CN105662660A - 3d打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置、制作方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种腰椎手术的3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置、制作方法及应用，其特征是：包括实体支撑，所述实体支撑包括水平面实体支撑(1)、前端实体支撑(3)、尾端实体支撑(4)；所述实体支撑中间为多孔结构(2)。本发明用于微创手术，完全仿人体松质骨结构，融合时间更短，因不需要大量植自体骨。因有支架作用成骨效果更好。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置、制作方法及应用。
背景技术
目前腰椎手术中，需要切除病变的椎间盘，用人工腰椎融合器替代。现在临床上使用的融合器需要大量植入自体骨或异体骨以达到完成椎间融合的目的。自体骨不足的情况下需要取髂骨，这样给病人带来的额外的伤害，如果过多植入异体骨填充材料，存在发生炎性反应或者是异体排除反应，进而造成手术的失败。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置、制作方法及应用，克服了上述现有技术的缺点。
本发明基于以下原理：
通过现在3D打印技术的发展，我们可以在计算机上模拟松质骨的结构，然后通过建模制造具有松质骨结构的实体支撑，当具有松质骨结构的实体支撑置入后能够起到支架的作用，有利于成骨过程的发生，进而促进快速骨融合。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：
一种3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置，包括实体支撑，所述实体支撑包括水平面实体支撑、前端实体支撑、尾端实体支撑；所述实体支撑中间为多孔结构。
所述尾端实体支撑设有把持器卡口。
所述多孔结构为微孔多孔八面体结构。
本发明还提供了3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置的制作方法，包括以下步骤：
一、取原料钛合金粉末Ti6Al4V粉末，所述钛合金粉末Ti6Al4V为40-100um粒度；
二、电子束快速选区熔化成形制作；
三、去除成形融合器多孔结构支架的粉末，检验即得。
所述制作是通过成形设备电子束选区熔化成形机，将所述原料粉末成形；该成形加工参数：成形底板每层0.03-0.07mm对模型进行切层，保存数据；设定初始工艺参数：底板预热温度700℃-800℃，粉末床预热电流8-12mA，预热时间8-12s，扫描电流15～35mA；支撑结构实施离散扫描，扫描电流12～65mA。
本发明还提供了3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置的应用，包括用于进行腰椎椎融合术时支撑椎体，提供即刻稳定性，支持正常的骨性融合过程。
本发明与现有技术的融合器相比，具有以下技术效果：
1.本发明用3D打印制作的仿生松质骨结构的腰椎融合器完全仿人体松质骨结构，不需要植骨。
2.成骨效果因有支架作用，效果更好，融合时间更短。
3.因不需要大量植自体骨，该融合装置可以用于微创手术。
附图说明
图1-1为本发明用于腰椎前路手术主视图
图1-2为本发明用于腰椎前路手术俯视图
图1-3为本发明用于腰椎前路手术侧视图
图2-1为本发明用于腰椎后路手术主视图
图2-2为本发明用于腰椎后路手术俯视图
图2-3为本发明用于腰椎后路手术另一种主视图
图2-4为本发明用于腰椎后路手术另一种俯视图
图3-1为本发明用于腰椎侧路手术主视图
图3-2为本发明用于腰椎侧路手术俯视图
图4为本发明多孔结构示意图
1-水平面实体支撑，2-多孔结构，3-前端实体支撑，4-尾端实体支撑，5-把持器卡口
具体实施方式
如图1-1、图1-2、图1-3、图2-1、图2-2、图2-3、图2-4、图3-1、图3-2、图4所示的一种腰椎手术的3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置，包括实体支撑，所述实体支撑包括水平面实体支撑1、前端实体支撑3、尾端实体支撑4；所述实体支撑中间为多孔结构2。
所述尾端实体支撑4设有把持器卡口5。
所述多孔结构2为微孔多孔八面体结构。
产品四周为实体支撑部分其功能作用为增加融合器的压缩强度，腰椎融合器设计可以分为从前路、后路、侧路分别植入，根据植入部位的不同分别设计为长方体、圆弧体、和扁长方体结构。整体加强结构主要分为水平面加强圆弧框和垂直方向支撑柱结构。
所述腰椎手术的3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置的制作方法，包括以下步骤：
一、取原料钛合金粉末Ti6Al4V粉末，所述钛合金粉末Ti6Al4V为40-100um粒度；
二、电子束快速选区熔化成形制作；
三、去除成形融合器多孔结构支架的粉末，检验即得。
所述电子束快速制造通过ArcamA2型电子束选区熔化成形机，将所述原料粉末成形；该成形加工参数：成形底板尺寸210mm×210mm；每层0.0,3-0.07mm，尤其选用0.05mm对模型进行切层，保存数据；设定初始工艺参数：底板预热温度可以是700℃-800℃，如730℃，粉末床预热电流8-12mA，尤其10mA，预热时间8-12s，尤其10s，扫描电流15～35mA；支撑结构实施离散扫描，扫描电流12～65mA。
本发明还提供了所述3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置的应用，包括用于进行腰椎椎融合术时支撑椎体，提供即刻稳定性，支持正常的骨性融合过程。
本发明产品孔隙率60％-80％，孔径范围600-800μm；以人体松质骨为数据模型，精确测定松质骨骨小梁各参数区间，通过调整骨小梁孔径、孔隙率、骨小梁直径工艺参数，实现对骨融合器孔隙结构的控制，使孔隙率不小于80％。
本发明产品优势：
1.模拟人体骨小梁结构设计，更能适应脊柱的解剖结构；
2.粗糙的产品表面，有利于细胞组织的粘附生长；
3.更接近人体密质骨的弹性模量，减少了应力遮挡；
4.联通的孔隙结构、合理设计的孔隙率和孔径范围，提供了诱导骨组织长入的结构性条件；
5.真空环境和加工过程中适当的温度，使产品获得均匀的显微组织结构、形状稳定性和低残余应力特性，其力学性能远优于普通铸造零件。
6.良好的生物相容性，降低了植入物的异物反应；
7.术中不需要植骨，减少对于自体骨骼的损伤；
8.3D成型技术，不受产品内部复杂结构限制，自由成形；
9.材料的利用率高，不需要模具，节省了设计开发和生产成本；
10.可用于椎体微创手术中，完全仿人体松质骨结构，融合时间更短，因不需要大量植自体骨,减少了患者手术创伤。用于微创手术，因有支架作用成骨效果更好。
Claims (8)
1.一种3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置，其特征是：包括实体支撑，所述实体支撑包括水平面实体支撑(1)、前端实体支撑(3)、尾端实体支撑(4)；所述实体支撑中间为多孔结构(2)。
2.根据权利要求1所述的3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置，其特征是：所述尾端实体支撑(4)设有把持器卡口(5)。
3.根据权利要求1所述的3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置，其特征是：所述多孔结构(2)为微孔多孔八面体结构。
4.权利要求1-3之一的3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置的制作方法，包括以下步骤：
一、取原料钛合金粉末Ti6Al4V粉末；
二、电子束快速选区熔化成形制作；
三、去除成形融合器多孔结构支架的粉末，检验即得。
5.根据权利要求4所述的3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置的制作方法，所述制作是通过成形设备电子束选区熔化成形机，将所述原料粉末成形；所述钛合金粉末Ti6Al4V为40-100um粒度；该成形加工参数：成形底板每层0.03-0.07mm对模型进行切层，保存数据；设定初始工艺参数：底板预热温度700℃-800℃，粉末床预热电流8-12mA，预热时间8-12s，扫描电流15～35mA；支撑结构实施离散扫描，扫描电流12～65mA。
6.根据权利要求4或5所述的3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置的制作方法，所述成形设备为ArcamA2型电子束选区熔化成形机。
7.根据权利要求4或5所述的3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置的制作方法，所述成形加工参数：成形底板尺寸210mm×210mm；每层0.05mm对模型进行切层，保存数据；设定初始工艺参数：底板预热温度730℃，粉末床预热电流10mA，预热时间10s。
8.一种权利要求1-3之一的3D打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置的应用，包括用于进行腰椎椎融合术时支撑椎体，提供即刻稳定性，支持正常的骨性融合过程。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |