CN112353530B - 椎间融合器的制备方法 - Google Patents
椎间融合器的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112353530B CN112353530B CN202011270908.6A CN202011270908A CN112353530B CN 112353530 B CN112353530 B CN 112353530B CN 202011270908 A CN202011270908 A CN 202011270908A CN 112353530 B CN112353530 B CN 112353530B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- interbody fusion
- fusion cage
- cage
- model
- interbody
- 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.)
- Active
Links
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title claims abstract description 142
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 48
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 41
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 4
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 26
- -1 phosphorus ions Chemical class 0.000 claims description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 24
- 229910001427 strontium ion Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 15
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 12
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 claims description 12
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 9
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 8
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 6
- 239000008213 purified water Substances 0.000 claims description 6
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 6
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 4
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 claims description 4
- PWYYWQHXAPXYMF-UHFFFAOYSA-N strontium(2+) Chemical compound [Sr+2] PWYYWQHXAPXYMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008827 biological function Effects 0.000 abstract description 3
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 20
- 208000001132 Osteoporosis Diseases 0.000 description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 7
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 7
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 6
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 4
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 3
- JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N benzene-1,4-diol;bis(4-fluorophenyl)methanone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1.C1=CC(F)=CC=C1C(=O)C1=CC=C(F)C=C1 JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 description 2
- 230000003262 anti-osteoporosis Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 208000006386 Bone Resorption Diseases 0.000 description 1
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001736 Calcium glycerylphosphate Substances 0.000 description 1
- ZGTMUACCHSMWAC-UHFFFAOYSA-L EDTA disodium salt (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].OC(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC(O)=O)CC([O-])=O ZGTMUACCHSMWAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 206010050296 Intervertebral disc protrusion Diseases 0.000 description 1
