CN104546229B - 一种具有超高活动度的切角ω型结构的人工颈椎间盘 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘，它包括材质为钛合金的人工颈椎间盘本体，其特征在于所述人工颈椎间盘本体的上下端板连接处采用具有切角的Ω型非接触的弹性结构；所述人工颈椎间盘本体的上下端板面前凸的生理曲度为3～6º，上下端板前端采用螺栓固定，上下端板前缘采用类似人体脊椎圆弧外形，在上下端板外表面分别设有实现止退功能的两排倒齿；所述人工颈椎间盘本体的弹性模量为45～80GPa，屈服强度大于620MPa。本发明满足能够长寿命的抗疲劳性能要求，能够保证患者术后节段的活动度达到正常人体活动度的80～100%。
Description
技术领域
本发明涉及一种人工颈椎间盘，特别是涉及一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘。
背景技术
人工颈椎间盘置换术能在进行脊髓减压并保持稳定的同时保证手术节段的生理活动度，更加符合颈椎活动的生物力学特点。
Z-Brace动态融合器，虽然该方案采用了Z形弹性连杆，可微移动，并在端面上下侧设置有几排倒齿等措施来实现与患者正常的椎间盘配合运作的目的，但是还存在以下主要不足：一是Z-Brace动态融合器前屈、侧屈、扭转活动度仅为10%～30%，后屈活动度仅为20%～40%；二是Z-Brace动态融合器的稳定性能过于依赖止退的倒齿，在与患者正常的椎间盘即刻固定时缺少螺栓保证椎间盘与假体的上下稳定。
中国专利申请200620112142公开的“弹片式人工椎间盘”，虽然该方案采用了呈马蹄形的弹片，并在弹片的上下侧分别设置有复数个倒勾等措施来实现与患者正常的椎间盘配合运作的目的，但是还存在以下主要不足：一是从生物物理学角度来看，不能够很好的满足正常的C5-C6前凸的生理曲度3～6º；二是对弯曲弧度和高度缺乏精密性设计手段，使得植入假体不能很好地恢复和维持椎间隙的高度、保持节段的稳定性；三是现有一体化弹片式人工颈椎间盘植入后节段活动度与正常颈椎节段活动度相差较大，不能够很好地恢复正常颈椎节段的运动功能。
中国专利申请201310223928.1公开了“一种具有高活动度的一体化人工颈椎间盘假体”、中国专利申请201310217563.1公开了“一种带人字形双向止退倒齿的Ω型人工颈椎间盘植入假体”、中国专利申请201310217243.6公开了“一种带菱形双向止退倒齿的Ω型人工颈椎间盘植入假体”、中国专利申请200920211398公开了“医用骨科颈椎椎间隙动态稳定植入装置”，虽然这些方案都采用了Ω型非接触的弹性结构，并在上下端板外表面对称设置倒齿来实现与患者正常的椎间盘配合运作的目的，但是还存在以下不足：一是现有该一体化人工颈椎间盘植入假体侧屈活动度仅为30%～60%，扭转活动度仅为10%～40%；二是现有该一体化人工颈椎间盘植入假体的稳定性能过于依赖止退的倒齿，在与患者正常的椎间盘即刻固定时缺少螺栓保证椎间盘与假体的上下稳定。
美国专利申请7794465B2公开了一种“人工颈椎间盘及其相关的植入设备和方法”（参见United States Patent 7794465B2 “Artificial
spinal discs and associated implantation instruments and methods”），虽然该方案采用球-窝关节连接组合的模式，屈伸、侧弯和轴向扭转均能够满足人体各功能活动度的要求，并且上下端板外表面两排倒齿和螺栓来实现与患者正常的椎间盘配合运作的目的，但是还存在以下不足：一是该结构繁琐、手术相对复杂，易造成异位骨化问题；二是假体球-窝运动时，易产生磨损颗粒，引发炎症；三是该人工颈椎间盘前缘与螺栓孔端面是同一弧面，没有考虑人体特异性，易压迫神经和血管组织，应设置间距；四是假体球-窝运动时，由于没有弹性结构支撑，过于依赖高长两排齿，增加手术困难和病人痛苦，易压迫神经，引发并发症。
综上所述，融合器和一体化人工颈椎间盘，虽然材料、形态各异，但这些假体普遍存在以下缺点：假体前屈、扭转、侧屈活动度难以达到正常人体活动度60%，自主融合率高，难以满足人体正常运动的需求；同时在与患者正常的椎间盘即刻固定时缺少螺栓保证椎间盘与假体的上下稳定。常见的多体结构的假体普遍存在以下缺点：结构繁琐、手术相对复杂，易造成异位骨化问题；抗疲劳和抗磨损性能差，疲劳断裂、疲劳磨损易导致假体产生磨损颗粒，易引起无菌性骨质吸收，导致假体置换失败，术后易发生并发症。如何克服上述现有技术的不足，已成为当今人工颈椎间盘结构设计中所要攻克的重点难题之一。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘，本发明能够满足长寿命的抗疲劳性能要求，能够保证术后节段的活动度达到正常人体活动度的80～100%。
根据本发明提出的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘，它包括材质为钛合金的人工颈椎间盘本体，其特征在于所述人工颈椎间盘本体的上下端板连接处采用具有切角的Ω型非接触的弹性结构；所述人工颈椎间盘本体的上下端板面前凸的生理曲度为3～6º，上下端板前端采用螺栓固定，上下端板前缘采用类似人体脊椎的圆弧外形，在上下端板外表面上分别设有实现止退功能的两排倒齿；所述人工颈椎间盘本体的弹性模量为45～80GPa，屈服强度大于620MPa。
本发明提出的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘的进一步优选方案在于：所述人工颈椎间盘本体的上下端板的前端宽度为13.8～19.8mm；所述人工颈椎间盘本体的切角与螺栓孔端面的距离为1～6mm，所述人工颈椎间盘本体的侧面相对于竖直面的切角角度为15～30º，侧面前半部分采用直线或圆弧过渡；所述人工颈椎间盘本体的前缘面与螺栓孔端面之间的距离为0.6～1.0mm、其后端弯曲段的厚度为0.8～1.4mm；所述人工颈椎间盘本体的上下端板前端各设有两个螺栓孔、其直径为2～4mm；所述在上下端板外表面上分别设有实现止退功能的两排倒齿，是指上端板上表面与人体上椎骨下表面锚固两排倒齿，下端板下表面与人体下椎骨上表面锚固两排倒齿，每排倒齿的高度为0.6～1.2mm，每排倒齿的宽度为0.6～1.2mm，相邻两排倒齿之间的距离为6～9mm，两个倒齿相连接面的夹角呈45º。
本发明的实现原理是：本发明的结构设计，是在充分考虑材质特性的基础上，应用生物力学有限元分析手段，对人体颈椎结构进行全仿真，具体为：首先将具有切角Ω型结构的人工颈椎间盘与去除C5-C6椎体节段的椎间盘，在CAD造型软件中进行装配得到所需要的颈椎三维几何模型，添加后纵韧带、黄韧带、棘间韧带、棘上韧带、项韧带和横韧带；其次将得到的颈椎三维几何模型导入有限元分析软件，定义单元类型、赋予各部分植入假体材质属性、定义接触和划分网格，得到具有切角Ω型结构的人工颈椎间盘C5-C6节段颈椎的有限元模型；然后对具有切角Ω型结构的人工颈椎间盘的模型进行有限元模拟分析，对前屈、后伸、侧屈和扭转载荷下的应力及颈椎节段活动度进行分析比较，得到模拟结果；最后通过调节人工颈椎间盘假体弯曲段的厚度和切角角度优选模拟结果，可实现术后颈椎节段前屈活动度达到正常颈椎的80～100%，后伸活动度达到正常颈椎的100%，侧屈活动度达到正常颈椎的80～100%，扭转活动度达到正常颈椎的80～100%。
本发明与现有技术相比其显著优点在于：一是本发明为切角Ω型非接触的弹性结构的人工颈椎间盘，避免上下端板之间的摩擦、磨损，从根本上杜绝了磨损颗粒的产生；二是通过切角，在极大地提高活动度的同时，完全能够满足长寿命抗疲劳性能的要求；三是通过有限元模拟，优选确定本体的材质和结构造型，极大地满足了椎间盘的屈曲、扭转、伸展运动和压缩减震功能；四是本发明试验结果表明，通过调节人工颈椎间盘假体弯曲段的厚度和切角角度优选模拟结果，可实现术后颈椎节段前屈活动度达到正常颈椎的80～100%，后伸活动度达到正常颈椎的100%，侧屈活动度达到正常颈椎的80～100%，扭转活动度达到正常颈椎的80～100%。
