CN110584845B - 人体椎间融合器结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种人体椎间融合器结构及其制备方法，涉及融合器技术领域。人体椎间融合器结构包括壳体，壳体具有第一接触端面、与第一接触端面相对的第二接触端面、第一流通端面、与第一流通端面相对的第二流通端面、用于植入时定位的定位端面和与定位端面相对的头部端面；第一接触端面和第二接触端面上均设置有用于与骨终板配合的防滑凸起结构，第一流通端面和第二流通端面上均设置有与壳体的内腔连通的流通通道，定位端面上设置有定位部。人体椎间融合器结构的制备方法用于制备满足上述人体椎间融合器结构的融合器，整个融合器的结构在运行作业过程中稳定性高，延长了融合器的使用寿命。

Description

人体椎间融合器结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及融合器技术领域，具体而言，涉及一种人体椎间融合器结构及其制备方法。
背景技术
随着中国老龄化的程度不断加剧，以及科技时代下人们在电脑前久坐工作的时间越来越长，腰椎、颈椎病已成为脊柱外科的常见病症，该病症严重影响人们的正常生活。该症状经保守治疗半年或以上的时间后仍然无效时一般将采取手术治疗的方法，其中颈前路减压椎间植骨融合内固定术是目前被广泛认可的治疗方法之一。该方法可以解决脊髓或神经根压迫问题，能够从根源上缓解或治愈患者病症。目前临床上对融合器的结构及材料仍然没有比较权威和一致的说法，融合器的结构稳定性及其材料与原生骨的融合是俩个关键性问题。
鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人体椎间融合器结构，旨在提升融合器长期稳定性。
本发明的另一目的在于提供一种人体椎间融合器结构的制备方法，其制备得到的融合器在作业时具有很高的稳定性，适合于推广应用。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种人体椎间融合器结构，包括壳体，壳体具有第一接触端面、与第一接触端面相对的第二接触端面、第一流通端面、与第一流通端面相对的第二流通端面、用于植入时定位的定位端面和与定位端面相对的头部端面；
第一接触端面和第二接触端面上均设置有用于与骨终板配合的防滑凸起结构，第一流通端面和第二流通端面上均设置有与壳体的内腔连通的流通通道，定位端面上设置有定位部。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，第一接触端面和第二接触端面上的防滑凸起结构均包括第一自锁结构和第二自锁结构，且第一自锁结构和对应的第二自锁结构分别位于端面的两端，第一自锁结构和第二自锁结构均为一排间隔设置的多个锥形齿。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，在第一接触端面和第二接触端面上均设置有与壳体内腔连通的网状结构，网状结构位于第一自锁结构和第二自锁结构之间。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，壳体的内腔中设置有第一支杆和第二支杆，第一支杆的两端分别与定位端面和头部端面对应的壳体内壁相连，第二支杆的两端分别与第一流通端面和第二流通端面对应的壳体内壁相连，第一支杆和第二支杆上固定有仿生多孔结构。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，仿生多孔结构由多个正八面体结构形成，每个正八面体结构均由12根仿生柱连接而成，每个正八面体结构的端点处均与另一个正八面体结构的一个端点处连接。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，定位端面上的定位部为螺纹孔，且螺纹孔从壳体的外壁延伸至第一支杆的内部。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，第一流通端面和第二流通端面上均设置有流通槽体，流通槽体的底面为弧形面，弧形面上间隔设置有多个凸起部，每个凸起部上均设置有与壳体内腔连通的第一流通孔。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，弧形面上还设置有与壳体内腔连通的第二流通孔，且弧形面由多个波浪条纹形成，每个波浪条纹均从靠近头部端面的一端延伸至相对的另一端。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，头部端面呈向远离定位端面的方向凸出的弧形曲面状，且在头部端面上分布有与壳体内腔连通的多个椭圆形贯通孔。
本发明还提供一种人体椎间融合器结构的制备方法，包括如下步骤：
根据确定的人体椎间融合器结构的尺寸建立三维模型，并进行成型处理。
本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的人体椎间融合器结构，其通过将融合器的壳体设计为包括六个端面的稳定形式，分别为第一接触端面、第二接触端面、第一流通端面、第二流通端面、定位端面和头部端面，通过在与骨终板接触的第一接触端面和第二接触端面上均设置防滑凸起结构，使这两个端面能够和具有一定粗糙度的骨终板很好的贴合，并通过定位端面上的定位部在植入时进行定位以及需要取出时的受力，使融合器在使用过程中进一步防止发生位移，血液、细胞等通过第一流通端面和第二流通端面上的流通通道进行流通。整个融合器的结构在运行作业过程中稳定性高，延长了融合器的使用寿命。
本发明还提供了一种人体椎间融合器结构的制备方法，用于制备满足上述人体椎间融合器结构的融合器，得到的产品植入的稳定性高，适合于推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施方式提供的人体椎间融合器结构的立体图；
图2为图1中人体椎间融合器结构的主视图；
图3为图1中人体椎间融合器结构的俯视图；
图4为图1中人体椎间融合器结构的仰视图；
图5为图1中人体椎间融合器结构的左视图；
图6为图1中人体椎间融合器结构内部仿生多孔结构的示意图。
图标：100-人体椎间融合器结构；101-壳体；102-第一支杆；103-第二支杆；104-仿生多孔结构；105-仿生柱；110-第一接触端面；111-防滑凸起结构；112-第一自锁结构；113-第二自锁结构；114-锥形齿；115-网状结构；120-第二接触端面；130-第一流通端面；132-流通槽体；133-凸起部；134-第一流通孔；135-第二流通孔；136-波浪条纹；140-第二流通端面；150-定位端面；151-定位部；160-头部端面；161-椭圆形贯通孔。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参照图1，本发明实施例提供一种人体椎间融合器结构100，包括壳体101，壳体101具有第一接触端面110、与第一接触端面110相对的第二接触端面120、第一流通端面130、与第一流通端面130相对的第二流通端面140、用于植入时定位的定位端面150和与定位端面150相对的头部端面160。
进一步地，请结合图1和图2，第一接触端面110和第二接触端面120上均设置有用于与骨终板配合的防滑凸起结构111，第一流通端面130和第二流通端面140上均设置有与壳体101的内腔连通的流通通道，定位端面150上设置有定位部151。具体地，壳体101具有稳定结构的六个端面，可以为类似六面体的结构，通过在每个端面上设置不同的结构，一方面便于血液、细胞等流通，另一方面起到稳固的固定和支撑效果，提高整个融合器运行的稳定性。
需要说明的是，本发明实施例中提供的人体椎间融合器结构100，其通过将融合器的壳体101设计为包括六个端面的形式，分别为第一接触端面110、第二接触端面120、第一流通端面130、第二流通端面140、定位端面150和头部端面160，通过在与骨终板接触的第一接触端面110和第二接触端面120上均设置防滑凸起结构111，使这两个端面能够和具有一定粗糙度的骨终板很好的贴合，血液、细胞等通过第一流通端面130和第二流通端面140上的流通通道进行流通。整个融合器的结构在运行作业过程中稳定性高。
在本发明较佳的实施例中，第一接触端面110和第二接触端面120上的防滑凸起结构111均包括第一自锁结构112和第二自锁结构113，第一自锁结构112位于第一接触端面110或第二接触端面120的一端，第二自锁结构113位于第一接触端面110或第二接触端面120的相对的另一端；第一自锁结构112和第二自锁结构113均为一排间隔设置的多个锥形齿114。通过在第一接触端面110和第二接触端面120上设置两排锥形齿114能够和具体一定粗糙度的骨终板很好的贴合，实现自锁的效果。锥形齿114的结构相对于一般的凸起结构能够更好地嵌入骨终板中，实现自锁。具体地，锥形齿114与所在端面的底部夹角为30度左右，如25-35度，在此范围内能够更稳定地实现自锁。
进一步地，在第一接触端面110和第二接触端面120上均设置有与壳体101内腔连通的网状结构115，网状结构115位于第一自锁结构112和第二自锁结构113之间。网状结构115上孔的形状不限，可以为菱形孔。
需要补充的是，第一接触端面110和第二接触端面120结构相同，第二接触端面120的结构可以参照图中第一接触端面110的结构。第一流通端面130和第二流通端面140，情况类似，仅示出一个端面形状。
进一步地，请参照图1、图3和图4，第一流通端面130和第二流通端面140上均设置有流通槽体132，流通槽体132的底面为弧形面，弧形面上间隔设置有多个凸起部133，每个凸起部133上均设置有与壳体101内腔连通的第一流通孔134。第一流通端面130和第二流通端面140的结构类似粗糙韧窝状，便于血液流通。凸起部133的形状可以为四边形凸起，也可以为其他形状的凸起。
进一步地，弧形面上还设置有与壳体101内腔连通的第二流通孔135，且弧形面由多个波浪条纹136形成，每个波浪条纹136均从靠近头部端面160的一端延伸至相对的另一端。多条波浪条纹136形成凹凸不平的结构，也有利于加强与骨终板作用的稳定性。具体地，第一流通孔134和第二流通孔135的形状不限，可以为椭圆形状。
在本发明较佳的实施例中，请参照图1和图5，头部端面160呈向远离定位端面150的方向凸出的弧形曲面状，且在头部端面160上分布有与壳体101内腔连通的多个椭圆形贯通孔161。头部端面160的形状类似子弹头结构，能够很大程度上减小植入阻力。具体地，弧形曲面的斜度大致为35度，并可以在30-40度之间取值，在此范围内能够进一步减少植入阻力。
进一步地，请结合图1、图2和图6，壳体101的内腔中设置有第一支杆102和第二支杆103，第一支杆102和第二支杆103均与壳体101相对两端的内壁固定连接，第一支杆102和第二支杆103上固定有仿生多孔结构104。具体地，第一支杆102的两端分别与定位端面150和头部端面160对应的壳体101的内壁相连，第二支杆103的两端分别与第一流通端面130和第二流通端面140对应的壳体101的内壁相连。通过第一支杆102和第二支杆103对仿生多孔结构104起到很好的支撑效果，第一支杆102和第二支杆103可以形成十字交叉结构，进一步提升支撑的稳定性。图2中为了使附图更加清晰没有表示出壳体101内腔中的仿生多孔结构104，仅表示出了第一支杆102和第二支杆103。
进一步地，仿生多孔结构104由多个正八面体结构形成，每个正八面体结构均由12根仿生柱105连接而成，每个正八面体结构的端点处均与另一个正八面体结构的一个端点处连接。通过正八面体结构构成栅栏式仿生结构，设计与椎骨相匹配的弹性模量，其支撑结构具有稳定持久的支撑性能。第一支杆102和第二支杆103是仿生多孔结构104的骨架，仿生多孔结构104在该骨架结构上不断延伸生长形成。
如图1中所示，定位端面150上的定位部151为螺纹孔，且螺纹孔从壳体101的外壁延伸至第一支杆102的内部。螺纹孔的半径可以为2-3mm，便于植入时固定。
在一些实施例中，融合器的表面还设置有羟基磷灰石生物涂层，羟基磷灰石生物涂层的厚度为30-50mm，能够更好地提升与人体的融合效果。
本发明还提供一种人体椎间融合器结构的制备方法，包括如下步骤：根据确定的人体椎间融合器结构的尺寸建立三维模型，并进行成型处理。具体的制备方法可以参照现有的融合器的制备方法，优选地，成型处理采用3D打印技术一次打印成型，具体方法为现有技术，3D打印一次成型避免了后续的繁琐操作。
其中，人体椎间融合器结构的尺寸是根据患者术前影像资料中显示的椎间空间大小以及形状，并结合腰椎的变形及受力情况确定。此过程为现有方法，充分考虑患者各方面的情况后确定融合器的尺寸。
优选地，在3D打印完成后用电化学沉积的方法在人体椎间融合器结构表面制备羟基磷灰石生物涂层，进一步提升仿生效果，提高与人体的融合效果。3D打印过程采用激光选区熔融法，成型精度高，无需进行拼接加工。激光选区融熔(SLM)技术具有成型精度高、材料利用率高等优点，其高功率的激光源可熔融包括铝合金、不锈钢、钛合金、镍合金以及钽合金等多种金属。且其适合于制备具有复杂结构的器件，特别是具有个性化需求或复杂内腔结构的零件。
优选地，3D打印的原材料为钛合金和钽合金中的至少一种。钛、钽合金对人体无毒无害，且他们具有优秀的生物相容性，是医用生物材料的优选之材，特别是多孔结构的钛、钽合金，在具备较好的生物相容性的同时还具有较低的弹性模量。
综上所述，本发明实施例提供的一种人体椎间融合器结构，其通过将融合器的壳体设计为包括六个端面的形式，分别为第一接触端面、第二接触端面、第一流通端面、第二流通端面、定位端面和头部端面，通过在与骨终板接触的第一接触端面和第二接触端面上均设置防滑凸起结构，使这两个端面能够和具有一定粗糙度的骨终板很好的贴合，并通过定位端面上的定位部在植入时进行定位以及需要取出时的受力，血液、细胞等通过第一流通端面和第二流通端面上的流通孔进行流通。整个融合器的结构在运行作业过程中稳定性高，延长了融合器的使用寿命。
本发明实施例提供的一种人体椎间融合器结构的制备方法，用于制备满足上述人体椎间融合器结构的融合器，得到的产品植入的稳定性高，适合于推广应用。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种人体椎间融合器结构，其特征在于，包括壳体，所述壳体具有第一接触端面、与所述第一接触端面相对的第二接触端面、第一流通端面、与所述第一流通端面相对的第二流通端面、用于植入时定位的定位端面和与所述定位端面相对的头部端面；
所述第一接触端面和所述第二接触端面上均设置有用于与骨终板配合的防滑凸起结构，所述第一流通端面和所述第二流通端面上均设置有与所述壳体的内腔连通的流通通道，所述定位端面上设置有定位部；
所述壳体的内腔中设置有第一支杆和第二支杆，所述第一支杆的两端分别与所述定位端面和所述头部端面对应的壳体内壁相连，所述第二支杆的两端分别与所述第一流通端面和所述第二流通端面对应的壳体内壁相连，所述第一支杆和所述第二支杆上固定有仿生多孔结构；
所述仿生多孔结构由多个正八面体结构形成，每个所述正八面体结构均由12根仿生柱连接而成，每个所述正八面体结构的端点处均与另一个正八面体结构的一个端点处连接；
所述第一流通端面和所述第二流通端面上均设置有流通槽体，所述流通槽体的底面为弧形面，所述弧形面上间隔设置有多个凸起部，每个所述凸起部上均设置有与所述壳体内腔连通的第一流通孔；
所述弧形面上还设置有与所述壳体内腔连通的第二流通孔，且所述弧形面由多个波浪条纹形成，每个所述波浪条纹均从靠近所述头部端面的一端延伸至相对的另一端。
2.根据权利要求1所述的人体椎间融合器结构，其特征在于，所述第一接触端面和所述第二接触端面上的所述防滑凸起结构均包括第一自锁结构和第二自锁结构，且所述第一自锁结构和对应的所述第二自锁结构分别位于端面的两端，所述第一自锁结构和所述第二自锁结构均为一排间隔设置的多个锥形齿。
3.根据权利要求2所述的人体椎间融合器结构，其特征在于，在所述第一接触端面和所述第二接触端面上均设置有与所述壳体内腔连通的网状结构，所述网状结构位于所述第一自锁结构和所述第二自锁结构之间。
4.根据权利要求1所述的人体椎间融合器结构，其特征在于，所述定位端面上的所述定位部为螺纹孔，且所述螺纹孔从所述壳体的外壁延伸至所述第一支杆的内部。
5.根据权利要求1所述的人体椎间融合器结构，其特征在于，所述头部端面呈向远离所述定位端面的方向凸出的弧形曲面状，且在所述头部端面上分布有与所述壳体内腔连通的多个椭圆形贯通孔。
6.权利要求1-5中任一项所述人体椎间融合器结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据确定的人体椎间融合器结构的尺寸建立三维模型，并进行成型处理。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述成型处理采用3D打印技术一次打印成型。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，人体椎间融合器结构的尺寸是根据患者术前影像资料中显示的椎间空间大小以及形状，并结合腰椎的变形及受力情况确定。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在3D打印完成后用电化学沉积的方法在所述人体椎间融合器结构表面制备羟基磷灰石生物涂层。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述3D打印过程采用激光选区熔融法。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述3D打印的原材料为钛合金和钽合金中的至少一种。
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