CN107693172A - 一种3d打印个性化定制人工椎体及其制备方法 - Google Patents

一种3d打印个性化定制人工椎体及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107693172A
CN107693172A CN201710995804.3A CN201710995804A CN107693172A CN 107693172 A CN107693172 A CN 107693172A CN 201710995804 A CN201710995804 A CN 201710995804A CN 107693172 A CN107693172 A CN 107693172A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vertebral body
centrum
artificial
artificial vertebral
titanium alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710995804.3A
Other languages
English (en)
Inventor
郭征
石磊
栗向东
付军
李小康
裴延军
吴智钢
赵军刚
吴杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fourth Military Medical University FMMU
Original Assignee
Fourth Military Medical University FMMU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fourth Military Medical University FMMU filed Critical Fourth Military Medical University FMMU
Priority to CN201710995804.3A priority Critical patent/CN107693172A/zh
Publication of CN107693172A publication Critical patent/CN107693172A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/44—Joints for the spine, e.g. vertebrae, spinal discs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/362—Process control of energy beam parameters for preheating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/38—Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/62—Treatment of workpieces or articles after build-up by chemical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/026—Anodisation with spark discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/26—Anodisation of refractory metals or alloys based thereon
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2002/30001—Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
    • A61F2002/30003—Material related properties of the prosthesis or of a coating on the prosthesis
    • A61F2002/3006—Properties of materials and coating materials
    • A61F2002/30092—Properties of materials and coating materials using shape memory or superelastic materials, e.g. nitinol
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2002/30001—Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
    • A61F2002/30108—Shapes
    • A61F2002/30199—Three-dimensional shapes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2002/30001—Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
