CN107981926A - 新型基于增材制造技术的抗拔出椎弓根钉 - Google Patents

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Abstract

本专利公布了一种基于增材制造技术的新型抗拔出、强度高且能促进骨整合的椎弓根钉。所述椎弓根钉由带螺纹实体钉下端、外围拉胀结构内部实体圆柱的钉上端和与外围拉胀结构相连的钉座组成，如附图1所示。利用拉胀结构的拉胀性能，使椎弓根钉受拉时发生膨胀，增加椎弓根钉与椎体的稳定性。同时拉胀结构部分为多孔结构，利于骨细胞长入促进骨整合，加速椎弓根钉与椎体融合。还通过独特的结构设计弥补拉胀结构强度不足，使椎弓根钉在实现抗拔出性能的同时，还保障了椎弓根钉的力学强度，提高内固定效果。本结构设计易可应用到骨科医疗器械的设计中。

Description

新型基于增材制造技术的抗拔出椎弓根钉
技术领域
本发明应用于骨科医疗器械领域，特别涉及一种新型的抗拔出椎弓根钉。
背景技术
椎弓根钉是一种用于治疗胸腰椎的不稳定性骨折脱位或合并截瘫、脊柱畸形、脊柱肿瘤等的骨科微创内固定医疗器械。然而，在日常生活中，椎弓根钉在体内力学环境作用下，常常发生松动或脱出等导致内固定失败。目前膨胀钉实现了以较小直径置入，进入钉孔后进行相应操作扩大钉的直径，使钉杆与构件牢固连接实现稳定固定，但这类膨胀钉植入骨 组织后直径变大会造成骨组织局部压力过大，发生骨吸收，最终又导致螺钉松动。因此设计 一种保证力学强度同时抗拔出性能良好的椎弓根钉十分必要。
拉胀材料具有负泊松比效应，与传统材料所相反，受拉伸时在垂直于受力方向上发生膨胀；受压缩时在垂直于受力方向上产生收缩，此外其剪切模量、断裂韧度、疲劳耐久性等更高，吸能和减震性能更好。拉胀材料的负泊松比效应源于其结构特殊的内凹型或旋转 型胞体单元。目前，通过设计包含这两种类型单元的多孔固体，可得到不同具有拉胀功能的 结构，已被广泛应用在飞行器、飞机、国防装备和武器、船舶的设计中。拉胀结构设计比较 繁杂，可采用增材制造技术工艺来实现复杂结构的实体制造。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是设计一种新型抗拔出、强度高、耐疲劳性能好且能促进骨整合的椎弓根钉。利用拉胀结构的拉胀性能结合合理的椎弓根钉结构设计，使椎弓根 钉植入椎体后，在受到拉伸作用时，径向发生膨胀从而抑制椎弓根钉脱出，增加椎弓根钉与 椎体的结合稳定性，提高内固定效果，与此同时，还保障了椎弓根钉的力学强度。
本发明所采用的技术方案：提供一种强度良好，具有抗拔出、促进骨整合性能的椎弓根钉，由带螺纹实体钉下端、外围拉胀结构内部实体柱体的钉上端和与外围拉胀结构相 连的钉座组成，如附图2所示。具有拉胀结构的钉上端，可依据不同的临床需要，合理安排 所占钉长的百分比，来调节椎弓根钉强度、耐疲劳性能、骨整合速度和拉胀效果。增材制造 技术可以制造结构高度复杂的实体，但仍处于发展阶段，其制造精度还不能完全满足需求， 在医疗器械领域的应用受到限制。本发明的椎弓根钉是在增材制造技术能达到的精度上进行 设计，可采用增材制造技术直接制作。所述拉胀结构包含所有具有负泊松比效应的结构。
椎弓根钉所用材料为医用生物相容性良好的金属、聚合物及可降解类医用级材料。
有益效果：本发明在椎弓根钉设计中加入具有拉胀性能的部分，和增加椎弓根钉抗拉抗弯强度的内圆柱实体部分，两部分合理匹配，使其具有优异的抗拔出性能和良好的强 度稳定性。同时拉胀部分为多孔结构，利于细胞附着和增殖，诱导骨长入和骨整合，提高内 固定效果。
附图说明
图1中1为典型的旋转型单元构成的二维拉胀结构，2为这种旋转型单元在空间 排布构成的三维拉胀结构。
图2为一种新型的强度良好，具有抗拔出、促进骨整合性能的椎弓根钉。其中1- 大盲孔，2-凹槽，3-小盲孔，4-钉座，5-螺纹，6-钉上端内实心圆柱，7-钉上端外围拉胀结 构，8-钉下端。本发明所述椎弓根钉，但也可应用到其他类型的骨钉。
图2中7拉胀结构包括其他具有负泊松比效应的结构，图2中6实心圆柱也可替 换为其他具有增强抗压抗弯强度功能的结构。拉胀结构所占钉长比例、拉胀结构厚度、实心圆柱直径和长度，可根据临床需求，做适当调整。图3所示为椎弓根钉在人体内主要受力情况。分别受到压力、拉力和弯矩的作用。图4为新型抗拔出椎弓根钉效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图3所示，当椎弓根钉在体内承受压力和弯矩作用时，由于图2中6具有较大 的刚度和强度，为主要受力部分，增加椎弓根钉整体抗拉抗弯强度。当椎弓根钉在体内受拉力作用时，由于图2中7和钉座相连，受拉体积发生膨胀，有效阻止椎弓根钉拔出。本发明 所涉及拉胀结构包含所有具有负泊松比的结构，包括但不限于附图所示结构。
本发明所示椎弓根钉结构，其特征在于，钉上端为拉胀结构和实心圆柱，而钉下端、钉座与临床应用椎弓根钉完全一致，在实现抗拔出功能、促进骨整合性能的同时，又不影响临床中钉的定位、植入和固定。具有拉胀结构的钉上端，可依据不同的临床需要，合理安排所占钉长的百分比，来调节椎弓根钉的强度、耐疲劳性能、骨整合速度和拉胀效果。使椎弓根钉与椎体更匹配，达到人骨与植入物的完美融合。
本实施例中，椎弓根钉植入椎体后，具有足够的抗弯和抗压性能，在受到因人体运动产生外力而有拔出倾向时，发生膨胀，抑制椎弓根钉脱出，增加其与椎体的结合稳定性。 同时，拉胀部分为多孔结构，利于组织细胞附着和增殖，诱导骨长入和促进骨整合，增强其 防脱、抗松动的能力，提高内固定效果。

Claims (6)

1.具有抗拔出性能的新型椎弓根钉，其特征在于：椎弓根钉包含有拉胀结构和增加椎弓根钉抗压、抗弯强度的内圆柱实体结构。
2.根据权利要求1所述的新型椎弓根钉，其特征在于：拉胀结构具有负泊松比效应，在受到拉伸时体积会增大。拉胀结构所占钉长比例、拉胀结构厚度，可根据临床需求，做适当调整。
3.根据权利要求1所述的新型椎弓根钉，其特征在于：实心圆柱具有较大的刚度和强度，在受到压力和弯矩作用时为主要受力部分，增加椎弓根钉整体抗拉、抗弯强度。
4.根据权利要求1所述的新型椎弓根钉，其特征在于：拉胀部分为多孔结构，利于组织细胞附着和增殖，诱导骨长入和促进骨整合。
5.根据权利要求1所述的新型椎弓根钉，其特征在于：制造所用材料为生物相容性良好的金属，聚合物及可降解材料。
6.根据权利要求1所述的新型椎弓根钉，其特征在于：可采用增材制造技术工艺来实现实体制造。
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