附图说明
图1为本发明提出的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘的结构立体造型示意图。
图2为本发明提出的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘的结构的剖视示意图。
图3为本发明提出的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘的结构的俯视平面示意图。
图4为本发明提出的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘的结构的主视平面示意图。
图5为本发明提出的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘的结构的侧视平面示意图。
图6为前屈载荷下植入钛合金人工颈椎间盘的C5-C6单节段颈椎等效应力分布云示意图。
图7为前屈载荷下植入钛合金人工颈椎间盘的C5-C6单节段颈椎位移变化示意图。
图8为前屈载荷下C5-C6单节段钛合金人工颈椎间盘等效应力分布云示意图。
图9为前屈载荷下C5-C6单节段钛合金人工颈椎间盘位移变化示意图。
图10为后屈载荷下C5-C6单节段钛合金人工颈椎间盘等效应力分布云示意图。
图11为后屈载荷下C5-C6单节段钛合金人工颈椎间盘位移变化示意图。
图12为侧屈载荷下C5-C6单节段钛合金人工颈椎间盘等效应力分布云示意图。
图13为侧屈载荷下C5-C6单节段钛合金人工颈椎间盘位移变化示意图。
图14为扭转载荷下C5-C6单节段钛合金人工颈椎间盘等效应力分布云示意图。
图15为扭转载荷下C5-C6单节段钛合金人工颈椎间盘位移变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：
结合图1，本发明提出的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘，它包括材质为钛合金的人工颈椎间盘本体（7），所述人工颈椎间盘本体（7）的上下端板连接处采用具有切角的Ω型非接触的弹性结构；所述人工颈椎间盘本体（7）的上下端板面前凸的生理曲度为3～6º，上下端板前端采用螺栓固定，上下端板前缘采用类似人体脊椎的圆弧外形，在上下端板外表面上分别设有实现止退功能的两排倒齿；所述人工颈椎间盘本体（7）的弹性模量为45～80Gpa和屈服强度大于620MPa。
结合图2和图3，根据人体解剖学，所述人工颈椎间盘本体（7）的前缘(1)及螺栓孔端面(2)设计成为与人体脊椎完美结合的弧度，人工颈椎间盘本体（7）的前缘(1)面与螺栓孔端面(2)之间的距离为0.6～1.0mm、其后端弯曲段的厚度为0.8～1.4mm，以利于后端植入体具有空间稳定的弯曲弧度及高度。
结合图3、图4和图5，在所述人工颈椎间盘本体(7)的上下端板前端各设有两个螺栓孔(5)、其直径为2～4mm；所述在上下端板外表面上设有实现止退功能的两排倒齿，是指上端板上表面与人体上椎骨下表面锚固两排倒齿(6)，下端板外表面与人体下椎骨上表面锚固两排倒齿(8)，每排倒齿的高度为0.6～1.2mm，每排倒齿的宽度为0.6～1.2mm，相邻两排倒齿之间的距离为6～9mm，两个倒齿相连接面的夹角呈45º；其中：所述上下端面上的两排倒齿可防止假体脱出，上下端面前端的螺栓孔(5)和上下端面上的两排倒齿的协同组合能够保证人工颈椎间盘本体(7)的空间稳定。
下面结合图3至图15，进一步说明本发明的关键操作步骤的具体实施例。