- 208000028389 Nerve injury Diseases 0.000 description 1
- 208000020307 Spinal disease Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002639 bone cement Substances 0.000 description 1
- 230000024279 bone resorption Effects 0.000 description 1
- VSGNNIFQASZAOI-UHFFFAOYSA-L calcium acetate Chemical compound [Ca+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O VSGNNIFQASZAOI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001639 calcium acetate Substances 0.000 description 1
- 235000011092 calcium acetate Nutrition 0.000 description 1
- 229960005147 calcium acetate Drugs 0.000 description 1
- YYRMJZQKEFZXMX-UHFFFAOYSA-L calcium bis(dihydrogenphosphate) Chemical compound [Ca+2].OP(O)([O-])=O.OP(O)([O-])=O YYRMJZQKEFZXMX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960002713 calcium chloride Drugs 0.000 description 1
- 235000011148 calcium chloride Nutrition 0.000 description 1
- FNAQSUUGMSOBHW-UHFFFAOYSA-H calcium citrate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O FNAQSUUGMSOBHW-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 239000001354 calcium citrate Substances 0.000 description 1
- 229960004256 calcium citrate Drugs 0.000 description 1
- 229940062672 calcium dihydrogen phosphate Drugs 0.000 description 1
- UHHRFSOMMCWGSO-UHFFFAOYSA-L calcium glycerophosphate Chemical compound [Ca+2].OCC(CO)OP([O-])([O-])=O UHHRFSOMMCWGSO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229940095618 calcium glycerophosphate Drugs 0.000 description 1
- 235000019299 calcium glycerylphosphate Nutrition 0.000 description 1
- MKJXYGKVIBWPFZ-UHFFFAOYSA-L calcium lactate Chemical compound [Ca+2].CC(O)C([O-])=O.CC(O)C([O-])=O MKJXYGKVIBWPFZ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001527 calcium lactate Substances 0.000 description 1
- 229960002401 calcium lactate Drugs 0.000 description 1
- 235000011086 calcium lactate Nutrition 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940087373 calcium oxide Drugs 0.000 description 1
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 description 1
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 description 1
- 230000003412 degenerative effect Effects 0.000 description 1
- BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L disodium hydrogen phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].OP([O-])([O-])=O BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 206010025005 lumbar spinal stenosis Diseases 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 235000019691 monocalcium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000403 monosodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019799 monosodium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 230000008764 nerve damage Effects 0.000 description 1
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 206010039722 scoliosis Diseases 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- AJPJDKMHJJGVTQ-UHFFFAOYSA-M sodium dihydrogen phosphate Chemical compound [Na+].OP(O)([O-])=O AJPJDKMHJJGVTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229960002901 sodium glycerophosphate Drugs 0.000 description 1
- GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H sodium hexametaphosphate Chemical compound [Na]OP1(=O)OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])O1 GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 235000019982 sodium hexametaphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 235000019830 sodium polyphosphate Nutrition 0.000 description 1
- REULQIKBNNDNDX-UHFFFAOYSA-M sodium;2,3-dihydroxypropyl hydrogen phosphate Chemical compound [Na+].OCC(O)COP(O)([O-])=O REULQIKBNNDNDX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 208000005198 spinal stenosis Diseases 0.000 description 1
- UUCCCPNEFXQJEL-UHFFFAOYSA-L strontium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Sr+2] UUCCCPNEFXQJEL-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001866 strontium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000008 strontium salts Chemical class 0.000 description 1
- RXSHXLOMRZJCLB-UHFFFAOYSA-L strontium;diacetate Chemical compound [Sr+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O RXSHXLOMRZJCLB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 235000013337 tricalcium citrate Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- A61F2/4455—Joints for the spine, e.g. vertebrae, spinal discs for the fusion of spinal bodies, e.g. intervertebral fusion of adjacent spinal bodies, e.g. fusion cages
-
- 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
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/11—Making porous workpieces or articles
-
- 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
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
-
- 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
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
-
- 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
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
- B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
-
- 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
- C25D11/024—Anodisation under pulsed or modulated current or potential
-
- 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
- A61F2/3094—Designing or manufacturing processes
- A61F2002/3097—Designing or manufacturing processes using laser
-
- 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
- A61F2002/30975—Designing or manufacturing processes made of two halves
-
- 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
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
- B22F2003/241—Chemical after-treatment on the surface
- B22F2003/242—Coating
-
- 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
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
- B22F2003/248—Thermal after-treatment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Neurology (AREA)
- Cardiology (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