    • A61F2002/30316—The prosthesis having different structural features at different locations within the same prosthesis; Connections between prosthetic parts; Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for
    • A61F2002/30317—The prosthesis having different structural features at different locations within the same prosthesis
    • A61F2002/30327—The prosthesis having different structural features at different locations within the same prosthesis differing in diameter
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2002/30001—Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
    • A61F2002/30316—The prosthesis having different structural features at different locations within the same prosthesis; Connections between prosthetic parts; Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for
    • A61F2002/30535—Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for
    • A61F2002/30593—Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for hollow
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/3094—Designing or manufacturing processes
    • A61F2002/30985—Designing or manufacturing processes using three dimensional printing [3DP]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

一种3D打印个性化定制人工椎体及其制备方法。本发明对缺损椎体行术前CT扫描建立三维模型，通过优化设计，打印出3D多孔仿生个体化脊柱椎体，并通过生物活性处理提高其生物相容性。本发明与现技术相比，个性化椎体精准替代缺损，提高了人工椎体即时稳定性，活性处理改善椎体生物相容性，提高椎体与周围骨结合能力，有利于人工椎体在体内的长期稳定。

Description

一种3D打印个性化定制人工椎体及其制备方法
技术领域
本发明设计了一种全脊柱椎体切除术后，脊柱椎体重建领域，具体涉及一种3D打印个性化定制人工椎体及其制备方法。
背景技术
椎体肿瘤、结核、骨折等多种因素常常可导致椎体严重的破坏，造成脊柱骨折，失稳，出现神经、脊髓损害症状，甚至出现截瘫。这类患者往往需要手术将病椎切除，使得脊髓充分减压，从而缓解疼痛，改善神经激素功能。但是手术会造成局部骨质缺损，脊柱连续性破坏，严重影响脊柱支撑功能以及稳定性。因而恢复脊柱的连续性，重建脊柱的稳定性就显得至关重要。目前脊柱肿瘤的发病率逐年提高，脊柱结核和脊柱骨折导致的椎体破坏也呈上升趋势，每年都有大量的患者需要进行全椎体的置换，对整个社会都是沉重的医疗负担。目前对于椎体重建采用的方法主要有：①植骨重建，包括自体骨块与异体骨块移植；②假体重建，包括钛网和人工椎体。
目前自体髂骨移植，存在骨量不足、供骨区并发症及不能提供即刻稳定等缺点，异体骨移植但存在免疫排斥反应、感染病毒、异体骨被取代慢，临床应用受到限制。而对于传统钛网和钛合金人工椎体，其强度大，但弹性模量(110GPa)远远高于天然骨(皮质骨约3-12GPa)，存在金属－骨的界面问题，会产生应力屏蔽，导致骨吸收而发生植入体松动，塌陷，移位等并发症。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过3D打印实现个体化定制假体，使其更好的与上下椎体匹配。同时通过生物活性处理提高人工椎体的生物相容性，诱导新骨生长，从而达到良好的骨整合，促进人工椎体的骨性融合的3D打印个性化定制人工椎体及其制备方法。
