CN107126281A - 一种高强度低刚度多孔钛种植体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强度低刚度多孔钛种植体，包括螺纹部分、多孔结构部分和支撑结构部分。所述多孔钛种植体的上下两段为螺纹部分，中段和尖端嵌有多孔结构，中段多孔结构中嵌有支撑结构部分连接上下两段螺纹部分。所述多孔钛种植体具有足够的抗压强度，具有可控的与人体骨骼相近的弹性模量，在种植体与骨组织接触处具有更好的应力环境，同时具有能促进骨整合的多孔结构，能提高种植牙的成功率。

Description

一种高强度低刚度多孔钛种植体
技术领域
本发明涉及种植牙领域，特别涉及一种高强度低刚度多孔钛种植体。
背景技术
目前，种植体是牙科中十分常见的植入物，用于修复牙缺失。目前常用的国际知名品牌的牙种植系统(包括瑞士的NOBEL，ITI，美国的3i，德国的bego等)均采用纯钛作为牙种植体，但在临床应用时会存在不同程度的松动、脱落等植入失效的问题。长期研究发现，种植牙失效的最主要原因是种植体与周围骨组织之前力学性能的不匹配。当种植体的弹性模量与牙槽骨的弹性模量差异较大时，在受到力的作用时，植入物将承受大部分的应力，而周围骨骼会由于得不到锻炼而逐渐被吸收。而且，在受力后牙种植体周围会出现骨组织的应力集中，也将造成周围骨质的吸收或萎缩，从而导致种植体的失效。目前常用的牙种植体的弹性模量为110GPa，远高于人下颌骨皮质骨的弹性模量10-18GPa。因此，植入物的弹性模量应尽量接近骨的弹性模量，以避免力学性能不匹配造成的骨吸收和萎缩。此外，在常规牙种植体在植入牙槽骨后，会在植入物尖端与骨组织接触处产生应力集中现象，将不利于骨组织生长，会导致骨萎缩，因此，应尽量避免或减轻应力集中现象。现有的种植体产品主要是通过改变螺纹的尺寸形状来改善与骨的接触位置的应力环境，但是种植体尖端部位的应力集中现象依然存在。
目前，多孔结构常被应用于骨科植入物中，以降低植入物的弹性模量。同时，相对实心金属植入物，其互联互通的孔洞还能提供人体骨骼细胞生长渗透的空间，使骨组织与植入物结合的更加紧密。
如中国发明，申请号：200580049687.7，申请公布号CN 101193664A，采用的生物适应性多孔体，这种多孔结构的种植体虽然能降低种植体的弹性模量，但这种多孔结构的抗压强度仅为大约60MPa，而牙种植体是一个承压构件，这种单一的多孔结构不能保证其种植体的机械强度，可能会导致牙种植体在植入后失效。
现有技术中，虽然有考虑到利用多孔金属来降低植入体弹性模量和促进骨结合，但是并没有针对多孔金属的力学强度不佳进行再设计的案例。因此，本领域的技术人员致力于开发一种高强度低刚度多孔钛种植体，既有能促进骨结合的多孔结构，较低的弹性模量的结构，又具有优异的刚度以满足种植体承载的要求，并改善种植体与骨组织接触位置的力学环境，提高种植牙的远期成功率。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何能够在保证种植体抗压强度的条件下，在种植体中加入多孔结构，以降低其结构刚度；改善种植体与骨组织接触位置的应力环境，促进骨结合；增强多孔结构的抗压强度，防止其植入后失效。
