CN107669373A - 一种基于纤维编织结构的人工半月板支架及其编织方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于纤维编织结构的人工半月板支架，是一种采用仿生理念，弥补传统人工半月板强度不够寿命短等缺陷的三维编织半月板支架，包括编织材料、编织结构、编织工艺方法。编织材料可选用胶原纤维、蚕丝纤维、聚碳酸酯聚氨纤维等生物材料。编织结构模仿生物半月板胶原纤维径向分布和环向分布，满足膝关节运动时半月板所承受的剪切力和环向力。编织的工艺方法采用传统的编织方法进行单层编织并浇注固形，然后进行层层的堆积串联。

Description

一种基于纤维编织结构的人工半月板支架及其编织方法
技术领域
本发明涉及一种新型基于纤维编织结构的半月板支架和编织工艺方法。
背景技术
半月板损伤是膝部最常见的损伤之一。半月板是人体最为复杂关节-膝关节的重要组成部分，位于股骨髁和胫骨平台之间，内外侧各一，均呈新月形。在人体运动过程中，半月板会随着胫骨一起活动，在膝关节伸屈过程中，由于半月板可以变形以适应膝关节的解剖形态，因此很好的保持了膝关节几何形态和运动的协调性，从而具有承担载荷、缓冲负荷、稳定关节和润滑关节等重要功能，同时也对关节软骨的保护，具有重要的生理作用。
半月板一旦损伤，很难自我修复，现有的治疗手段和修复材料十分有限。一般的治疗方法主要有缝合法、纤维蛋白胶、胶原植入、半月板置换等。目前对于严重损伤或已行半月板切除的患者较好的治疗方法是进行半月板移植，但同种异体半月板移植存在潜在的排斥反应、传播疾病等危险，更为重要的是受到供体来源缺乏的限制。因此，人工半月板假体的研究和制备是目前人们关注的热点之一
半月板的结构和组分较为复杂，仿生制备是一个难题。半月板主要成分是由72％体液(水)、21％胶原蛋白、4.76％的细胞包括蛋白多糖、2％DNA、小于1％粘附糖蛋白、小于1％弹性蛋白以及微量非胶原蛋白等构成。半月板为半月形的纤维软骨盘，切面呈三角形，外表覆以薄层纤维软骨，内部为混有大量弹性纤维的致密胶原纤维。半月板内侧边缘薄而密度高，耐磨耐冲击，是由纤维和透明软骨为主要成分构成的，表面光滑；半月板外侧边缘宽厚疏松有弹性，适宜血管长入，是由软骨和环状纤维构成，纤维较为粗壮，以利于半月板固定于关节囊。因此，半月板假体应当在材料和结构上模仿人体半月板才能适应膝关节复杂运动功能。
目前，临床应用的人工半月板假体绝大部分为均质半月板采用单一材料浇注制备方法，各向同性，而且缺乏个性化设计，也未达到人体半月板仿生结构，内部无纤维加强。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种仿生物半月板纤维分布，三维编织的人工半月板支架。
本发明基于纤维编织结构的人工半月板支架，由横向排列的径向纤维与纵向排列的环向纤维编织而成，并在径向纤维与环向纤维在交结处进行打结固定；且使径向纤维和环向纤维位于半月板内侧一段密集，位于半月板外侧一段疏松。具体方法为：
步骤1：根据所需要的半月板支架的尺寸和形状绘制出半月板支架的三维模型。
步骤2：根据半月板支架横向与纵向所需要的编制结构层数，及各层在横向及纵向的位置，对步骤1中的半月板支架进行横向和纵向分割，得到横向和纵向每层编织结构的尺寸数据。
步骤3：根据步骤2中得到的横向和纵向每层编织结构的尺寸数据，采用生物纤维材料，对各层编制结构进行编织。
步骤4：对步骤3中得到的各层编织结构上包裹生物材料。
步骤5：将横向与纵向各层编制结构采用编织的方法，在交结处进行打结固定，使各层编制结构间径向串联，完成所需的编织结构半月板支架。
本发明的优点在于：
1、本发明基于纤维编织结构的人工半月板支架，通过三维立体编织的方法，采用生物材料进行编织的半月板支架，作为增强基，能够高度仿生半月板胶原纤维径向和环向分布的结构，能够显著增强支架的生物机械性能，改善以往支架机械性能差、寿命短的问题。
2、本发明基于纤维编织结构的人工半月板支架的编织方法，采用的三维立体编织的方法，可以实现半月板支架的个性化设计，改变以往半月板结构单一的问题，满足不同个体的需求。
3、本发明基于纤维编织结构的人工半月板支架的编织方法，采用三维立体编织的方法，可以编织不同密度的半月板支架结构。
附图说明
图1为本发明基于纤维编织结构的人工半月板支架结构示意图；
图2为本发明基于纤维编织结构的人工半月板支架结构俯视图；
图3为本发明基于纤维编织结构的人工半月板支架结构俯视图。
图中：
1-径向纤维1 2-环向纤维2
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明基于纤维编织结构的人工半月板支架，由径向纤维1和环向纤维2组成。径向纤维1的作用是抗剪抗撕裂；环向纤维2的作用是抵抗承重时的环向应力，如图1、图2、图3所示。
所述径向纤维1与环向纤维2的排布模仿半月板内部胶原纤维束；其中，径向纤维1为沿半月板纵截面周向布置的纤维；且径向纤维1沿半月板的横向向多层排列布置。环向纤维2为沿半月板横截面周向布置的纤维；且环向纤维2沿半月板纵向多层排列布置。在径向纤维1与环向纤维2在交结处进行打结固定，使各层编制结构间径向串联，完成所需的编织结构半月板支架后形成半月板支架结构。
上述半月板支架结构中，还需使径向纤维1和环向纤维2位于半月板内侧一段密集，即相互间距较小；径向纤维1和环向纤维2位于半月板外侧一段疏松，即相互间距较大，满足生物体半月板内侧纤维密度高，耐磨耐冲击以及外侧边缘宽厚疏松有弹性，适宜血管长入的特点。
上述结构特点的人工半月板支架采用三维编织方法成形，具体如下：
步骤1：根据所需要的半月板支架的尺寸和形状绘制出半月板支架的三维模型。
步骤2：根据半月板支架横向与纵向所需要的编制结构层数，及各层在横向及纵向的位置，对步骤1中的半月板支架进行横向和纵向分割，得到横向和纵向每层编织结构的尺寸数据。
步骤3：根据步骤2中得到的横向和纵向每层编织结构的尺寸数据，采用生物纤维材料，并采用钩针编织、棒针编织等传统编织工艺，对各层编制结构进行编织。上述生物纤维材料可选用胶原纤维、蚕丝纤维、聚碳酸酯聚氨纤维等。
步骤4：由于多数编织纤维在编织后需要外力维持其现有形状，因此采用浇注的方法，对步骤3中得到的各层编织结构上包裹生物材料,如:胶原、聚乙烯醇水凝胶、聚氨酯并固化，达到固定织物形状的目的。
步骤5：将横向与纵向各层编制结构采用编织的方法，在交结处进行打结固定，使各层编制结构间径向串联，完成所需的编织结构半月板支架。

Claims (5)

1.一种基于纤维编织结构的人工半月板支架，其特征在于：由横向排列的径向纤维与纵向排列的环向纤维编织而成，且在径向纤维与环向纤维在交结处进行打结固定。
2.如权利要求1所述一种基于纤维编织结构的人工半月板支架，其特征在于：径向纤维和环向纤维位于半月板内侧一段密集，位于半月板外侧一段疏松。
3.针对权利要求1所述一种基于纤维编织结构的人工半月板支架的编制方法，其特征在于：
步骤1：根据所需要的半月板支架的尺寸和形状绘制出半月板支架的三维模型；
步骤2：根据半月板支架横向与纵向所需要的编制结构层数，及各层在横向及纵向的位置，对步骤1中的半月板支架进行横向和纵向分割，得到横向和纵向每层编织结构的尺寸数据；
步骤3：根据步骤2中得到的横向和纵向每层编织结构的尺寸数据，采用生物纤维材料，对各层编制结构进行编织。
步骤4：对步骤3中得到的各层编织结构上包裹生物材料；
步骤5：将横向与纵向各层编制结构采用编织的方法，在交结处进行打结固定，使各层编制结构间径向串联，完成所需的编织结构半月板支架。
4.如权利要求3所述一种基于纤维编织结构的人工半月板支架的编制方法，其特征在于：步骤3中，生物纤维材料为胶原纤维、蚕丝纤维或聚碳酸酯聚氨纤维。
5.如权利要求3所述一种基于纤维编织结构的人工半月板支架的编制方法，其特征在于：步骤4中生物材料为胶原、聚乙烯醇水凝胶或聚氨酯。
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