实施例1：在本发明的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘本体(7)植入前，先对患者颈椎进行椎间盘切除术并对上下椎体进行打磨，然后根据患者颈椎椎体的矢径和横径，选取以下规格的人工颈椎间盘：下端板长度为16mm，端板前端宽为17.8mm，切角前边缘与螺栓孔端面的距离为2mm，切角为25º，侧面(4)前半部分采取直线过渡，上下端板面前凸的生理曲度为5º；弹性结构(7)壁厚为1.2mm，后端总体高度为6mm，人工颈椎间盘本体（7）的前缘(1)与螺栓孔端面(2)间距为0.8mm；上下端板前端各设有两个螺栓孔(5)、其直径为2mm，上下端面上设置的每排倒齿的的高度为1.2mm，每排倒齿的宽度为1mm，相邻的两排倒齿的间距为7mm；所述人工颈椎间盘本体（7）的材质为钛合金Ti13Nb13Zr、其弹性模量为60GPa和屈服强度为650MPa。
在本发明的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘本体(7)植入时，先轻轻地将上下端面设置的两排倒齿(6)和两排倒齿(8)插入到已切除椎间盘的椎体之间，应注意植入后的人工颈椎间盘本体(7)的后端距椎孔保持3～4mm的安全距离，然后再进行螺栓孔的固定；这样可使人工颈椎间盘本体(7)通过齿卡掣于上下椎骨之间，再通过螺栓加强固定，依靠自身的弹性取代原有弹性的颈椎间盘。
将选取好的人工颈椎间盘本体(7)以及颈椎C5、C6椎体分别建立几何模型，添加后纵韧带、黄韧带、棘间韧带、棘上韧带、项韧带和横韧带，再将得到的颈椎三维几何模型导入有限元分析软件，定义单元类型、赋予各部分植入人工颈椎间盘本体(7)的材质属性、定义接触和划分网格，得到具有切角的Ω型结构的人工颈椎间盘C5-C6节段颈椎的有限元模型，然后加载前屈载荷并进行有限元模拟分析；分析所得应力以及位移变化如图6至图9所示，其中：图6为植入钛合金人工颈椎间盘本体(7)的C5-C6单节段颈椎前屈等效应力分布云示意图，图7为植入钛合金人工颈椎间盘本体(7)的C5-C6单节段颈椎前屈位移变化示意图，图8为C5-C6单节段钛合金人工颈椎间盘本体(7)前屈等效应力分布云示意图，图9为C5-C6单节段钛合金人工颈椎间盘本体(7)前屈位移变化示意图。
同时也对植入人工颈椎间盘本体(7)的C5-C6单节段有限元模型进行了后伸、侧屈以及扭转分析，分析所得人工颈椎间盘本体(7)应力分布以及位移变化如图10至图15所示，其中：图10、图12和图14分别为C5-C6单节段钛合金人工颈椎间盘本体(7)后伸、侧屈以及扭转时等效应力分布云示意图；图11、图13和图15分别为C5-C6单节段钛合金人工颈椎间盘本体(7)后伸、侧屈以及扭转时位移变化示意图。
通过对上述模拟结果进行分析，图8、图10、图12和图14表明前屈、后伸、侧屈和扭转载荷下人工颈椎间盘本体(7)最大等效应力均在钛合金Ti13Nb13Zr屈服极限之下；由图9、图11、图13和图15结果所示位移计算得到四种条件下C5-C6单节段运动范围分别为4.25º、4.78º、1.26º、1.57º，即植入后端壁厚为1.2mm、距离螺栓孔端面距离2mm的25º切角的钛合金Ti13Nb13Zr人工颈椎间盘本体(7)，在四种条件下节段活动度分别为正常颈椎的83.4%、100%、84%、82.6%；这表明该人工颈椎间盘本体(7)能够很好地恢复和维持椎间隙的高度、保证节段活动度。
将人工颈椎间盘本体(7)的静力有限元模拟结果导入到高级结构疲劳分析软件中进行疲劳分析，并在Instron疲劳试验机上进行疲劳试验，结果表明，该人工颈椎间盘本体(7)在经历八千万次循环后未发生疲劳破坏。
上述结果表明，本发明的实施方法简便可靠，通过切去多余弯曲段，优化结构，保证长寿命的同时极大地增加其活动度。
实施例2：在本发明的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘本体(7)植入前，先对患者颈椎进行椎间盘切除术并对上下椎体进行打磨，然后根据患者颈椎椎体的矢径和横径，选取以下规格的人工颈椎间盘本体(7)：下端板长度为16mm，端板前端宽为17.8mm，切角前边缘与螺栓孔端面的距离为1mm，切角为15º，侧面(4)前半部分采取直线过渡，上下端板面前凸的生理曲度为3º；人工颈椎间盘本体(7)的壁厚为1mm、后端总体高度为6mm，人工颈椎间盘本体（7）的前缘(1)与螺栓孔端面(2)间距为0.6mm；上下端板前端各设有两个螺栓孔(5)、其直径为2mm，上下端面上设置的每排倒齿的高度为0.8mm，每排倒齿的宽度为0.8mm，相邻两排倒齿的间距为6mm；所述人工颈椎间盘本体（7）的材质为钛合金Ti13Nb13Zr，其弹性模量为80GPa和屈服强度为720MPa。