为实现上述目的，本发明提供了一种高强度低刚度多孔钛种植体，包括螺纹部分、多孔结构部分和支撑结构部分。所述多孔钛种植体的上下两段为螺纹部分，中段和尖端嵌有多孔结构，中段多孔结构中嵌有支撑结构部分连接上下两段螺纹部分。所述多孔钛种植体的上下两段螺纹部分保证了种植体在植入初期能稳定的嵌入固定在牙槽骨中。所述多孔结构部分降低了种植体的结构刚度，改善了种植体与骨组织接触的应力环境，为骨组织生长渗透提供了空间，引导骨长入，促进骨整合。嵌入多孔结构中的力学支撑结构部分提升了多孔结构部分的抗压强度。
进一步地，所述多孔钛种植体为纯钛或钛合金材料。
进一步地，所述多孔结构可为类似金刚石晶体结构的小梁结构，可为蜂窝结构、立方体结构等规则均匀的孔隙结构，也可以为梯度渐变孔隙结构，或不规则孔隙结构。
进一步地，所述多孔结构的孔隙之间完全相互连通，孔径尺寸为0.2-0.8mm，孔隙率为60-90％。
进一步地，所述中段多孔结构2位于所述多孔钛种植体与牙槽骨接触部位，所述中段多孔结构2的高度H为4-7m，直径尺寸与螺纹部分1的直径D相同的多孔圆柱。所述中段多孔结构为骨组织的生长渗透提供足够的空间，促进骨整合，同时降低种植体的结构刚度。
进一步地，位于所述多孔钛种植体的尖端多孔结构的高度h为2-3mm，直径d2为0.8-2.5mm，与所述多孔钛种植体衔接部位的倒角r2为0.2-1mm，r3为1-2mm。所述多孔钛种植体的尖端至所述中段多孔结构2的距离H1为3-7mm。所述尖端多孔结构5的作用主要是为了避免种植体尖端部位的应力集中现象，改善种植体与骨接触部位的应力环境，使骨组织能更好的长入，促进骨整合。
进一步地，嵌入在所述中段多孔结构2的所述支撑结构3是位于中心位置的单一实心结构，所述单一实心结构的截面的形状可为圆形、正方形、矩形或其他不规则形状的结构，所述截面直径d1为0.8-3mm。所述支撑结构或者是多个均匀分散分布的实心结构，所述多个均匀分散分布的实心结构的截面尺寸相等，所述多个均匀分散分布的实心结构的截面尺寸的总和等于所述单一实心结构的截面尺寸。所述支撑结构可提升多孔结构抗压强度，避免牙种植体在承受咬合力作用时在多孔结构部位出现断裂等机械失效的情况。同时，通过调节支撑结构的截面尺寸，可以调节种植体的结构刚度，得到与人体皮质骨和松质骨弹性模量之间的低刚度力学性能，避免应力屏蔽效应，有利于骨整合。
优选的，所述支撑结构的所述截面直径d1为0.8-3mm的圆柱体，结构简单，抗压强度强，大大提升了多孔结构的抗压强度。
本发明相对现有的牙科植入物，具有足够的抗压强度、抗冲击性能，具有可控的与人体骨骼相近的弹性模量，在种植体与骨组织接触处具有更好的应力环境，同时具有能促进骨整合的多孔结构，能提高种植牙的成功率。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明一种优选实施方式的多孔钛种植体的剖面结构示意图；
图2为本发明一种优选实施方式的多孔结构放大200倍的扫描电镜图；
图3为本发明一种优选实施方式的多孔钛种植体示意图和半剖图；
图4为本发明一种优选实施方式的多孔钛种植体示意图和截面图；
图5为本发明一种优选实施方式的多孔钛种植体示意图和支撑结构示意图；
图6为本发明一种优选实施方式的支撑结构的几种替代结构的三维模型。
其中，1，4-螺纹部分，2-中段多孔结构，3-支撑结构，5-尖端多孔结构；图1、3、4和5中所示网格部分表示的是多孔结构部分。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明提供的一种高强度低刚度多孔钛种植体进行进一步的详细说明。
多孔钛种植体的材料为Ti-6Al-4V，通过激光选择性熔融技术3D打印得到。钛基体为一颗直径4.5mm，高12.5mm的螺钉，螺纹部分经过修正，中段多孔结构2为高4mm，直径等于螺纹部分1的直径的多孔圆柱体，尖端多孔结构5的直径为1.5mm，深度为3mm。多孔结构部分的孔径均为500μm。支撑结构部分是直径为2mm实心圆柱。经过测量，多孔钛种植体的结构刚度约为26GPa，抗压强度约为715MPa。
若种植体为纯钛实心结构，材料为Ti-6Al-4V，通过激光选择性熔融技术3D打印得到，其外形轮廓参数与本发明提供的多孔钛种植体中的参数完全一致。经过测量，纯钛实心种植体的弹性模量约为110GPa，抗压强度约为850MPa。
若整个种植体为多孔结构构成，材料为Ti-6Al-4V，通过激光选择性熔融技术3D打印得到，其外形轮廓参数与本发明提供的多孔钛种植体中的参数完全一致。经过测量，完全多孔钛种植体的弹性模量约为2.9GPa，抗压强度约为60MPa。
通过上述对比可看出，相对于纯钛实心种植体，本发明提供的高强度低刚度的多孔钛种植体具有接近人骨的结构刚度，能有效降低应力屏蔽效应，促进骨组织生长。相对于完全多孔钛种植体，本发明提供的高强度低刚度的多孔钛种植体不仅具有接近实心纯钛的抗压强度，还能满足种植体的承压条件。同时也克服了纯钛和完全多孔的两种种植体的力学性能上的缺点，有利于提高牙种植体植入的成功率。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高强度低刚度多孔钛种植体，其特征在于，所述多孔钛种植体包括螺纹部分、多孔结构部分和支撑结构部分，所述多孔钛种植体的上下两段为螺纹部分，中段和尖端嵌有多孔结构，中段多孔结构中嵌有支撑结构连接上下两段螺纹部分。
2.如权利要求1所述的高强度低刚度多孔钛种植体，其特征在于，所述多孔钛种植体为纯钛或钛合金材料。
3.如权利要求1所述的高强度低刚度多孔钛种植体，其特征在于，所述多孔结构可为类似金刚石晶体结构的小梁结构，可为蜂窝结构、立方体结构等规则均匀的孔隙结构，也可以为梯度渐变孔隙结构，或不规则孔隙结构。
4.如权利要求3所述的高强度低刚度多孔钛种植体，其特征在于，所述多孔结构的孔隙之间完全相互连通，孔径尺寸为0.2-0.8mm，孔隙率为60-90％。
5.如权利要求1所述的高强度低刚度多孔钛种植体，其特征在于，所述中段多孔结构位于所述多孔钛种植体与牙槽骨接触部位，所述中段多孔结构是高度H为4-7m，直径尺寸与螺纹部分的直径D相同的多孔圆柱。
6.如权利要求1所述的高强度低刚度多孔钛种植体，其特征在于，位于所述多孔钛种植体的尖端多孔结构的高度h为2-3mm，直径d2为0.8-2.5mm，与所述多孔钛种植体衔接部位的倒角r2为0.2-1mm，r3为1-2mm。
7.如权利要求1所述的高强度低刚度多孔钛种植体，其特征在于，所述多孔钛种植体的尖端至所述中段多孔结构的距离H1为3-7mm。
8.如权利要求1所述的高强度低刚度多孔钛种植体，其特征在于，嵌入在所述中段多孔结构中的所述支撑结构是位于中心位置的单一实心结构，所述单一实心结构的截面形状可为圆形、正方形、矩形或其他不规则形状的结构，所述截面直径d1为0.8-3mm，所述支撑结构或者是由多个均匀分散分布的实心结构构成，所述多个均匀分散分布的实心结构截面尺寸相等，所述多个均匀分散分布的实心结构的截面尺寸的总和等于所述单一实心结构的截面尺寸。
9.如权利要求8所述的高强度低刚度多孔钛种植体，其特征在于，所述支撑结构的所述截面直径d1为0.8-3mm的圆柱体。
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