为达到上述目的，本发明3D打印个性化定制人工椎体包括中空、两端通透的高度与缺损椎体相邻的正常椎体终板之间距离相等的多孔纺锤型人工椎体，椎体两端直径小于病椎相邻的正常椎体终板外径2mm-4mm；椎体中段直径为两端终板等比缩小25％-35％并与两端连接形成流线体，多孔纺锤型人工椎体的孔径0.4mm-0.6mm，丝径0.25mm-0.4mm，孔隙率55％-75％；椎体上、下两端有向内平行延伸1mm-3mm，厚度为2mm的上、下端屋檐多孔结构，沿上、下端屋檐多孔结构向内平行延伸有厚1mm-1.5mm，宽2mm的上、下端环形实体梁，椎体中部设置有中间环形实体梁，椎体中轴线的矢状位和冠状位各设置一组高度与椎体一致厚1.5mm-2.5mm，宽3mm的前后、左右实体梁。
所述的多孔结构8采用正十二面体结构或者骨小梁结构。
本发明3D打印个性化定制人工椎体的制备方法包括以下步骤：
1)多孔钛合金个性化人工椎体制备
将待打印的个性化定制人工椎体模型数据输入EBM设备，并在EBM设备中加入钛合金粉末，首先在650℃以30mA的电子束流，以15000mm/s的扫描速度预热粉末，然后以6mA的电子束流，400mm/s的扫描速度逐层熔化钛合金粉末，最后制备成与预期形状一致的多孔钛合金个性化人工椎体；
2)人工椎体活性处理
2-1)构建微米级氧化钛活性表面涂层
将制备的多孔钛合金个性化人工椎体作为工作电极，采用恒电压模式制备涂层：将制备的多孔钛合金个性化人工椎体置于醋酸钙浓度为0.2mol/L，β甘油磷酸钠浓度为0.04mol/L的电解液，在频率为200Hz，占空比为15％，以恒定350V电压下脉冲-直流电源对试件进行微弧氧化处理后在恒温水浴下再处理5min，得到表面具有氧化钛的多孔钛合金个性化人工椎体；
2.2构建纳米级钛酸钡压电活性表面涂层
以表面具有氧化钛的多孔钛合金个性化人工椎体作为钛源，原位自转化合成钛酸钡压电陶瓷涂层：在100-120℃下不锈钢高压反应釜中，将表面具有氧化钛的多孔钛合金个性化人工椎体置于Ba2+浓度为0.25mol/L的Ba(OH)2溶液中，采用NaOH调节PH值至13，反应压力控制在0.7-1.1MPa，反应时间1-3小时，氧化钛溶解与溶液中的钡离子原位反应在氧化钛的多孔钛合金个性化人工椎体表面生成钛酸钡。
本发明通过3D打印技术，对需要修复的缺损椎体行个体化设计重建，使人工椎体与邻近阶段精确匹配。在保证足够机械强度的前提下，通过控制孔隙率、孔径大小、孔的形状及分布等多种参数，有效降低人工椎体的弹性模量，实现与自然骨的弹性模量相匹配。同时通过多多孔钛合金人工椎体得活化处理，促进骨组织长入，增强人工椎体的机械锁固，从而获得更好的长期固定效果。
由于反应不外加钛源，钛合金或氧化钛溶解与钛酸钡形成同步发生，钛酸钡晶体在钛合金表面优先形核，钛合金或氧化钛不断溶解供给钛酸钡晶体长大。从而获得结合牢固、负载均匀压电陶瓷涂层。
附图说明
图1为本发明制备的个性化定制人工椎体的整体结构示意图；
图2为本发明制备的个性化定制人工椎体的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，2，本发明包括中空、两端通透的高度与缺损椎体相邻的正常椎体终板之间距离相等的多孔纺锤型人工椎体，多孔结构8采用正十二面体结构或者骨小梁结构，椎体两端直径小于病椎相邻的正常椎体终板外径2mm-4mm；椎体中段直径为两端终板等比缩小25％-35％并与两端连接形成流线体，多孔纺锤型人工椎体的孔径0.4mm-0.6mm，丝径0.25mm-0.4mm，孔隙率55％-75％；椎体上、下两端有向内平行延伸1mm-3mm，厚度为2mm的上、下端屋檐多孔结构4、5，沿上、下端屋檐多孔结构4、5向内平行延伸有厚1mm-1.5mm，宽2mm的上、下端环形实体梁1、3，椎体中部设置有中间环形实体梁2，椎体中轴线的矢状位和冠状位各设置一组高度与椎体一致厚1.5mm-2.5mm，宽3mm的前后、左右实体梁6、7。
本发明的制备方法如下：
1)多孔钛合金个性化人工椎体制备
将待打印的个性化定制人工椎体模型数据输入EBM设备，并在EBM设备中加入钛合金(Ti6Al4V)粉末，首先在650℃以30mA的电子束流，以15000mm/s的扫描速度预热粉末，然后以6mA的电子束流，400mm/s的扫描速度逐层熔化钛合金粉末，最后制备成与预期形状一致的多孔钛合金个性化人工椎体；
2)人工椎体活性处理
2-1)构建微米级氧化钛活性表面涂层
将制备的多孔钛合金个性化人工椎体作为工作电极，采用恒电压模式制备涂层：将制备的多孔钛合金个性化人工椎体置于醋酸钙浓度为0.2mol/L，β甘油磷酸钠浓度为0.04mol/L的电解液，在频率为200Hz，占空比为15％，以恒定350V电压下脉冲-直流电源对试件进行微弧氧化处理后在恒温水浴下再处理5min，得到表面具有氧化钛的多孔钛合金个性化人工椎体；
2.2构建纳米级钛酸钡压电活性表面涂层
以表面具有氧化钛的多孔钛合金个性化人工椎体作为钛源，原位自转化合成钛酸钡压电陶瓷涂层：在100-120℃下不锈钢高压反应釜中，将表面具有氧化钛的多孔钛合金个性化人工椎体置于Ba2+浓度为0.25mol/L的Ba(OH)2溶液中，采用NaOH调节PH值至13，反应压力控制在0.7-1.1MPa，反应时间1-3小时，氧化钛溶解与溶液中的钡离子原位反应在氧化钛的多孔钛合金个性化人工椎体表面生成钛酸钡。