通过对模拟结果进行分析，前屈、后伸、侧屈和扭转载荷下的人工颈椎间盘本体(7)最大等效应力分别为452.3MPa、426.06MPa、287.46MPa、312.39MPa，均在钛合金Ti13Nb13Zr屈服极限之下；由模拟结果所示位移计算得到四种条件下C5-C6单节段运动范围分别为4.36º、4.41º、1.89º、1.66º，即将后端壁厚为1mm、距离螺栓孔端面距离1mm的切角为15º的材质为钛合金Ti13Nb13Zr的人工颈椎间盘本体(7) 植入，在四种条件下节段活动度分别为正常颈椎的85.5%、100%、100%、87.4%；这表明人工颈椎间盘本体(7)能够很好地恢复和维持椎间隙的高度、保证节段活动度。
将人工颈椎间盘本体(7)的静力有限元模拟结果导入到高级结构疲劳分析软件中进行疲劳分析，并在Instron疲劳试验机上进行疲劳试验，结果表明，该人工颈椎间盘本体(7)在经历八千万次循环后未发生疲劳破坏。
上述结果表明，本发明的实施方法简便可靠，通过切去多余弯曲段，优化结构，保证长寿命的同时极大地增加其活动度。
实施例3：在本发明的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘本体(7)植入前，先对患者颈椎进行椎间盘切除术并对上下椎体进行打磨，然后根据患者颈椎椎体的矢径和横径，选取以下规格的人工颈椎间盘本体(7)：下端板长度为18mm，端板前端宽为19.8mm，切角前边缘与螺栓孔端面的距离为1.5mm，切角为30º，侧面(4)前半部分采取直线过渡，上下端板面前凸的生理曲度为5º；人工颈椎间盘本体(7)壁厚为1.4mm，后端总体高度为6mm，人工颈椎间盘本体（7）的前缘(1)与螺栓孔端面(2)间距为1mm；上下端板前端各设有两个螺栓孔(5)、其直径为4mm，上下端面上设置的每排面倒齿的高度为0.8mm，每排倒齿的宽度为1.2mm，相邻两排倒齿的间距为9mm；所述人工颈椎间盘本体（7）的材质为钛合金Ti13Nb13Zr，其弹性模量为60GPa和屈服强度为650MPa。
通过对上述模拟结果进行分析，前屈、后伸、侧屈和扭转载荷下的人工颈椎间盘本体(7)最大等效应力分别为443.1MPa、418.2MPa、315.8MPa、313.7MPa，均在钛合金Ti13Nb13Zr屈服极限之下；由模拟结果所示位移计算得到四种条件下C5-C6单节段运动范围分别为5.24º、5.91º、1.49º、1.96º，即将后端壁厚为1.4mm、距离螺栓孔端面距离1.5mm的切角为30º的材质为钛合金Ti13Nb13Zr的人工颈椎间盘本体(7)植入，在四种条件下节段活动度分别为正常颈椎的100%、100%、99%、100%；这表明人工颈椎间盘本体(7)能够很好地恢复和维持椎间隙的高度、保证节段活动度。
将人工颈椎间盘本体(7)的静力有限元模拟结果导入到高级结构疲劳分析软件中进行疲劳分析，并在Instron疲劳试验机上进行疲劳试验，结果表明，该人工颈椎间盘本体(7)在经历八千万次循环后未发生疲劳破坏。
上述结果表明，本发明的实施方法简便可靠，通过切去多余弯曲段，优化结构，保证长寿命的同时极大地增加其活动度。
实施例4：在本发明的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘本体(7)植入前，先对患者颈椎进行椎间盘切除术并对上下椎体进行打磨，然后根据患者颈椎椎体的矢径和横径，选取以下规格的人工颈椎间盘本体(7)：下端板长度为11mm，端板前端宽为13.8mm，切角前边缘与螺栓孔端面的距离为6mm，切角为15º，侧面(4)前半部分采取圆弧过渡，上下端板面前凸的生理曲度为6º；人工颈椎间盘本体(7)壁厚为0.8mm，后端总体高度为6mm，人工颈椎间盘前缘(1)与螺栓孔端面(2)间距为0.8mm；上下端板前端各设有两个螺栓孔(5)、其直径为2mm，上下端面上设置的每排倒齿的高度为0.6mm，每排倒齿的宽度为0.6mm，相邻两排倒齿的间距为6mm；所述人工颈椎间盘本体(7)的材质为钛合金Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr-1.2O(摩尔分数,%)，其弹性模量为45GPa和屈服强度为880MPa。
通过对模拟结果进行分析，前屈、后伸、侧屈和扭转载荷下的人工颈椎间盘本体(7)假体最大等效应力分别为387.7MPa、332.7MPa、271.7MPa、341.7MPa，均在钛合金Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr-1.2O(摩尔分数,%)屈服极限之下；由模拟结果所示位移计算得到四种条件下C5-C6单节段运动范围分别为6.27º、6.15º、1.62º、2.31º，即将后端壁厚为0.8mm、距离螺栓孔端面距离6mm的切角为20º的材质为钛合金Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr-1.2O(摩尔分数,%)的人工颈椎间盘本体(7) 植入，在四种条件下节段活动度分别为正常颈椎的100%、100%、100%、100%；这表明人工颈椎间盘本体(7)能够很好地恢复和维持椎间隙的高度、保证节段活动度。
将人工颈椎间盘本体(7)的静力有限元模拟结果导入到高级结构疲劳分析软件中进行疲劳分析，并在Instron疲劳试验机上进行疲劳试验，结果表明，该人工颈椎间盘本体(7)在经历八千万次循环后未发生疲劳破坏。
上述结果表明，本发明的实施方法简便可靠，通过切去多余弯曲段，优化结构，保证长寿命的同时极大地增加其活动度。
实施例5：在无切角Ω型结构的人工颈椎间盘植入前，先对患者颈椎进行椎间盘切除术并对上下椎体进行打磨，然后根据患者颈椎椎体的矢径和横径，选取以下规格的人工颈椎间盘本体(7)：下端板长度为16mm，端板宽为17.8mm，上下端板面前凸的生理曲度为5º；人工颈椎间盘本体(7)的壁厚为1.2mm，后端总体高度为6mm，人工颈椎间盘前缘(1)与螺栓孔端面(2)间距为0.8mm；上下端板前端各设有两个螺栓孔(5)、其直径为2mm，上下端面上设置的每排倒齿的高度为1.2mm，每排倒齿的宽度为1mm，相邻两排倒齿的间距为7mm；所述人工颈椎间盘本体（7）的材质为钛合金Ti13Nb13Zr，其弹性模量为60GPa，屈服强度为650MPa。
通过对模拟结果进行分析，前屈、后伸、侧屈和扭转载荷下的人工颈椎间盘本体(7)的最大等效应力分别为278.7MPa、280.9MPa、127.3MPa、139.3MPa，均在钛合金Ti13Nb13Zr屈服极限之下；由模拟结果所示位移计算得到四种条件下C5-C6单节段运动范围分别为3.48º、4.01º、0.61º、0.56º，即将后端壁厚为1.2mm、无切角的钛合金Ti13Nb13Zr人工颈椎间盘本体（7）植入，在四种条件下节段活动度分别为正常颈椎的68.2%、100%、41%、29.6%；将该人工颈椎间盘本体（7）的静力有限元模拟结果导入到高级结构疲劳分析软件中进行疲劳分析，并在Instron疲劳试验机上进行疲劳试验，结果表明，该人工颈椎间盘本体(7)在经历八千万次循环后未发生疲劳破坏。
将所述实施例1具有切角的Ω型结构的人工颈椎间盘本体(7)与相同端板前端宽度的无切角的人工颈椎间盘对比，前屈、侧屈和扭转分别增加15.2%、43%、53%，表明具有切角的Ω型结构的人工颈椎间盘本体(7)能够在保证长寿命的同时极大地提高了颈椎活动度，特别是侧屈和扭转比现有技术方案提高了2～3倍，发生质的变化。
实施例6：在无切角Ω型结构的人工颈椎间盘植入前，先对患者颈椎进行椎间盘切除术并对上下椎体进行打磨，然后根据患者颈椎椎体的矢径和横径，选取以下规格的人工颈椎间盘本体(7)：无切角的下端板长度为16mm、端板宽为9mm、上下端板面前凸的生理曲度为5º；人工颈椎间盘本体(7)壁厚为1.2mm、后端总体高度为6mm，人工颈椎间盘本体(7)的前缘(1)与螺栓孔端面(2)间距为0.8mm；上下端板前端各设有两个螺栓孔(5)、其直径为2mm，上下端面上设置的每排倒齿的高度为1.2mm，每排倒齿的宽度为1mm，相邻两排倒齿的间距为7mm；所述人工颈椎间盘本体(7)的材质为钛合金Ti13Nb13Zr，其弹性模量为60GPa和屈服强度为650MPa。
通过对模拟结果进行分析，前屈、后伸、侧屈和扭转载荷下人工颈椎间盘本体(7)的最大等效应力分别为535.4MPa、557.2MPa、289.3MPa、297.9MPa，均在钛合金Ti13Nb13Zr屈服极限之下；由模拟结果所示位移计算得到四种条件下C5-C6单节段运动范围分别为4.78º、5.32º、1.19º、1.54º，即植入后端壁厚为1.2mm、无切角的钛合金Ti13Nb13Zr人工颈椎间盘本体(7)，在四种条件下节段活动度分别为正常颈椎的93.6%、100%、79.3%、81%；将该人工颈椎间盘本体(7)的静力有限元模拟结果导入到高级结构疲劳分析软件中进行疲劳分析，并在Instron疲劳试验机上进行疲劳试验，结果表明，该人工颈椎间盘本体(7)在经历三千万次左右循环时发生疲劳破坏，不能够满足假体长寿命抗疲劳的性能要求。
将上述实施例1具有切角的Ω型结构的人工颈椎间盘本体(7)与弯曲段相同宽度的无切角的人工颈椎间盘相比，最大等效应力减小了150MPa，同时活动度变化很小，前屈活动度减小10%，侧屈和扭转活动度分别增加4.7%、1.6%，表明具有切角的Ω型结构的人工颈椎间盘本体(7)具有极高活动度的同时能够满足抗疲劳性能要求，发生质的变化。
本发明经反复试验验证，取得了满意的应用效果。
Claims (5)
1.一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘，它包括材质为钛合金的人工颈椎间盘本体(7)，其特征在于所述人工颈椎间盘本体(7)的上下端板连接处采用具有切角的Ω型非接触弹性结构；所述人工颈椎间盘本体(7)的上下端板面前凸的生理曲度为3～6°，上下端板前端采用螺栓固定，上下端板前缘采用类似人体脊椎的圆弧外形，在上下端板外表面上分别设有实现止退功能的两排倒齿；所述人工颈椎间盘本体(7)的切角与螺栓孔端面(2)的距离为1～6mm，所述人工颈椎间盘本体(7)的侧面(4)相对于竖直面(3)的切角角度为15～30°，侧面(4)前半部分采用直线或圆弧过渡；所述人工颈椎间盘本体(7)的弹性模量为45～80GPa和屈服强度大于620MPa。
2.根据权利要求1所述的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘，其特征在于所述人工颈椎间盘本体(7)的上下端板的前端宽度为13.8～19.8mm。
3.根据权利要求1所述的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘，其特征在于所述人工颈椎间盘本体(7)的前缘(1)面与螺栓孔端面(2)之间的距离为0.6～1.0mm、其后端弯曲段的厚度为0.8～1.4mm。
4.根据权利要求1所述的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘，其特征在于所述人工颈椎间盘本体(7)的上下端板前端各设有两个螺栓孔(5)、其直径为2～4mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种具有超高活动度的切角Ω型结构的人工颈椎间盘，其特征在于所述在上下端板外表面上分别设有实现止退功能的两排倒齿，是指上端板上表面与人体上椎骨下表面锚固两排倒齿(6)，下端板下表面与人体下椎骨上表面锚固两排倒齿(8)，每排倒齿的高度为0.6～1.2mm，每排倒齿的宽度为0.6～1.2mm，相邻两排倒齿之间的距离为6～9mm，两个倒齿相连接面的夹角呈45°。
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