CN111529134A - 一种多孔椎间融合器及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种多孔椎间融合器，包括融合器本体，融合器本体包括上端面和下端面，上端面和下端面之间的相对两侧面分别为内弧面和外弧面，内弧面和外弧面上均开设有窗口，窗口内为多孔区，多孔区内设有骨小梁结构；上端面和下端面之间连接的一端端部为头部倒角区，上端面和下端面之间连接的另一端端部为尾部平面区，上端面和下端面表面均设有凸起防滑结构。本发明还公开了一种多孔椎间融合器的加工方法，本发明解决了传统开孔结构融合器因存在连续宏观尺度孔洞，导致的结构强度降低的问题。

Description

一种多孔椎间融合器及其加工方法
技术领域
本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种多孔椎间融合器，本发明还涉及该融合器的加工方法。
背景技术
由于目前人们在工作及休息时基本都处于久坐状态，颈椎及腰椎退变性疾病的发生日趋普遍，严重影响了患者的日常生活，很多情况下保守治疗难以缓解相关症状，必须采用手术治疗的方法，手术治疗主要采用植入椎间融合器，以保持椎间间隙的高度，同时使椎体融合，手术植入方式主要采用前路腰椎椎间融合术、后路正中入路腰椎椎间融合术、侧方入路腰椎椎间融合术等方式；目前植入体主要采生物相容性较好的金属、复合材料或聚合物材料制备，植入体需要具备的关键功能是具有良好的支撑性和组织融合性，同时应与植入环境的原始椎体骨块保持高度的贴合性。
植入体的主要结构形式有纯实体结构和开孔类结构，由于纯实体结构融合器质量重，无法有效实现基体融合。开孔结构虽然具有开放性的组织张入通道，但开孔结构往往导致植入体上存在一定量的大尺寸连续空洞区，这将不利于保持植入体融合器的支撑性，可能造成支撑失效的隐患，同时一些开孔结构制造工艺难度极大。材料方面，金属材料具备较高的强度，应用已经较为成熟，但是大多数金属材料弹性模量都较高，与原始人体骨骼差异较大，不利于愈合；复合材料及聚合物由于应用时间较短，材料理化性能的稳定性还有待验证，且强度与金属材料差异较大，在长期使用过程中存在较高的破坏失效风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种多孔椎间融合器，解决了传统开孔结构融合器因存在连续宏观尺度孔洞，导致的结构强度降低的问题。
本发明的另一目的是提供一种多孔椎间融合器的加工方法。
本发明所采用的技术方案是，一种多孔椎间融合器，包括融合器本体，融合器本体包括上端面和下端面，上端面和下端面之间的相对两侧面分别为内弧面和外弧面，内弧面和外弧面上均开设有窗口，窗口内为多孔区，多孔区内设有骨小梁结构；
上端面和下端面之间连接的一端端部为头部倒角区，上端面和下端面之间连接的另一端端部为尾部平面区，上端面和下端面之间形成端面倾斜坡脚，该端面倾斜坡脚角度与人体椎体生理曲度一致；上端面和下端面表面均设有凸起防滑结构。
本发明的其他特点还在于，
凸起防滑结构包括若干个连接在一起的类金字塔状结构，相邻两个类金字塔状结构的金字塔顶点间距为1.0～2mm，该类金字塔结构的凸起高度为0.3～1.2mm。
端面倾斜坡脚的角度为2～10°。
头部倒角区的轮廓为圆弧状，头部倒角区的相对两侧形成了15～20°的头部倾斜角。
融合器本体为类腰果形结构，融合器本体的上端面和下端面上均开设有通孔，且上端面上的通孔和下端面上的通孔之间贯通。
内弧面包括内弧外壁和内弧内壁；
外弧面包括外弧外壁和外弧内壁；
内弧外壁与内弧内壁之间、外弧外壁和外弧内壁之间均设有窗口。
窗口的靠近头部倒角区和尾部平面区的两端端部之间形成倾斜坡脚，通过该倾斜坡脚的过渡，使得窗口的正向投影视图为扁平状六边形结构。
骨小梁结构若干个细杆，各细杆之间通过节点相互连接，形成空间交错的网状结构。
细杆直径为0.2～0.6mm；所述网状结构的孔隙尺寸为500微米～800微米，孔隙率为60％～80％。
本发明的另一技术方案是，一种多孔椎间融合器的加工方法，具体过程包括如下步骤：
步骤1，在CAD工具中将该融合器结构设计完成，将设计完成的结构模型输出为STL数据格式，导入商用前处理软件之中，设定切片层厚为0.03～0.06mm，形成切片文件；
步骤2，将步骤1所得的切片文件导入激光3D打印机中，设定具体的激光加工参数：激光功率：280KW～360KW，扫描速度：800～1250mm/s，搭接率：35％～60％，铺粉层厚与切片层厚保持一致，进行3D打印，得到多孔椎间融合器。
本发明的有益效果是，本发明提供的一种融合器采用金属材料制备，支撑端面具备良好的稳定性，整个融合器结构两侧支撑面具有空间曲率，与人体生理曲度贴合性好，融合器的设置有多孔区，多孔区可保证较好的组织融合性且与整个融合器为一体化结构，避免了传统开孔结构融合器因存在连续宏观尺度孔洞导致的结构强度降低。整个融合器结构的设计充分考虑了增材制造的工艺性要求。无需添加额外的支撑结构，避免材料浪费。
附图说明
图1是本发明的一种多孔椎间融合器上端面的结构示意图；
图2是本发明的一种多孔椎间融合器下端面的结构示意图；
图3是本发明的一种多孔椎间融合器中上端面与下端面形成的端面倾斜坡脚的结构示意图；
图4是本发明的一种多孔椎间融合器中头部倒角区的相对两侧形成的头部倾斜角的结构示意图；
图5是本发明的一种多孔椎间融合器中窗口两端形成的倾斜坡脚的结构示意图；
图6是本发明的一种多孔椎间融合器中骨小梁结构的结构示意图。
图中，1.融合器本体，2.上端面，3.下端面；
4.内弧面，4-1.内弧外壁，4-2.内弧内壁；
5.外弧面，5-1.外弧外壁，5-2.外弧内壁；
6.窗口，7.头部倒角区，8.尾部平面区，9.骨小梁结构，10.凸起防滑结构，11.器械孔，12.器械夹持槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的一种多孔椎间融合器，如图1、2所示，包括融合器本体1，融合器本体1包括上端面2和下端面3，上端面2和下端面3之间的相对两侧面分别为内弧面4和外弧面5，内弧面4和外弧面5上均开设有窗口6，窗口6内为多孔区，多孔区内设有骨小梁结构9；
上端面2和下端面3之间连接的一端端部为头部倒角区7，上端面2和下端面3之间连接的另一端端部为尾部平面区8，如图3所示，上端面2和下端面3之间形成(2～10°，优选2°)端面倾斜坡脚(∠A)，该端面坡脚角度与人体椎体生理曲度一致，进一步保证植入体与椎体骨块良好的贴合性，该端面倾斜坡脚角度与人体椎体生理曲度一致；上端面2和下端面3表面均设有凸起防滑结构10。
凸起防滑结构10包括若干个连接在一起的类金字塔状结构，相邻两个类金字塔状结构的金字塔顶点间距为1.0～2mm(优选1.4mm)，该类金字塔结构的凸起高度为0.3～1.2mm(优选0.5mm)。凸起防滑结构10与骨终板配合，起到防滑、稳定结构的作用，与传统锯齿状突起结构相比，该形式的突起为空间立体结构，与骨中终板接触面更大，且能起到多向限位的作用，可有效防止融合器在椎体间出现移动错位。
如图4所示，头部倒角区7的轮廓为圆弧状，头部倒角区7的相对两侧分别形成了15～20°(优选16°)的头部倾斜角(∠B)。该头部倾斜角将有利于植入体在植入过程中，特别是采用低创伤性的侧方入路植入术时更为顺利的进入待植区。
尾部平面区8的中心处设有器械孔11，器械孔11的相对两侧分别设有器械夹持槽12。便于植入时工具的夹持。
融合器本体1为类腰果形结构，上端面2和下端面上3上均开设有腰果形通孔；上端面2上的腰果形通孔和下端面3上的腰果形通孔之间贯通。
内弧面4包括内弧外壁4-1和内弧内壁4-2；
外弧面5包括外弧外壁5-1和外弧内壁5-2；
内弧外壁4-1与内弧内壁4-2之间、外弧外壁5-1和外弧内壁5-2之间均设有窗口6。
如图5所示(以内弧面4处的窗口6为例)，窗口6的靠近头部倒角区7和尾部平面区8的两端端部之间形成倾斜坡脚，通过该倾斜坡脚的过渡，使得窗口6的正向投影视图为扁平状六边形结构。六边形两侧形成的倾斜坡脚可以起到强化椎体纵向支撑性的作用。窗口沿内弧内壁面向内弧外壁面扩张，这样可以使外壁面具有较大的开放面积，利于更大面积肌体组织长入。
如图6所示，骨小梁结构9若干个细杆，各细杆之间通过节点相互连接，形成空间交错的网状结构。
细杆直径为0.2～0.6mm(优选0.25mm)；所述网状结构的孔隙尺寸为500微米～800微米，孔隙率为60％～80％。骨小梁结构9可以有效替代传统的开放性植骨孔，一方面其骨仿生结构形成的孔隙率及结构可更有利于肌体组织的长入及融合，另一方面连续分布的网状结构可以进一步加强结构的支撑性，避免因局部存在大尺寸宏观的开放性孔洞导致结构纵向强度降低及局部应力集中。
多孔区及窗口6的存在可以进一步降低结构的弹性模量，以利于术后骨愈合恢复。
本发明一种多孔椎间融合器的特点为，该结构可采用3D打印工艺直接制备，所有结构特征及尺寸均能直接满足3D打印的工艺性，特别是悬空角度工艺性要求，具备良好的工艺实现性，无需添加额外的工艺性支撑结构，可有减少材料浪费。
本发明一种多孔椎间融合器的加工方法，具体过程包括如下步骤：
步骤1，在CAD工具中将该融合器结构设计完成，将设计完成的结构模型输出为STL数据格式，导入商用前处理软件之中，设定切片层厚为0.03～0.06mm，形成切片文件；
步骤2，将步骤1所得的切片文件导入激光3D打印机中，设定具体的激光加工参数：激光功率：280KW～360KW，扫描速度：800～1250mm/s，搭接率：35％～60％，铺粉层厚与切片层厚保持一致，进行3D打印，得到多孔椎间融合器。

Claims (10)

1.一种多孔椎间融合器，其特征在于，包括融合器本体(1)，所述融合器本体(1)包括上端面(2)和下端面(3)，上端面(2)和下端面(3)之间的相对两侧面分别为内弧面(4)和外弧面(5)，内弧面(4)和外弧面(5)上均开设有窗口(6)，窗口(6)内为多孔区，多孔区内设有骨小梁结构(9)；
上端面(2)和下端面(3)之间连接的一端端部为头部倒角区(7)，上端面(2)和下端面(3)之间连接的另一端端部为尾部平面区(8)，上端面(2)和下端面(3)之间形成端面倾斜坡脚，该端面倾斜坡脚角度与人体椎体生理曲度一致；上端面(2)和下端面(3)表面均设有凸起防滑结构(10)。
2.如权利要求1所述的一种多孔椎间融合器，其特征在于，所述凸起防滑结构(10)包括若干个连接在一起的类金字塔状结构，相邻两个类金字塔状结构的金字塔顶点间距为1.0～2mm，该类金字塔结构的凸起高度为0.3～1.2mm。
3.如权利要求1所述的一种多孔椎间融合器，其特征在于，所述端面倾斜坡脚的角度为2～10°。
4.如权利要求1所述的一种多孔椎间融合器，其特征在于，所述头部倒角区(7)的轮廓为圆弧状，头部倒角区(7)的相对两侧形成了15～20°的头部倾斜角。
5.如权利要求1所述的一种多孔椎间融合器，其特征在于，所述融合器本体(1)为类腰果形结构，融合器本体(1)的上端面(2)和下端面(3)上均开设有通孔，且上端面(2)上的通孔和下端面(3)上的通孔之间贯通。
6.如权利要求5所述的一种多孔椎间融合器，其特征在于，所述内弧面(4)包括内弧外壁(4-1)和内弧内壁(4-2)；
所述外弧面(5)包括外弧外壁(5-1)和外弧内壁(5-2)；
内弧外壁(4-1)与内弧内壁(4-2)之间、外弧外壁(5-1)和外弧内壁(5-2)之间均设有窗口(6)。
7.如权利要求6所述的一种多孔椎间融合器，其特征在于，所述窗口(6)的靠近头部倒角区(7)和尾部平面区(8)的两端端部之间形成倾斜坡脚，通过该倾斜坡脚的过渡，使得窗口(6)的正向投影视图为扁平状六边形结构。
8.如权利要求1所述的一种多孔椎间融合器，其特征在于，所述骨小梁结构(9)若干个细杆，各细杆之间通过节点相互连接，形成空间交错的网状结构。
9.如权利要求8所述的一种多孔椎间融合器，其特征在于，所述细杆直径为0.2～0.6mm；所述网状结构的孔隙尺寸为500微米～800微米，孔隙率为60％～80％。
10.根据权利要求1～9所述的一种多孔椎间融合器的加工方法，其特征在于，具体过程包括如下步骤：
步骤1，在CAD工具中将该融合器结构设计完成，将设计完成的结构模型输出为STL数据格式，导入商用前处理软件之中，设定切片层厚为0.03～0.06mm，形成切片文件；
步骤2，将步骤1所得的切片文件导入激光3D打印机中，设定具体的激光加工参数：激光功率：280KW～360KW，扫描速度：800～1250mm/s，搭接率：35％～60％，铺粉层厚与切片层厚保持一致，进行3D打印，得到多孔椎间融合器。
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