本发明提供了一种椎间融合器的制备方法，包括：得到包含椎体模型和椎间盘模型的第一组合结构与包含椎体模型和椎间融合器中间模型的第二组合结构；获取第一组合结构的第一应力分布和第一平均位移与第二组合结构的第二应力分布和第二平均位移；比较第一应力分布和第二应力分布以及第一平均位移和第二平均位移，并且根据比较结果调整椎间融合器中间模型；当调整后的椎间融合器中间模型使得比较结果满足第一预设条件时，确定调整后的椎间融合器中间模型为椎间融合器最终模型；加工得到椎间融合器坯体并对其进行热等静压处理；得到椎间融合器。本申请的技术方案有效地解决了相关技术中的椎间融合器的力学性能较差并且不具有生物功能的问题。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种椎间融合器的制备方法。
背景技术
脊柱融合内固定是治疗脊柱退变性疾病的金标准。大量临床观察证实腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄症以至腰椎退变性侧凸等患者都可能会伴有椎体骨质疏松。骨质疏松脊柱手术病例要达到牢靠的融合较一般普通人群困难，临床采用增强固定、改善固定强度，比如多节段固定、骨水泥增强固定，可扩张椎弓根螺钉等，但在骨质疏松椎体中，融合失败导致椎弓根螺钉断裂、脱出的发生率很高，不融合率仍可达5％～35％。
椎间融合器假体的规格、形状等宏观结构与术中神经损伤、植入稳定性以及长期融合效果密切相关，尤其是椎体骨质疏松的骨组织力学性能与正常骨组织不同，不同患者体内力学环境差异较大。
目前临床应用的椎间融合器假体与人体的相互作用难以实现力学适配和骨组织诱导，尤其对于骨质疏松的病患，不能抗骨质疏松，导致椎间融合器植入体内后，发生沉降、应力遮挡，融合率低等问题。增材制造的钛合金多孔椎间融合器，由于显微组织的各向异性和致密度的问题，椎间融合器的力学性能能否满足长期服役的要求，仍有风险。此外，尤其重要的是目前植入的椎间融合器材料大都不具有生物活性，融合主要靠移植骨或人工骨，宿主骨难以与融合器实现生物活性结合。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种椎间融合器的制备方法，以解决相关技术中的椎间融合器的力学性能较差的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种椎间融合器的制备方法，包括：步骤S10：得到包含椎体模型和椎间盘模型的第一组合结构，得到包含椎体模型和椎间融合器中间模型的第二组合结构；步骤S20：获取第一组合结构的第一应力分布和第一平均位移，获取第二组合结构的第二应力分布和第二平均位移；步骤S30：比较第一应力分布和第二应力分布以及第一平均位移和第二平均位移，并且根据比较结果调整椎间融合器中间模型；当调整后的椎间融合器中间模型使得比较结果满足第一预设条件时，确定调整后的椎间融合器中间模型为椎间融合器最终模型；步骤S40：根据椎间融合器最终模型加工得到椎间融合器坯体；步骤S50：对椎间融合器坯体进行热等静压处理；步骤S60：得到椎间融合器。
进一步地，比较第一应力分布和第二应力分布以及第一平均位移和第二平均位移的步骤包括：比较第一应力分布和第二应力分布之间是否满足第二预设条件，并且比较第一平均位移和第二平均位移之间的差值是否满足第三预设条件。
进一步地，热等静压处理的最高温度的范围在850℃至880℃之间，热等静压处理的介质为氩气，压力范围在90MPa至100MPa之间，保温保压时间的范围在0.5小时至2小时之间。
进一步地，在步骤S50和步骤S60之间还具有步骤S70：对椎间融合器坯体进行表面改性步骤。
进一步地，步骤S70包括以下步骤：步骤S71：将进行热等静压处理后的椎间融合器坯体放置到丙酮溶液中清洗，清洗后使用纯化水对椎间融合器坯体进行冲洗；步骤S72：向去离子水中添加钙离子、磷离子以及锶离子，得到电解液；步骤S73：以不锈钢作为阴极，以使用纯化水冲洗后的椎间融合器坯体为阳极，在电解液中进行微弧氧化处理；步骤S74：对进行微弧氧化处理后的椎间融合器坯体进行冲洗，将冲洗后的椎间融合器坯体在去离子水中浸泡，浸泡后对椎间融合器坯体进行吹干。
进一步地，钙离子的浓度C在0.01mol/L至0.42mol/L之间，磷离子的浓度P与钙离子的浓度C的关系为P＝(0.95C+0.07)，锶离子的浓度S与磷离子的浓度P和钙离子的浓度C的关系满足S＝C+0.75P。
进一步地，步骤S74中得到的椎间融合器坯体的表面形成含有钙离子、磷离子以及锶离子的膜层，膜层的厚度在0.5μm至3μm之间。
进一步地，在膜层中钙离子的含量：Ca≥3wt.％，磷离子的含量：P≥0.5wt.％，锶离子的含量：Sr≥0.2wt.％。
进一步地，步骤S30和步骤S40之间还包括步骤S80：根据椎间融合器最终模型的弹性模量，得到椎间融合器最终模型的压缩刚度，建立压缩刚度与孔隙率的关系，根据压缩刚度与孔隙率的关系，根据孔隙率得到多孔结构的数据。
进一步地，椎间融合器坯体的制造方法包括激光立体成形、选择性激光烧结/熔化和电子束熔融技术中的一种或几种；椎间融合器的材质为钛合金，钛合金为Ti-6Al-4V、Ti-6Al-17Nb、Ti-13Nb-13Zr或Ti-5Zr-3Mo-15Nb中的一种。
应用本发明的技术方案，首先得到包含椎体模型和椎间盘模型的第一组合结构和包含椎体模型和椎间融合器中间模型的第二组合结构。对第一组合结构和第二组合结构进行有限元分析。得到了第一组合结构的第一应力分布和第一平均位移，得到第二组合结构的第二应力分布和第二平均位移。通过比较第一应力分布和第二应力分布以及第一平均位移和第二平均位移，并根据比较结果调整椎间融合器中间模型。当上述的比较结果满足第一预设条件时，确定此时的椎间融合器的中间模型为椎间融合器的最终模型。根据椎间融合器的最终模型加工得到椎间融合器坯体。得到椎间融合器坯体后，对椎间融合器坯体进行热等静压处理。最终得到椎间融合器。通过上述的热等静压处理，能够有效地提高椎间融合器坯体的组织致密度和疲劳性能。进而有效地提高了椎间融合器疲劳强度以及长期服役的安全性。因此本申请的技术方案有效地解决了相关技术中的椎间融合器的力学性能较差并且不具有生物功能的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的椎间融合器的制备方法的实施例的流程示意图；
图2示出了图1的椎间融合器的制备方法中的步骤S70的具体流程示意图；
图3示出了图1的椎间融合器的制备方法中的椎体模型和椎间盘模型的立体结构示意图；
图4示出了图1的椎间融合器的制备方法中的椎体模型和椎间融合器最终模型的立体结构示意图；
图5示出了图1的椎间融合器的制备方法中的椎间融合器的立体结构示意图；
图6示出了图1的椎间融合器的制备方法中的第一应力分布示意图；
图7示出了图1的椎间融合器的制备方法中的第二应力分布示意图；
图8示出了图1的椎间融合器的制备方法中的椎间融合器的多孔结构示意图；
图9示出了图1的椎间融合器的制备方法中的椎间融合器的表面膜层形貌示意图；
图10示出了图1的椎间融合器的制备方法中的热等静压处理之前的多孔金相组织；以及
图11示出了图1的椎间融合器的制备方法中的热等静压处理之后的多孔金相组织。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、椎体模型；20、椎间盘模型；30、椎间融合器坯体；40、椎间融合器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
目前，专利号为CN111281613A的发明专利提供了一种基于3D打印PEEK的仿生多孔人工椎体制备方法，但并未解决在骨质疏松状态下的椎间融合器的设计与制造，尤其是PEEK为生物惰性材料，既无生物活性，又不能起到抗骨质疏松作用。同时，该专利中提出的孔隙结构为PEEK材质状态下参数，并未给多孔钛合金植入材料提供相应参数。专利号为CN110495951A的发明专利提供了一种个性化腰椎椎体斜外侧入路复位模型的制作方法，以达到手术前规划的融合器的大小形状以及预测术后腰椎复位情况的目的，但并未涉及到3D打印钛合金椎间融合器的制造、力学适配与功能化。专利号为CN109766599A的发明专利提供一种基于骨重建原理的个性化前路椎间融合器设计方法，但并未对力学适配提出具体的假体设计与制造，更未解决椎间融合器的生物活性功能。针对上述的问题，本实施例的技术方案提供了一种椎间融合器的制备方法，对椎间融合器的宏观结构进行人体力学环境适配的设计，通过增材制造打印出符合设计要求的椎间融合器，并进行热等静压处理，提高多孔椎间融合器的力学性能。随后对椎间融合器进行生物功能化处理，从而使融合器植入后与人体骨组织具有良好的生物力学适配、骨组织诱导和抗骨质疏松的功能。
如图1至图7所示，在本实施例中，椎间融合器的制备方法包括：
步骤S10：得到包含椎体模型10和椎间盘模型20的第一组合结构，得到包含椎体模型10和椎间融合器中间模型的第二组合结构。上述椎体模型10为根据CT数据利用mimics和abaqus软件重建的正常力学环境下的椎体的有限元模型。相应地，椎间盘模型20为椎间盘的有限元模型。上述椎间融合器中间模型是根据椎体的有限元模型和椎间盘的有限元模型得出的一个中间状态的椎间融合器的有限元模型，后续通过不断调整，会将这个中间状态的椎间融合器的有限元模型变成椎间融合器最终模型。
步骤S20：获取第一组合结构的第一应力分布和第一平均位移，获取第二组合结构的第二应力分布和第二平均位移。上述的应力分布是指通过软件得到的应力分布图。上述的平均位移具体指：通过在abaqus软件上进行受力分析后得到的平均位移量。
步骤S30：比较第一应力分布和第二应力分布以及第一平均位移和第二平均位移，并且根据比较结果调整椎间融合器中间模型；当调整后的椎间融合器中间模型使得比较结果满足第一预设条件时，确定调整后的椎间融合器中间模型为椎间融合器最终模型。
步骤S40：根据椎间融合器最终模型加工得到椎间融合器坯体30。
步骤S50：对椎间融合器坯体30进行热等静压处理。
步骤S60：得到椎间融合器40。
应用本实施例的技术方案，首先得到包含椎体模型10和椎间盘模型20的第一组合结构，和包含椎体模型10和椎间融合器中间模型的第二组合结构。对第一组合结构和第二组合结构进行有限元分析。得到了第一组合结构的第一应力分布和第一平均位移，得到第二组合结构的第二应力分布和第二平均位移。通过比较第一应力分布和第二应力分布以及第一平均位移和第二平均位移的结果，调整椎间融合器中间模型。当上述的比较结果满足第一预设条件时，确定此时的椎间融合器中间模型为椎间融合器最终模型。根据椎间融合器最终模型加工得到椎间融合器坯体30。得到椎间融合器坯体30后，对椎间融合器坯体30进行热等静压处理。最终得到椎间融合器40。通过上述的热等静压处理，能够有效地提高椎间融合器坯体30的组织致密度和疲劳性能。进而有效地提高了椎间融合器40的疲劳强度以及长期服役的安全性。因此本实施例的技术方案有效地解决了相关技术中的椎间融合器的力学性能较差并且不具有生物功能的问题。
如图1、图6以及图7所示，在本实施例中，比较第一应力分布和第二应力分布以及第一平均位移和第二平均位移的步骤包括：比较第一应力分布和第二应力分布之间是否满足第二预设条件，并且比较第一平均位移和第二平均位移之间的差值是否满足第三预设条件。第二预设条件具体为判断第一应力分布和第二应力分布是否相同。也即在力学分析软件中，观察第一应力分布云图的颜色和第二应力分布云图的颜色，如果它们对应区域的颜色基本相同，则判断为满足第二预设条件，如果它们对应区域的颜色存在明显差异，则判断为不满足第二预设条件。第三预设条件为判断第一平均位移和第二平均位移是否相同。当满足第二预设条件，但不满足第三预设条件时，则不满足第一预设条件。当不满足第二预设条件而满足第三预设条件时，此时不满足第一预设条件。当不满足第二预设条件，以及不满足第三预设条件时，此时不满足第一预设条件。只有当第二预设条件和第三预设条件均满足时，此时，第一预设条件满足条件，在该条件下，才能够确定椎间融合器中间模型为椎间融合器最终模型。
在图6和图7中，图6示出了椎体和椎间盘的有限元分布云图，图7示出了椎体和椎间融合器坯体的有限元分布云图。在比较的过程中，比较图6中的上方的方框中的颜色和图7中的上方的方框中的颜色是否相同。同时，比较图6中的下方的方框中的颜色和图7中的下方的方框中的颜色是否相同。
如图1、图10以及图11所示，在本实施例中，热等静压处理的最高温度的范围在850℃至880℃之间，热等静压处理的介质为氩气，最高压力的范围在90MPa至100MPa之间，保温保压时间的范围在0.5小时至2小时之间。发明人经过大量的实验后，得到了上述的数据。最高温度的范围在850℃至880℃之间，能够保证热等静压处理的效果。具体地，在本实施例中，热等静压处理的最高温度的范围为860℃，热等静压处理的介质为氩气，最高压力为95MPa，保温保压时间为1小时。
具体地，升压速率的范围在1.0MPa/min至1.4MPa/min之间，升温速度的范围在8℃/min至10℃/min之间。
发明人对热等静压处理过程经过大量实验后得到下述表格的数据：
通过上述的实验数据可知，热等静压处理的最高温度的范围在850℃至880℃之间，最高压力的范围在90MPa至100MPa之间，保温保压时间的范围在0.5小时至2小时之间时，致密度和压缩疲劳的效果较好。
需要说明的是，上述表格中第5行的数据，虽然致密度和压缩疲劳的性能较好，但是在经过时间和压强的变化过程中，致密度和压缩疲劳无明显升高，因此属于本申请的技术方案的需要排除的范围。同理，第9行、第10行、第14行、第15行、第19行、第20行以及第24行的数据均属于本申请的技术方案的需要排除的范围。
如图1和图2所示，在本实施例中，在步骤S50和步骤S60之间还具有步骤S70：对椎间融合器坯体30进行表面改性步骤。表面改性步骤是为了改变椎间融合器坯体表面性质，使得椎间融合器坯体表面的材质具有生物活性物质，进而能够使得当椎间融合器植入人体后，能够较好地与人体骨结构连接，实现生物固定。
如图1和图2所示，在本实施例中，步骤S70包括以下步骤：步骤S71：将进行热等静压处理后的椎间融合器坯体30放置到丙酮溶液中清洗，清洗后使用纯化水对椎间融合器坯体30进行冲洗。步骤S72：向去离子水中添加钙离子、磷离子以及锶离子，得到电解液。步骤S73：以不锈钢作为阴极，以使用纯化水冲洗后的椎间融合器坯体30为阳极，在电解液中进行微弧氧化处理。步骤S74：对进行微弧氧化处理后的椎间融合器坯体30进行冲洗，将冲洗后的椎间融合器坯体30在去离子水中浸泡，浸泡后对椎间融合器坯体30进行吹干。先将椎间融合器坯体30进行清洗，使得椎间融合器坯体30的表面无杂质并且便于对椎间融合器坯体30进行微弧氧化处理。在进行微弧氧化处理之前需要先配置电解液。在去离子水中添加钙离子、磷离子以及锶离子以形成电解液，去离子水的温度在20℃至45℃之间。具体地，在本实施例中，去离子水的温度为30℃，此时能够保证钙离子、磷离子以及锶离子的性质，当然上述的温度范围均能够使得钙离子、磷离子以及锶离子保证原有的性质。上述的钙离子是选自乙酸钙，磷离子是选自甘油磷酸钠，锶离子是选自乙酸锶。当然，钙离子还可以选自氯化钙、磷酸二氢钙、甘油磷酸钙、柠檬酸钙、乳酸钙和氧化钙的一种或几种；磷离子还可以选自磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、六偏磷酸钠以及聚磷酸钠中的一种或几种；锶离子还可以选自氢氧化锶。上述的物质在化学领域均较为常见，并且容易得到。上述的电解液在配置完成后，向电解液中添加EDTA-2Na作为络合剂，并用搅拌器搅拌均匀。
目前，已有研究表明，锶元素对体内骨骼中代谢有显著影响，锶既可抑制骨吸收，又可促进骨形成的作用。因此，锶盐具有抗骨吸收和增进骨形成双重作用，针对锶的利用发明人经过大量的试验研究后，成功地在椎间融合器的表面形成含有锶的膜层，这样有效地提高了椎间融合器的骨组织诱导能力和抗骨质疏松的能力。
如图1所示，在本实施例中，微弧氧化处理的氧化电压在200V至400V之间，电源的输出脉宽在40μs至100μs之间，峰值电流设置在40A至200A之间，氧化时间在2min至10min之间，微弧氧化处理过程中电解液温度控制在30℃至45℃之间。上述的条件的设定使得椎间融合器坯体的表面形成具有钙离子和磷离子的生物活性层已经形成具有锶离子的抗骨质疏松的功能性层。具体地，在本实施例中，氧化电压为300V，电源的输出脉宽为70μs，峰值电流为120A，氧化时间为6min，微弧氧化处理过程中的电解液的温度为38℃。
如图1和图2所示，在本实施例中，钙离子的浓度C在0.01mol/L至0.42mol/L之间，磷离子的浓度P与钙离子的浓度C的关系为P＝(0.95C+0.07)，锶离子的浓度S与磷离子的浓度P和钙离子的浓度C的关系满足S＝C+0.75P。在确定钙离子的浓度后，不断调整磷离子的浓度和锶离子的浓度。得到钙离子和磷离子的比值关系以及钙离子、磷离子以及锶离子的比值关系，通过上述的比值关系能够分别得到钙离子的浓度、磷离子的浓度以及锶离子的浓度。
如图1、图2、图5以及图6所示，在本实施例中，步骤S74中得到的椎间融合器坯体30的表面形成含有钙离子、磷离子以及锶离子的膜层，膜层的厚度在0.5μm至3μm之间。膜层的形成能够使得椎间融合器的表面具有生物活性和抗骨质疏松性。具体地，本实施例的膜层的厚度为1.5μm。
如图1、图2、图5以及图6所示，在本实施例中，在膜层中钙离子的含量：Ca≥3wt.％，磷离子的含量：P≥0.5wt.％，锶离子的含量：Sr≥0.2wt.％。上述的钙离子、磷离子以及锶离子的含量有效地保证了椎间融合器的表面具有生物活性和抗骨质疏松性。
如图1、图2、图8以及图9所示，在本实施例中，步骤S30和步骤S40之间还包括步骤S80：根据椎间融合器最终模型的弹性模量，得到椎间融合器最终模型的压缩刚度，建立压缩刚度与孔隙率的关系，根据压缩刚度与孔隙率的关系，根据孔隙率得到多孔结构的数据。通过上述的压缩刚度和孔隙率的关系，在压缩刚度满足条件的情况下，得到最佳的孔隙率。上述的孔隙率使得最间融合器能够更好地与人体骨结构更好地结合。
如图1、图2、图8以及图9所示，在本实施例中，椎间融合器坯体30的制造方法包括激光立体成形、选择性激光烧结/熔化和电子束熔融技术中的一种或几种；椎间融合器40的材质为钛合金，钛合金为Ti-6Al-4V、Ti-6Al-17Nb、Ti-13Nb-13Zr或Ti-5Zr-3Mo-15Nb中的一种。椎间融合器坯体30为多孔结构，多孔结构包括不定形孔结构、立方结构、六棱柱结构、金刚石结构、菱形十二面体结构、截角八面体结构、骨小梁结构中的一种或多种。
本实施例的技术方案实施过程如下：分析骨质疏松患者的临床CT数据，利用mimics和abaqus软件重建正常力学环境下的椎体模型10和椎间盘模型20的有限元模型，进行骨重建仿真；设置椎体模型10和椎间盘模型20的材料属性及边界条件，并对椎体-椎间盘模型施加相应的力学加载，得到椎体模型10和椎间盘模型20正常形态的应力分布状态和椎体模型10的平均位移；建立椎体模型10和椎间融合器坯体30的有限元模型进行仿真，优化椎间融合器坯体30的结构和材料参数，设计匹配正常形态的椎体模型10和椎间盘模型20的有限元模型的仿真效果(在相同载荷下，具有与上述步骤相同的应力分布状态和椎体模型10的平均位移)，得到与正常力学环境下骨组织状态力学适配的椎间融合器坯体30的弹性模量与压缩刚度。根据弹性模量与椎间融合器坯体30孔隙率的关系，设计出金椎间融合器椎间融合器坯体30。应用增材制造工艺制造椎间融合器坯体30：根据设计要求，将符合设计要求的椎间融合器坯体30的数据输入增材制造设备对椎间融合器坯体30进行热等静压处理，以提高增材制造的椎间融合器坯体30的致密度和疲劳性能。利用表面改性技术，赋予椎间融合器坯体30钙离子、磷离子、以及抗骨质疏松物质锶离子。得到具有力学适配、骨组织诱导和抗骨质疏松的能力的椎间融合器40。