本发明采用多孔钛合金融合器由电子束熔融技术(Electron Beam Melting)制备，其外部形态为仿生的纺锤形椎体结构，采用规则骨小梁结构，弹性模量等力学性能类似于椎体骨皮质。外周于椎体中轴线的矢状位和冠状位各一组承重梁，高度与椎体一致。
椎体表面活性处理，采用氧化钛活性涂层和纳米级的钛酸钡压电活性表面涂层复合处理。用微弧氧化方法在材料表面产生火花放电斑点，在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下生成氧化钛活性涂层，经过处理的内植物表现出优良的生物学特性。再此基础上采用原位生长的技术制备BaTiO3纳米压电陶瓷涂层，压电陶瓷是一种可以在力学刺激下产生电流，具有压电效应的新型材料，通过力电效应刺激可以有效提高骨长入能力。本方法在保留压电陶瓷压电特性的前提下，大大提高了其与基底材料的结合强度，解决了压电陶瓷涂层与基底材料结合能力较差的问题，使得力学-电学效应在促进骨长入中所发挥效能。从而赋予人工椎体一定的压电性能，提高其骨诱导长入能力，使其早期形成骨整合。
本发明所提供的人工椎体具有与自然骨组织相近的弹性模量，多孔结构允许体液的传输及新生骨组织长入，解决了骨-材料界面结合问题，具有比致密材料更好的力学相容性与骨整合能力。其外周的椎体梁结构，使其具有更高的强度，个体化的纺锤体设计，使其在手术中更容易被安放。中空的设计为植骨预留了空间，使得骨整合更加容易。微米级氧化钛活性涂层和纳米级的钛酸钡压电活性表面涂层复合处理，通过压电效应能发挥持续的骨诱导作用，促进早期骨整合及椎体间骨性融合，达到椎体间的长期稳定。

Claims (3)

1.一种3D打印个性化定制人工椎体，其特征在于，包括中空、两端通透的高度与缺损椎体相邻的正常椎体终板之间距离相等的多孔纺锤型人工椎体，椎体两端直径小于病椎相邻的正常椎体终板外径2mm-4mm；椎体中段直径为两端终板等比缩小25％-35％并与两端连接形成流线体，多孔纺锤型人工椎体的孔径0.4mm-0.6mm，丝径0.25mm-0.4mm，孔隙率55％-75％；椎体上、下两端有向内平行延伸1mm-3mm，厚度为2mm的上、下端屋檐多孔结构(4、5)，沿上、下端屋檐多孔结构(4、5)向内平行延伸有厚1mm-1.5mm，宽2mm的上、下端环形实体梁(1、3)，椎体中部设置有中间环形实体梁(2)，椎体中轴线的矢状位和冠状位各设置一组高度与椎体一致厚1.5mm-2.5mm，宽3mm的前后、左右实体梁(6、7)。
2.根据权利要求1所述的3D打印个性化定制人工椎体，其特征在于，所述的多孔纺锤型人工椎体的多孔结构(8)采用正十二面体结构或者骨小梁结构。
3.一种3D打印个性化定制人工椎体的制备方法，其特征在于：
1)多孔钛合金个性化人工椎体制备
将待打印的个性化定制人工椎体模型数据输入EBM设备，并在EBM设备中加入钛合金粉末，首先在650℃以30mA的电子束流，以15000mm/s的扫描速度预热粉末，然后以6mA的电子束流，400mm/s的扫描速度逐层熔化钛合金粉末，最后制备成与预期形状一致的多孔钛合金个性化人工椎体；
2)人工椎体活性处理
2-1)构建微米级氧化钛活性表面涂层
将制备的多孔钛合金个性化人工椎体作为工作电极，采用恒电压模式制备涂层：将制备的多孔钛合金个性化人工椎体置于醋酸钙浓度为0.2mol/L，β甘油磷酸钠浓度为0.04mol/L的电解液，在频率为200Hz，占空比为15％，以恒定350V电压下脉冲-直流电源对试件进行微弧氧化处理后在恒温水浴下再处理5min，得到表面具有氧化钛的多孔钛合金个性化人工椎体；
2.2构建纳米级钛酸钡压电活性表面涂层
以表面具有氧化钛的多孔钛合金个性化人工椎体作为钛源，原位自转化合成钛酸钡压电陶瓷涂层：在100-120℃下不锈钢高压反应釜中，将表面具有氧化钛的多孔钛合金个性化人工椎体置于Ba2+浓度为0.25mol/L的Ba(OH)2溶液中，采用NaOH调节PH值至13，反应压力控制在0.7-1.1MPa，反应时间1-3小时，氧化钛溶解与溶液中的钡离子原位反应在氧化钛的多孔钛合金个性化人工椎体表面生成钛酸钡。
CN201710995804.3A 2017-10-23 2017-10-23 一种3d打印个性化定制人工椎体及其制备方法 Pending CN107693172A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710995804.3A CN107693172A (zh) 2017-10-23 2017-10-23 一种3d打印个性化定制人工椎体及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710995804.3A CN107693172A (zh) 2017-10-23 2017-10-23 一种3d打印个性化定制人工椎体及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107693172A true CN107693172A (zh) 2018-02-16

Family

