨修復(fù)，增加了醫(yī)源性創(chuàng)傷、供區(qū)繼發(fā)畸形、取材塑形不易、遠(yuǎn)期出現(xiàn)不同程度骨吸收。⑵傳統(tǒng)截骨骨塊重組+人工材料修復(fù)：多部位截骨創(chuàng)傷較大，常用羥基磷灰石人工骨、多孔聚乙烯高分子合成材料和鈦金屬材料等，雖具一定的生物相容性和可塑性，成形良好，但也存在排異、感染、囊腫形成和植入物移位等缺點。⑶直線平面牽引成骨技術(shù)（DO技術(shù)）：通過特定牽引裝置，緩慢而穩(wěn)定地牽引截骨間隙，利用成骨細(xì)胞的增殖能力，促使骨組織再生，達(dá)到骨延長或增寬的目的。最初應(yīng)用于四肢骨延長，1992年McCarthy率先將其用于下頜骨的延長并獲得成功，十余年來，該技術(shù)的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用成為顱頜面外科領(lǐng)域的一大熱點，國際上主要應(yīng)用于顱蓋骨、下頜骨或上頜骨缺損畸形的治療，取得了較好的效果。然而，DO技術(shù)在累及顱眶部的畸形整復(fù)仍屬于探索階段，臨床存在諸多治療難題。文獻(xiàn)報道僅Bellini CM 2007年曾應(yīng)用多重直線型牽引器行眶骨雙向直線牽引矯正小眼眶畸形，但截骨手術(shù)復(fù)雜、多重牽引器應(yīng)用繁瑣，修復(fù)效果欠佳。 本課題提出曲面牽引成骨技術(shù)，通過預(yù)先設(shè)計的外置式多向量牽引裝置完成骨塊的三維牽引，在牽引間隙內(nèi)緩慢成骨，最終形成具有特定外形與一定力學(xué)強(qiáng)度的新生骨組織，具有上述各類方法不可比擬的優(yōu)勢。少數(shù)學(xué)者曾對曲面牽引成骨技術(shù)進(jìn)行了探索與嘗試，但仍局限于下頜骨畸形缺損，基于三維CT進(jìn)行虛擬弧形牽引，而對于顱面中部的應(yīng)用至今仍為空白。 另一方面，由于顱眶部為扁平骨，牽引骨段間接觸面積小，創(chuàng)傷后非正常環(huán)境骨結(jié)構(gòu)（骨膜不完整、骨血運較差）以及牽引成骨的治療周期長，曲面牽引技術(shù)的應(yīng)用中易出現(xiàn)成骨不良、外形欠佳等問題。本課外將曲面牽引成骨技術(shù)與組織工程手段相結(jié)合，目前國際上關(guān)于此類研究鮮有報道，少數(shù)幾例聯(lián)合應(yīng)用于四肢骨的直線牽引，而在顱頜面骨牽引中的應(yīng)用，仍屬空白。 通過本課題的研究，有望提供一套較為完善的定向曲面牽引成骨修復(fù)系統(tǒng)，為顱眶部畸形缺損的整復(fù)取得國際領(lǐng)先的突破。