具体地，将病人站立位L2-L3节段腰椎进行CT扫描，然后将CT扫描获取的椎骨原始数据导入mimics图像处理软件中，重建出需要植入椎间融合器坯体30的上、下两节椎体模型10的三维结构，得到三维椎体模型。三维模型的几何特征数据包括上椎体和下椎体的表面轮廓和椎间隙高度，利用UG软件重建出与上椎体和下椎体吻合椎间盘中间模型，上椎体和下椎体的高度为椎间隙平均高度11.5mm。在3-matic软件进行网格划分，椎体模型10、椎间盘模型20、椎间融合器坯体30和固定装置网格采用四面体单元或六面体单元；载荷采用400N施加于上椎体；椎体材料属性在mimics软件上根据灰度的与密度、弹性模量以及泊松比数学模型进行赋予，椎间盘模型20的材料属性可根据经验值赋予椎体模型10和椎间盘模型20的有限元模型和椎体模型10和椎间融合器坯体30的有限元模型。根据椎间隙平均高度11.5mm，在3-matic软件上对椎间融合器坯体30和固定装置进行模拟植入。根据在abaqus软件上进行受力分析，得到椎体模型10和椎间盘模型20的应力分布图，输出上椎体的平均位移量；椎体模型10和椎间融合器坯体30的应力分布图，最大应力点在椎间融合器坯体30与上椎体模型10相接触的位置；在不改变其他参数的条件下，通过不断调整椎间融合器坯体30的弹性模量，计算结果与椎体模型10和椎间盘模型20的有限元仿真结果进行比对，选择出椎间融合器坯体30的弹性模量最合适的值，进而得到对应的刚度值。根据有限元仿真优化出的最佳刚度值，设计3D打印椎间融合器坯体30的多孔结构的孔隙率、孔径和丝径，用实验方法验证3D打印的椎间融合器坯体30的刚度值；应用增材制造工艺制造椎间融合器坯体30；根据设计要求，将符合设计要求的椎间融合器坯体30的数据输入增材制造设备。椎间融合器的制造方法可以为激光立体成形、选择性激光烧结/熔化和电子束熔融技术中的一种或几种。钛合金为Ti-6Al-4V、Ti-6Al-17Nb、Ti-13Nb-13Zr或Ti-5Zr-3Mo-15Nb中的一种。椎间融合器坯体30的多孔结构可以为不定形孔结构、立方结构、六棱柱结构、金刚石结构、菱形十二面体结构、截角八面体结构、骨小梁结构中的一种或几种；对打印出的椎间融合器坯体30进行热等静压处理：以提高增材制造的椎间融合器坯体30的致密度及其疲劳性能。对得到椎间融合器坯体30进行微弧氧化处理，最终得到具有力学适配、骨组织诱导和抗骨质疏松的能力的椎间融合器40。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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 (9)
1.一种椎间融合器的制备方法，其特征在于，包括：
步骤S10：得到包含椎体模型(10)和椎间盘模型(20)的第一组合结构，得到包含所述椎体模型(10)和椎间融合器中间模型的第二组合结构；
步骤S20：获取所述第一组合结构的第一应力分布和第一平均位移，获取所述第二组合结构的第二应力分布和第二平均位移；
步骤S30：比较所述第一应力分布和第二应力分布以及所述第一平均位移和第二平均位移，并且根据比较结果调整所述椎间融合器中间模型；当调整后的椎间融合器中间模型使得所述比较结果满足第一预设条件时，确定所述调整后的椎间融合器中间模型为椎间融合器最终模型；
步骤S40：根据所述椎间融合器最终模型加工得到椎间融合器坯体(30)；
步骤S50：对所述椎间融合器坯体(30)进行热等静压处理；
步骤S60：得到椎间融合器(40)；
比较所述第一应力分布和第二应力分布以及所述第一平均位移和第二平均位移的步骤包括：
比较所述第一应力分布和第二应力分布之间是否满足第二预设条件，并且比较所述第一平均位移和第二平均位移之间的差值是否满足第三预设条件；
当所述第二预设条件和所述第三预设条件均满足时，满足所述第一预设条件。
2.根据权利要求1所述的椎间融合器的制备方法，其特征在于，所述热等静压处理的最高温度的范围在850℃至880℃之间，热等静压处理的介质为氩气，压力范围在90MPa至100MPa之间，保温保压时间的范围在0.5小时至2小时之间。
3.根据权利要求1所述的椎间融合器的制备方法，其特征在于，在所述步骤S50和所述步骤S60之间还具有步骤S70：对所述椎间融合器坯体(30)进行表面改性步骤。
4.根据权利要求3所述的椎间融合器的制备方法，其特征在于，所述步骤S70包括以下步骤：
步骤S71：将进行所述热等静压处理后的所述椎间融合器坯体(30)放置到丙酮溶液中清洗，清洗后使用纯化水对所述椎间融合器坯体(30)进行冲洗；
步骤S72：向去离子水中添加钙离子、磷离子以及锶离子，得到电解液；
步骤S73：以不锈钢作为阴极，以使用纯化水冲洗后的所述椎间融合器坯体(30)为阳极，在所述电解液中进行微弧氧化处理；
步骤S74：对进行所述微弧氧化处理后的所述椎间融合器坯体(30)进行冲洗，将冲洗后的所述椎间融合器坯体(30)在去离子水中浸泡，浸泡后对所述椎间融合器坯体(30)进行吹干。
5.根据权利要求4所述的椎间融合器的制备方法，其特征在于，所述钙离子的浓度C在0.01mol/L至0.42mol/L之间，所述磷离子的浓度P与所述钙离子的浓度C的关系为P＝(0.95C+0.07)，所述锶离子的浓度S与所述磷离子的浓度P和所述钙离子的浓度C的关系满足S＝C+0.75P。
6.根据权利要求4所述的椎间融合器的制备方法，其特征在于，所述步骤S74中得到的所述椎间融合器坯体(30)的表面形成含有钙离子、磷离子以及锶离子的膜层，所述膜层的厚度在0.5μm至3μm之间。
7.根据权利要求6所述的椎间融合器的制备方法，其特征在于，在所述膜层中钙离子的含量：Ca≥3wt.％，磷离子的含量：P≥0.5wt.％，锶离子的含量：Sr≥0.2wt.％。
8.根据权利要求1所述的椎间融合器的制备方法，其特征在于，所述步骤S30和所述步骤S40之间还包括步骤S80：
根据所述椎间融合器最终模型的弹性模量，得到所述椎间融合器最终模型的压缩刚度，建立压缩刚度与孔隙率的关系，根据所述压缩刚度与孔隙率的关系，根据所述孔隙率得到多孔结构的数据。
9.根据权利要求1所述的椎间融合器的制备方法，其特征在于，所述椎间融合器坯体(30)的加工方法包括激光立体成形、选择性激光烧结/熔化和电子束熔融技术中的一种或几种；所述椎间融合器(40)的材质为钛合金，所述钛合金为Ti-6Al-4V、Ti-6Al-17Nb、Ti-13Nb-13Zr或Ti-5Zr-3Mo-15Nb中的一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011270908.6A CN112353530B (zh) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | 椎间融合器的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011270908.6A CN112353530B (zh) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | 椎间融合器的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112353530A CN112353530A (zh) | 2021-02-12 |
| CN112353530B true CN112353530B (zh) | 2024-04-30 |
Family
ID=74514826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011270908.6A Active CN112353530B (zh) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | 椎间融合器的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112353530B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3120796A1 (de) * | 2015-07-17 | 2017-01-25 | Mimedis AG | Verfahren und system zur herstellung eines implantats |
| WO2017077315A2 (en) * | 2015-11-03 | 2017-05-11 | Attenborough Dental Laboratories Limited | Implant |
| CN107548298A (zh) * | 2015-04-01 | 2018-01-05 | 阿斯卡拉波股份有限公司 | 关节植入部分、关节内假体和生产关节植入部分和关节内假体的方法 |
| CN110613533A (zh) * | 2019-09-23 | 2019-12-27 | 浙江工业大学 | 用于下颌骨体箱状缺损修复的pekk个性化植入体设计制作方法及植体 |
-
2020
- 2020-11-13 CN CN202011270908.6A patent/CN112353530B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107548298A (zh) * | 2015-04-01 | 2018-01-05 | 阿斯卡拉波股份有限公司 | 关节植入部分、关节内假体和生产关节植入部分和关节内假体的方法 |
| EP3120796A1 (de) * | 2015-07-17 | 2017-01-25 | Mimedis AG | Verfahren und system zur herstellung eines implantats |
| WO2017077315A2 (en) * | 2015-11-03 | 2017-05-11 | Attenborough Dental Laboratories Limited | Implant |
| CN110613533A (zh) * | 2019-09-23 | 2019-12-27 | 浙江工业大学 | 用于下颌骨体箱状缺损修复的pekk个性化植入体设计制作方法及植体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112353530A (zh) | 2021-02-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | A novel 3D printed cage with microporous structure and in vivo fusion function | |
| San Cheong et al. | Novel adaptive finite element algorithms to predict bone ingrowth in additive manufactured porous implants | |
| CN110063820B (zh) | 具有界面骨长入活性的3d打印椎间融合器及其制备方法 | |
| CN105877874A (zh) | 仿生设计类骨多孔骨制品及其制备方法和用途 | |
| WO2013060168A1 (zh) | 融合假体 | |
| WO2013131493A1 (zh) | 骶骨人工假体 | |
| Cheng et al. | A personalized mandibular implant with supporting and porous structures designed with topology optimization–a case study of canine | |
| DE102005037141A1 (de) | Spongiös-metallisches Implantat und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| Van Cleynenbreugel et al. | Trabecular bone scaffolding using a biomimetic approach | |
| Fogel et al. | Choice of spinal interbody fusion cage material and design influences subsidence and osseointegration performance | |
| CN114082983A (zh) | 一种3d打印脊柱多孔固定钉棒制备方法 | |
| Chen et al. | Design and manufacture of bionic porous titanium alloy spinal implant based on selective laser melting (SLM) | |
| Li et al. | Design and fabrication of elastic two-component polymer-metal disks using a 3D printer under different loads for the lumbar spine | |
| CN112353530B (zh) | 椎间融合器的制备方法 | |
| 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 | |
| CN112690932B (zh) | 椎体假体的加工方法 | |
| CN107569309A (zh) | 一种能够植入长段骨的椎体假体 | |
| CN110841106A (zh) | 一种基于选区激光熔化技术的个性化节段骨植入物的设计和制备方法 | |
| CN105662660A (zh) | 3d打印仿生骨小梁结构腰椎融合装置、制作方法及应用 | |
| CN211561236U (zh) | 一种骨缺损修复支架 | |
| CN113633442A (zh) | 一种个体化钽金属颈椎椎间融合器及其设计方法 | |
| CN113017939A (zh) | 椎间融合器及其制备方法 | |
| CN111134824A (zh) | 一种3d打印胫骨远端钢板及其制备方法 | |
| Yahya et al. | Biomechanical Analysis of Spinal Fusion Cage for Lumbar Vertebrae | |
| CN110610046A (zh) | 医用多孔钽植入物及其制造方法 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |