CN107411855A - 寰枢椎椎间关节融合器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种寰枢椎椎间关节融合器，包括融合器主体和多孔结构，所述融合器主体包括前壁、后壁、左侧壁、右侧壁、与寰椎关节接触的上表面以及与枢椎关节接触的下表面，所述融合器主体上设有贯通所述上表面和所述下表面的植骨孔，所述融合器主体的内部形成有主体内腔，所述主体内腔内部分地或全部地填充所述多孔结构。本发明植入方便、多孔融合、固定牢靠、支撑稳定，能够为寰枢椎椎间关节提供更有力的机械支持、重建关节生物力学稳定性，有效恢复与维持寰枢椎椎间高度，促使患者尽早开始颈椎功能锻炼；本发明还能够显著提高椎间关节融合率，为患者神经功能远期恢复提供持久力学支持，尤其是对于陈旧性寰枢椎脱位患者更为有效。
Description
技术领域
本发明涉及颈椎外科手术医疗技术领域，特别是涉及一种寰枢椎椎间关节融合器。
背景技术
寰枢椎关节脱位是上颈椎最为常见的损伤，先天性畸形、创伤、风湿性关节炎、结核及肿瘤等多种原因都能引发寰枢关节脱位，导致寰枢关节不稳，造成高位脊髓受压而危及生命。后路寰枢椎关节融合术作为治疗寰枢椎脱位的有效外科手段已经逐步为脊柱外科医师所接受，经典的关节融合术需要使用骨性植入物来促进关节融合，骨性植入物主要来源于自体髂骨、异体移植骨等方式，存在骨量来源有限、容易造成患者二次损伤等问题，限制了骨性移植物的大量采用。为此，目前专门设计的寰枢椎椎间融合器已经应用到寰枢椎融合手术中，其与寰枢椎螺钉技术相结合，能够即刻恢复寰枢关节高度、确保关节稳定。同时从长期效果来看，其能够促进椎间关节融合、有效维持颈椎生理前凸。椎间融合器在植入关节间隙后，通常有数月时间、直到发生骨性融合后，期间必然承受非常高的负荷，因而其必须具备优秀的硬度和机械强度，以长期维持椎间隙高度和骨融合所需稳定的力学环境。
中国专利文献CN201108492Y公开了一种寰枢椎椎间关节融合器，该融合器为扁平空心融合器，具有锥形前端和长方形尾端，在框架构成的镂空结构中植入骨块，以促进寰枢椎关节融合。但其整体成长方体，与上下关节面接触面积较小，虽然有利于融合，但增加了融合器陷入关节面以及融合器沉降的风险。
中国专利文献CN204600803U公开了一种寰枢椎融合的寰枢椎侧块关节融合器，该融合器为一种钽金属扁平融合器，为扁椭圆形设计，未设置任何凸起或防滑措施，导致其与寰枢关节面固定不牢靠，在外力干扰下容易导致融合器在关节间隙内滑动，导致融合失败。
中国专利文献CN203089337U公开了一种寰枢椎侧块关节微型内固定融合装置，包括植入寰枢椎侧块关节间隙的融合器和将所述融合器固定的微型钢板，先将融合器植入至寰枢椎侧块关节间隙后，再利用微型钢板从后端将寰枢椎侧块和融合器相互固定，该融合器本身体积较小，力学支持强度有限，容易导致关节面塌陷；同时，该系统内固定微型钢板的螺钉容易导致椎动脉损伤，整个系统操作过于繁琐。
发明内容
本发明的目的是至少解决上述缺陷与不足之一，该目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提供了一种寰枢椎椎间关节融合器，包括融合器主体和多孔结构，所述融合器主体包括前壁、后壁、左侧壁、右侧壁、与寰椎关节接触的上表面以及与枢椎关节接触的下表面，所述融合器主体上设有贯通所述上表面和所述下表面的植骨孔，所述融合器主体的内部形成有主体内腔，所述主体内腔内部分地或全部地填充所述多孔结构。
进一步地，所述上表面为整体外凸的弧形曲面，所述上表面的左右边缘处均设有倒齿。
进一步地，所述下表面设有齿突。
进一步地，所述左侧壁和所述右侧壁平行设置，所述左侧壁与所述下表面呈75°或105°夹角。
进一步地，所述后壁设有与植入标记杆匹配的螺纹孔道，所述螺纹孔道与所述植骨孔连通。
进一步地，所述后壁上设有加强筋。
进一步地，所述前壁整体上呈弧形，并且，所述左侧壁、所述右侧壁与所述前壁、所述后壁的连接处均圆滑过渡。
进一步地，所述前壁和所述后壁之间的距离为9～10mm，所述左侧壁和所述右侧壁之间的距离为8～9mm,所述融合器主体的厚度为3～5mm。
进一步地，所述多孔结构采用3D打印一体成型，所述多孔结构呈三维立体网状结构且内部存在有多个孔隙。
进一步地，所述三维立体网状结构为多层钛合金网格，所述钛合金网格的孔隙相互贯通，所述孔隙的孔径为20～30μm。
本发明的优点如下：
(1)本发明采用仿生设计理念，将融合器的上下表面与寰枢椎关节的表面形状相匹配，符合人体寰椎椎关节面固有的生理曲度，能够与关节面良好匹配，从而获得更好的关节间隙支撑和稳定作用。
(2)本发明通过三维打印技术构建立体多孔结构，孔隙直径和孔隙率接近天然骨结构，能诱导植骨颗粒与上下椎体终板的骨组织交织生长、同时利于新生骨组织血管化，从而加速实现关节间隙骨性融合。
(3)本发明融合器主体由多孔钛合金材料制成，既具有优良的力学性能又获得与骨组织相匹配的弹性模量，在提供坚强支撑、有效恢复寰椎间隙高度的同时，又能够诱导骨髓基质干细胞迁徙、分化与增殖，促进血管化和骨组织再生，获得骨-内植物界面的牢固连接，实现椎间关节可靠骨性融合。
(4)本发明融合器的左右径和前后径均小于寰枢椎关节面的大小，因而能够通过牵拉保护C2神经根及静脉丛从寰枢椎关节囊的后方顺利植入关节间隙，在保证精确植入的前提下，保留了C2神经根完整性，对于患者神经功能的保护和术后恢复具有重要意义。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例提供的寰枢椎椎间关节融合器的立体结构示意图。
图2为本发明实施例提供的寰枢椎椎间关节融合器的俯视图。
图3为本发明实施例提供的寰枢椎椎间关节融合器的侧视图。
图4为本发明实施例提供的寰枢椎椎间关节融合器的多孔结构俯视图。
图5为本发明实施例提供的寰枢椎椎间关节融合器的多孔结构侧视图。
图中附图标记如下：
1-融合器主体 11-上表面
12-下表面 13-前壁
14-后壁 15-左侧壁
16-右侧壁 17-倒角部
2-多孔结构 3-植骨孔
4-倒齿 5-齿突
6-螺纹孔道 7-加强筋
21-多孔结构的上表面
22-钛合金网格
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
钛合金作为临床广泛应用的骨科内植物材料，具有良好的生物相容性、持久的耐腐蚀性和优秀的机械强度，同时多孔状钛合金可以通过改变其孔隙直径和孔隙率控制其力学强度和弹性模量，从而获得与骨组织相匹配的力学性能，并且其相互贯通的三维孔隙结构，有利于成骨细胞的迁徙和增殖，促进血管化和骨组织再生，实现椎间关节可靠的骨性融合。
三维打印技术采用离散-堆积概念制造产品，能够根据具体要求通过计算机辅助设计(CAD)建立三维模型，然后对其进行分层切片，把各层断面的轮廓作近似处理，随后利用三维打印机通过逐层打印方式，用以制造任意复杂形状的三维实体。应用3D打印技术制造具有仿生立体结构的骨内植物，具有生产周期短、精确度高、可重复性强等优势，推动了骨科内植物及生物材料制造技术的发展。
针对这一现状，本发明基于仿生设计理念，提供了一种利用钛合金材料打印的寰枢椎椎间关节融合器。
图1至图3示出了根据本发明的实施方式提供的寰枢椎椎间关节融合器的结构示意图。如图1至图3所示，本融合器包括融合器主体1和多孔结构2，融合器主体1包括前壁13、后壁14、左侧壁15、右侧壁16、与寰椎关节接触的上表面(也称之为上贴骨面)11以及与枢椎关节接触的下表面(也称之为下贴骨面)12，融合器主体1上设有贯通所述上表面11和所述下表面12的植骨孔(也称之为贯通植骨大孔)3，融合器主体1的内部形成有主体内腔，所述主体内腔内部分地或全部地填充多孔结构2。
通过在融合器主体1的中央设置贯通的植骨孔3，能够有效植入自体骨或异体骨，诱导椎体之间的骨组织再生，从而促进关节间隙骨性融合。
本融合器为扁平的立方体形状，上表面11为整体外凸的弧形曲面，符合人体寰椎椎关节面固有生理曲度，能够与关节面良好吻合、更加服帖。上表面11 的左右边缘处均设有倒齿4，防止融合器退出关节面。下表面12设有齿突5，防止融合器左右滑动，保证融合器固定牢靠。
左侧壁15和右侧壁16平行设置，左侧壁15与下表面12呈75°或105°夹角，如图3所示，本实施例中，左侧壁15与下表面12的夹角α为105°，上表面11和下表面12大体平行，则左侧壁15与上表面11的夹角β为75°。在另一实施例中，左侧壁15与下表面12的夹角α为75°(图中未示出)。左侧壁15与下表面12的夹角设置为75°或105°两种不同角度，方便融合器植入左、右侧不同的椎间关节。
将融合器主体1的侧壁与上、下表面的夹角设置为75°或105°，则融合器植入寰枢椎椎间关节时融合器的侧壁保持纵向竖直方向与脊柱纵轴平行，此时融合器上、下表面与水平面(垂直于脊柱纵轴的平面)呈15°夹角，此夹角正好与寰枢椎椎间关节与水平面的夹角相吻合，因而能够更加适应关节面生理结构、与关节面更加匹配。
后壁14设有与植入标记杆匹配的螺纹孔道6，螺纹孔道6与植骨孔3连通，方便利用标记杆精确植入融合器。后壁14上设有加强筋7，例如，后壁14上靠近两端的位置处均设有加强筋7，这种加强筋既能加强此处的强度，又可以用于持取工具定位。
前壁13整体上呈弧形、例如圆弧形，这有利于融合器植入椎间隙。此外，左侧壁15、右侧壁16和前壁13、后壁14的连接处均为圆滑过渡，其例如具有多个倒角部17，这能够防止锐利边缘损伤神经。
融合器的前壁13和后壁14之间的距离(融合器左右径)为9～10mm，左侧壁15和右侧壁16之间的距离(融合器前后径)为8～9mm,小于寰枢椎关节面面积(约16×16mm)，能够在保留C2神经根完整的情况下从寰枢椎关节囊后方植入关节间隙，在尽量保证精确植入的前提下，其上、下表面与寰枢关节接触面更大、稳定性更好、力学支撑更强，能够避免关节面远期塌陷。此外，保留了 C2神经根的完整性对于患者神经功能的保护和术后恢复具有重要意义。
融合器主体1的厚度为3～5mm，与正常寰枢椎椎间关节间隙相适应，能够即刻恢复关节高度、接触脊髓及神经根压迫，为关节融合提供强有力的力学支撑。
具体实施中，融合器分为左、右不同的规格，分别植入患者左、右两侧的寰枢椎椎间关节，融合器的尺寸大小依据不同规格和具体实例来确定。
如图4和图5所示，多孔结构2呈三维立体网状结构，内部存在有许多个孔隙，该孔隙的尺寸为20～30μm，孔隙率为60％～80％。多孔结构2的孔隙结构可以任意设计、调整、优化，获得理想的孔隙结构特征，使其具备良好的机械强度以及与人体骨组织相匹配的弹性模量。多孔结构2根据患者寰枢椎的医学影像数据进行三维重构，形成解剖学形态，并设计成规则或不规则的几何形状。
多孔结构2采用3D打印一体成型，通过逐层打印方式设置3～5层(每层厚1mm)钛合金网格22，通过不同网格层数的堆积从而构建出具有三维立体结构、相互贯通的多孔钛合金孔隙。
多孔结构2部分或全部填充于融合器主体1的内腔中，从而与之共同形成寰枢椎椎间关节融合器。多孔结构2在上下方向上的露出外界的部分占融合器的上、下面的大部分，多孔结构2的上表面21为整体凸起的圆弧状，沿左右两侧逐渐趋平，能够与关节面良好吻合、更加服帖。
多孔结构2采用立体孔隙结构，孔隙直径和孔隙率接近天然骨结构，能够诱导植骨颗粒与上下椎体终板的骨组织交织生长、同时有利于新生骨组织血管化，从而加速实现关节间隙骨性融合。
上述利用3D打印技术制造钛合金多孔结构2的一般过程为：先通过计算机辅助设计(CAD)软件进行三维空间结构设计与优化，使其能够与人体寰枢椎椎间关节的解剖学外形相匹配，然后对所设计的CAD数据进行分层切片处理，并转换成3D打印设备默认的数据格式，最后由3D打印机按照处理好的数据，以钛合金粉末为原材料，进行一体化3D打印制作，在计算机控制下进行直接快速制造成型，形成多孔结构2。所述计算机辅助设计(CAD)软件例如为Pro/E、 Solidworks等。
优选实施中，植入本寰枢椎椎间关节融合器的手术过程如下：
针对寰枢关节脱位患者，手术中采用常规颈后正中切口，当寰枢椎显露完成后，分别植入寰枢椎螺钉，使用专门的后路寰枢椎复位器提拉寰椎复位后，用短棒临时固定寰枢椎螺钉；使用神经剥离子牵开左侧C2神经根和静脉丛，暴露切开左侧寰枢椎关节囊，使用专用的椎间关节撑开器撬拨开关节面，用细头高速磨钻处理上下关节面表面的软骨，并用小刮匙进入关节间隙进一步彻底刮除寰枢关节软骨终板；根据椎间隙高度和侧块关节面的面积选择相应规格的融合器，在融合器植骨孔3内填塞入自体髂骨松质骨粒并压实，将植入杆旋入融合器后方的螺纹孔道6固定，撑开关节面后将融合器打入椎间隙，在X线透视下随时调整融合器与寰枢椎椎间关节的相对位置、有效控制融合器横向位置与植入深度，位置满意后在融合器主体1周围关节间隙内植入自体髂骨颗粒状碎骨，通过人体正常愈合机制获得骨性融合，撤出植入杆。采用同样方法，选取适宜规格的右侧融合器植入右侧椎间关节，完成植骨后，加压锁紧两侧寰枢椎螺钉，确保融合器在关节间隙内固定牢靠。
本发明提供的一种寰枢椎椎间关节融合器具有设计仿生、植入方便、多孔融合、固定牢靠、支撑稳定等优势，能够即刻恢复与维持寰枢椎椎间高度，为寰枢椎关节提供更有力的机械支持、重建关节生物力学稳定性，促使患者尽早开始颈椎功能锻炼。同时能显著提高椎间关节融合率，为患者神经功能远期恢复提供持久力学支持，尤其是对于陈旧性寰枢椎脱位患者更为有效。
需要指出的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种寰枢椎椎间关节融合器，其特征在于，包括融合器主体和多孔结构，所述融合器主体包括前壁、后壁、左侧壁、右侧壁、与寰椎关节接触的上表面以及与枢椎关节接触的下表面，所述融合器主体上设有贯通所述上表面和所述下表面的植骨孔，所述融合器主体的内部形成有主体内腔，所述主体内腔内部分地或全部地填充所述多孔结构。
2.根据权利要求1所述的寰枢椎椎间关节融合器，其特征在于，所述上表面为整体外凸的弧形曲面，所述上表面的左右边缘处均设有倒齿。
3.根据权利要求1所述的寰枢椎椎间关节融合器，其特征在于，所述下表面设有齿突。
4.根据权利要求1所述的寰枢椎椎间关节融合器，其特征在于，所述左侧壁和所述右侧壁平行设置，所述左侧壁与所述下表面呈75°或105°夹角。
5.根据权利要求1所述的寰枢椎椎间关节融合器，其特征在于，所述后壁设有与植入标记杆匹配的螺纹孔道，所述螺纹孔道与所述植骨孔连通。
6.根据权利要求5所述的寰枢椎椎间关节融合器，其特征在于，所述后壁上设有加强筋。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的寰枢椎椎间关节融合器，其特征在于，所述前壁整体上呈弧形，并且，所述左侧壁、所述右侧壁与所述前壁、所述后壁的连接处均圆滑过渡。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的寰枢椎椎间关节融合器，其特征在于，所述前壁和所述后壁之间的距离为9～10mm，所述左侧壁和所述右侧壁之间的距离为8～9mm,所述融合器主体的厚度为3～5mm。
9.根据权利要求1至6中的任一项所述的寰枢椎椎间关节融合器，其特征在于，所述多孔结构采用3D打印一体成型，所述多孔结构呈三维立体网状结构且内部存在有多个孔隙。
10.根据权利要求9所述的寰枢椎椎间关节融合器，其特征在于，所述三维立体网状结构为多层钛合金网格，所述钛合金网格的孔隙相互贯通，所述孔隙的孔径为20～30μm。
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