ID=61182966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710995804.3A Pending CN107693172A (zh) 2017-10-23 2017-10-23 一种3d打印个性化定制人工椎体及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107693172A (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110200727A (zh) * 2019-07-01 2019-09-06 中国人民解放军第四军医大学 一种用于四肢大段骨缺损的3d打印管状多孔钛合金假体及其制备方法
CN110542364A (zh) * 2018-12-15 2019-12-06 嘉思特华剑医疗器材(天津)有限公司 3d钛合金骨小梁试件丝径和孔径的测量方法
CN110811937A (zh) * 2019-11-28 2020-02-21 中国人民解放军第四军医大学 一种个体化3d打印钛合金骶骨假体
CN111227994A (zh) * 2018-11-28 2020-06-05 财团法人金属工业研究发展中心 多孔质生医植入物及其制造方法
CN111603280A (zh) * 2020-05-28 2020-09-01 北京市春立正达医疗器械股份有限公司 椎体假体
CN112155794A (zh) * 2020-10-15 2021-01-01 杭州电子科技大学 一种采用3d打印技术制备人体颈椎间盘的方法
WO2021027281A1 (zh) * 2019-08-10 2021-02-18 山东百多安医疗器械股份有限公司 一种多孔仿生颈椎椎间融合器及其制备方法
WO2021097438A1 (en) 2019-11-15 2021-05-20 4Web, Inc. Piezoelectric coated implants and methods of using piezoelectric coated implants to repair bone structures
CN113319291A (zh) * 2021-04-21 2021-08-31 中国科学院金属研究所 一种基于4d打印形状可恢复个性化定制股骨柄的制备方法
CN114129308A (zh) * 2021-11-15 2022-03-04 中国人民解放军空军军医大学 一种3d打印固定融合一体化后路颈枕融合假体
CN115192271A (zh) * 2022-07-12 2022-10-18 郝定均 双节段仿生颈椎间盘与椎体连接系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1323759A (zh) * 2001-07-06 2001-11-28 中国科学院上海硅酸盐研究所 纳米级四方相钛酸钡粉末及制备方法
CN1433967A (zh) * 2002-01-21 2003-08-06 北京化工大学 制备钛酸钡粉体的方法
CN1472141A (zh) * 2003-06-30 2004-02-04 山东省国腾功能陶瓷材料有限公司 制备纳米级高纯钛酸钡粉体的工艺
CN1785439A (zh) * 2005-10-14 2006-06-14 哈尔滨工程大学 活性生物压电陶瓷涂层及在钛基体表面制备该涂层的方法
CN102293693A (zh) * 2011-06-01 2011-12-28 中国人民解放军第四军医大学 一种具有生物活性多孔钛合金人颈椎间融合器及其制备方法
CN202554168U (zh) * 2012-02-10 2012-11-28 北京爱康宜诚医疗器材股份有限公司 自稳定人工椎体

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1323759A (zh) * 2001-07-06 2001-11-28 中国科学院上海硅酸盐研究所 纳米级四方相钛酸钡粉末及制备方法
CN1433967A (zh) * 2002-01-21 2003-08-06 北京化工大学 制备钛酸钡粉体的方法
CN1472141A (zh) * 2003-06-30 2004-02-04 山东省国腾功能陶瓷材料有限公司 制备纳米级高纯钛酸钡粉体的工艺
CN1785439A (zh) * 2005-10-14 2006-06-14 哈尔滨工程大学 活性生物压电陶瓷涂层及在钛基体表面制备该涂层的方法
CN102293693A (zh) * 2011-06-01 2011-12-28 中国人民解放军第四军医大学 一种具有生物活性多孔钛合金人颈椎间融合器及其制备方法
CN202554168U (zh) * 2012-02-10 2012-11-28 北京爱康宜诚医疗器材股份有限公司 自稳定人工椎体

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111227994A (zh) * 2018-11-28 2020-06-05 财团法人金属工业研究发展中心 多孔质生医植入物及其制造方法
CN110542364A (zh) * 2018-12-15 2019-12-06 嘉思特华剑医疗器材(天津)有限公司 3d钛合金骨小梁试件丝径和孔径的测量方法
CN110542364B (zh) * 2018-12-15 2021-07-27 嘉思特华剑医疗器材(天津)有限公司 3d打印钛合金骨小梁试件丝径和孔径的测量方法
CN110200727A (zh) * 2019-07-01 2019-09-06 中国人民解放军第四军医大学 一种用于四肢大段骨缺损的3d打印管状多孔钛合金假体及其制备方法
WO2021027281A1 (zh) * 2019-08-10 2021-02-18 山东百多安医疗器械股份有限公司 一种多孔仿生颈椎椎间融合器及其制备方法
WO2021097438A1 (en) 2019-11-15 2021-05-20 4Web, Inc. Piezoelectric coated implants and methods of using piezoelectric coated implants to repair bone structures
EP4057943A4 (en) * 2019-11-15 2023-12-13 4-web, Inc. PIEZOELECTRIC COATED IMPLANTS AND METHODS OF USING PIEZOELECTRIC COATED IMPLANTS TO REPAIR BONE STRUCTURES
US12102535B2 (en) 2019-11-15 2024-10-01 4Web, Llc Piezoelectric coated implants and methods of using piezoelectric coated implants to repair bone structures
CN110811937A (zh) * 2019-11-28 2020-02-21 中国人民解放军第四军医大学 一种个体化3d打印钛合金骶骨假体
CN111603280A (zh) * 2020-05-28 2020-09-01 北京市春立正达医疗器械股份有限公司 椎体假体
CN111603280B (zh) * 2020-05-28 2022-10-14 北京市春立正达医疗器械股份有限公司 椎体假体
CN112155794A (zh) * 2020-10-15 2021-01-01 杭州电子科技大学 一种采用3d打印技术制备人体颈椎间盘的方法
CN113319291A (zh) * 2021-04-21 2021-08-31 中国科学院金属研究所 一种基于4d打印形状可恢复个性化定制股骨柄的制备方法
CN114129308A (zh) * 2021-11-15 2022-03-04 中国人民解放军空军军医大学 一种3d打印固定融合一体化后路颈枕融合假体
CN115192271A (zh) * 2022-07-12 2022-10-18 郝定均 双节段仿生颈椎间盘与椎体连接系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107693172A (zh) 一种3d打印个性化定制人工椎体及其制备方法
ES2431672T3 (es) Andamiajes de óxido metálico
CN201529176U (zh) 一种用于椎体融合时植入的骨小梁椎间融合器
CN204839838U (zh) 人工颈椎间盘假体
CN202554168U (zh) 自稳定人工椎体
US20120276501A1 (en) Disposable osteogenesis and osseointegration promotion and maintenance device for endosseous implants
CN111449808A (zh) 一种增材制造多孔钽金属髋臼外杯及其制备方法
CN102764888A (zh) 一种复合多孔β－TCP的钛合金人距骨支撑棒及其制备方法
CN204411030U (zh) 组配解剖型人工胫骨平台假体
CN107012492B (zh) 表面改性微孔金属植入物的制备方法
CN110200727A (zh) 一种用于四肢大段骨缺损的3d打印管状多孔钛合金假体及其制备方法
JP2015531270A (ja) 硬質スキャフォールド
CN113288522A (zh) 超声辅助定制3d打印医用多孔可再生骶骨假体的制备方法
CN210749668U (zh) 一种定制化多孔钽腓骨假体
CN203138656U (zh) 椎体联合内固定系统
CN210204993U (zh) 一种腰椎后路椎间融合器
CN107625563A (zh) 一种组配式人工椎体
CN201529174U (zh) 一种生物型组合股骨柄
CN204468346U (zh) 一种髋关节翻修股骨内壁衬环
CN106798600A (zh) 一种组合支架
CN206491904U (zh) 一种椎间融合器
CN113143550B (zh) 一种多层级仿生主动融合功能的融合器及其制备方法
CN210582758U (zh) 一种具有界面骨长入活性的3d打印椎间融合器
Beljavin et al. Application of Porous Products of Spherical Titanium Powders in Implant Surgery
CN219480480U (zh) 一种3d打印多孔钽颈椎椎间融合器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination