CN113456318A - 一种组配式可任意延长人工椎体系统 - Google Patents

一种组配式可任意延长人工椎体系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种组配式可任意延长人工椎体系统，包括：椎体固定部，其上端形成与上终板接触的第一接触界面，且其两侧各加工有一个第一螺钉孔；椎体延长部，至少一节椎体延长部的上端锥接在椎体固定部的下端，其余椎体延长部顺次相锥接，且每一节椎体延长部的两侧各加工有一个第二螺钉孔；下终板连接部，其上端锥接在末节椎体延长部的下端，下端形成与下终板接触的第二接触界面；螺钉，多个螺钉的一端分别与第一、第二螺钉孔连接，另一端用于与后方椎弓根钉棒系统连接；由此，根据不同缺损长度通过调整椎体延长部的数量以任意延长人工椎体的高度。本发明不仅可精确匹配骨缺损长度及上下椎体终板角度，且可与后方重建结构整合，具备良好的即时与远期稳定性。

Description

一种组配式可任意延长人工椎体系统
技术领域
本发明涉及一种人工椎体，具体涉及一种组配式可任意延长人工椎体系统，属于医疗器械技术领域。
背景技术
多种恶性肿瘤可发生于脊柱，包括骨髓瘤、转移癌、原发恶性肿瘤(如软骨肉瘤、骨肉瘤、尤文肉瘤以及脊索瘤等)。脊柱肿瘤更易累及前方椎体，甚至累及多个椎体，导致脊髓、神经根受压以及椎体塌陷所致脊柱成角畸形，具有较高的致死致残率，造成巨大的社会负担。目前，全椎切除(TES)手术能够取得最佳的局部控制率与患者的生存率。椎体切除术后需重建椎体及周围附件，以达到结构和重建的目的，然而目前仍缺乏有效的椎体重建方式。
目前，人工椎体重建方式主要包括钛网重建和3D打印定制型椎体重建。钛网重建存在以下问题：①前柱椎体重建所有的钛网是通过后方钉棒加压固定的，这种固定方式并不确切，钛网与上、下椎体仅呈点接触，骨诱导能力十分有限，同时其尖锐的边缘对上下椎体终板会产生切割作用，随着患者生存期的延长可能会出现下沉，前后滑移，造成固定失败；②钛网的可塑性不佳造成其与脊柱生理弯曲无法完美匹配，在植入后无法适应脊柱活动因而产生额外的应力集中点，存在最终断裂失效的风险；③钛合金的密度为4.43g/cm3，弹性模量为106-155Gpa，密度过高会造成钛网重量过大，在植入早期加重椎体接触面的磨损，增加早期松动和椎体骨折的概率，弹性模量过大(人体骨骼的弹性模量为3-20GPa)会产生“应力遮挡”效应，造成假体失效、骨质流失和二次骨折；④患者术后进行放射学检查时，致密的金属材质会产生非常严重的金属伪影，会严重影响临床医师对微小病灶的发现和内植物早期稳定性的评估；⑤脊柱肿瘤病人在术后放疗的过程中致密金属对放射线折射会导致医师对放疗剂量的错误估计并损伤周围正常组织。
而3D打印定制型椎体重建存在以下问题：①目前3D打印人工椎体材料多为医用钛合金，因此具有上述所有金属材料所具的缺点；②假体制备周期过长，需要通过数据采集-建模-打印假体-打印截骨模具-后处理等多道工序，漫长的等待时间和反复的数据采集降低了恶性肿瘤病人的治疗效率，提高了病人的风险；③所打印假体只具有一种规格，如果在术中出现偏差，假体不具备缩短和延长的能力；④目前所用3D打印人工椎体只能通过特定品牌的椎弓根螺钉才能与后方钛棒连接，增加了器械准备难度。
综上所述，需要解决两个关键问题：1)如何设计更为简便有效、无需定制、术中任意调节长度的重建椎体，并获得满意的近期和远期疗效是亟待解决关键技术问题；2)如何获得一种质量轻、力学性能匹配、生物相容性好、透光性优良的新型人工椎体是亟待解决的关键科学问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种组配式可任意延长人工椎体系统，其不仅可精确匹配骨缺损长度及上下椎体终板角度，且可与后方重建结构整合，具备良好的即时与远期稳定性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种组配式可任意延长人工椎体系统，包括：椎体固定部，所述椎体固定部的上端形成与上终板接触的第一接触界面，且所述椎体固定部的两侧各加工有一个第一螺钉孔；椎体延长部，至少一节所述椎体延长部的上端锥接在所述椎体固定部的下端，其余所述椎体延长部顺次相锥接，且每一节所述椎体延长部的两侧各加工有一个第二螺钉孔；下终板连接部，所述下终板连接部的上端锥接在末节所述椎体延长部的下端，所述下终板连接部的下端形成与下终板接触的第二接触界面；螺钉，多个所述螺钉的一端分别与所述第一螺钉孔和第二螺钉孔连接，多个所述螺钉的另一端用于与后方椎弓根钉棒系统连接；由此，根据不同缺损长度通过调整所述椎体延长部的数量以任意延长人工椎体的高度。
所述的组配式可任意延长人工椎体系统，优选地，所述椎体固定部、椎体延长部、下终板连接部和螺钉均采用碳纤维含量为60wt％的聚醚醚酮材料制备而成。
所述的组配式可任意延长人工椎体系统，优选地，所述螺钉包括螺钉本体和尾帽，所述螺钉本体的一端加工有与所述第一螺钉孔和第二螺钉孔相配合的外螺纹，所述螺钉本体的另一端加工有带内螺纹的尾部凹槽，所述尾部凹槽用于连接所述后方椎弓根钉棒系统，所述尾帽旋合在所述尾部凹槽中以固定所述后方椎弓根钉棒系统。
所述的组配式可任意延长人工椎体系统，优选地，所述椎体延长部的上部形成圆台形的第一锥接部，所述椎体延长部的下部加工有与所述第一锥接部相配合的第一锥接孔，同时在所述椎体固定部的下部加工有与所述第一锥接部相配合的第二锥接孔。
所述的组配式可任意延长人工椎体系统，优选地，所述下终板连接部的上部形成与所述第一锥接孔相配合的圆台形第二锥接部。
所述的组配式可任意延长人工椎体系统，优选地，所述第一螺钉孔和第二螺钉孔中的内螺纹设计具有普适性。
所述的组配式可任意延长人工椎体系统，优选地，根据需求通过部分3D打印技术在与上位椎体接触的所述第一接触界面和与下位椎体接触的所述第二接触界面上制备仿生骨小梁结构。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
针对背景技术中的第一个问题，本发明为达到人工椎体的精准重建，真正达到仿生、组配要求，发明人做出如下开拓性的设计：
1、本发明可以根据病椎切除后残留上下椎体终板设计具有符合终板生理曲度的人工椎体上下缘，将接触模式从钛网的点接触改为面接触，一方面减少人工椎体与骨接触面的应力集中，另一方面增加了骨传导性；
2、本发明提供的人工椎体系统的各组件可以根据人体椎体大小的不同设计多种不同直径、不同长度，可根据术中需求进行组配；
3、本发明椎体固定部和椎体延长部的两边各设计一个螺钉孔，并通过螺钉与后方椎弓根钉棒系统连接，起到稳定前方椎体的作用，有效减少椎体滑移，下沉的风险；
4、本发明椎体固定部和椎体延长部上的螺钉孔中螺纹设计具有普适性，并不局限与某一品牌的螺钉，大大减少了器械准备的难度；
5、本发明可以根据需求通过部分3D打印技术在与上位椎体接触的第一接触界面和与下位椎体接触的第二接触界面上制备仿生骨小梁结构，有利于骨长入和骨整合。
针对背景技术中的第二个问题：本发明选用碳纤维加强的CFR-PEEK材料作为人工椎体及螺钉的制造材料，CFR-PEEK材料具有以下优点：
1、CFR-PEEK材料的弹性模量可以控制在3.5-58.5Gpa，与人体骨骼的弹性模量极为接近，具有优良的力学适配性，能够有效避免应力遮挡效应，同时CFR-PEEK材料的密度为仅为钛合金的1/4(约1.3g/cm3)，在保证力学强度满足临床应用的前提下能够减轻宿主骨的负担，有利于术后的即刻稳定和远期稳定，减少残余骨质磨损和骨折的风险；
2、CFR-PEEK材料具出色的耐磨损性和抗腐蚀性；
3、CFR-PEEK材料具有良好的透光性，一方面，其能够排除金属伪影的干扰，帮助医生发现早期的微小病灶；另一方面，能够减少放疗射线的散射，医生可以更准确的判断放疗的剂量，周围组织也得到更好的保护；
4.CFR-PEEK材料具有良好的生物相容性，有效避免了金属磨损颗粒所造成炎症反应。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的组配式可延长人工椎体系统的结构示意图；
图2为本发明该实施例提供的组配式可延长人工椎体系统的分解图；
图3为本发明该实施例提供的组配式可延长人工椎体系统与后方椎弓根钉棒的连接状态图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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系统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，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供的组配式可任意延长人工椎体系统，包括：椎体固定部，椎体固定部的上端形成与上终板接触的第一接触界面，且椎体固定部的两侧各加工有一个第一螺钉孔；椎体延长部，至少一节椎体延长部的上端锥接在椎体固定部的下端，其余椎体延长部顺次相锥接，且每一节椎体延长部的两侧各加工有一个第二螺钉孔；下终板连接部，下终板连接部的上端锥接在末节椎体延长部的下端，下终板连接部的下端形成与下终板接触的第二接触界面；螺钉，多个螺钉的一端分别与第一螺钉孔和第二螺钉孔连接，多个螺钉的另一端用于与后方椎弓根钉棒系统连接；由此，根据不同缺损长度通过调整椎体延长部的数量以任意延长人工椎体的高度。本发明不仅可精确匹配骨缺损长度及上下椎体终板角度，且可与后方重建结构整合，具备良好的即时与远期稳定性。
下面，结合附图对本发明实施例提供的组配式可任意延长人工椎体系统进行详细的说明。
如图1至图3所示，本实施例提供的组配式可任意延长人工椎体系统，包括：椎体固定部1，椎体固定部1的上端形成与上终板接触的第一接触界面，且椎体固定部1的两侧各加工有一个第一螺钉孔11；椎体延长部2，至少一节椎体延长部2(图中仅展示了一个，但并不限于此)的上端锥接在椎体固定部1的下端，其余椎体延长部2顺次相锥接，且每一节椎体延长部2的两侧各加工有一个第二螺钉孔21；下终板连接部3，下终板连接部3的上端锥接在末节椎体延长部2的下端，下终板连接部3的下端形成与下终板接触的第二接触界面；螺钉4，四个螺钉4(图中仅展示了一个，但并不限于此)的一端分别与第一螺钉孔11和第二螺钉孔21连接，四个螺钉4的另一端用于与后方椎弓根钉棒系统5连接，起到稳定前方椎体的作用。由此，可以根据不同缺损长度通过调整椎体延长部2的数量以任意延长人工椎体的高度。
上述实施例中，优选地，椎体固定部1、椎体延长部2、下终板连接部3和螺钉4均采用碳纤维含量为60wt％的聚醚醚酮(CFR-PEEK)材料制备而成。
上述实施例中，优选地，螺钉4包括螺钉本体41和尾帽42，螺钉本体41的一端加工有与第一螺钉孔11和第二螺钉孔21相配合的外螺纹，螺钉本体41的另一端加工有带内螺纹的尾部凹槽，尾部凹槽用于连接后方椎弓根钉棒系统5，尾帽42旋合在尾部凹槽中以固定后方椎弓根钉棒系统5，此设计有效降低前方人工椎体滑移、下沉的风险。
上述实施例中，优选地，椎体延长部2的上部形成圆台形的第一锥接部，椎体延长部2的下部加工有与第一锥接部相配合的第一锥接孔，同时在椎体固定部1的下部加工有与第一锥接部相配合的第二锥接孔，由此可以使多节椎体延长部2相互稳定锥接或使首节椎体延长部2稳定地锥接在椎体固定部1上。
上述实施例中，优选地，下终板连接部3的上部形成与第一锥接孔相配合的圆台形第二锥接部，由此可以使下终板连接部3稳定地锥接在椎体延长部2上。
上述实施例中，优选地，第一螺钉孔11和第二螺钉孔21中的内螺纹设计具有普适性，并不局限与某一品牌的螺钉连接，由此大大减少了器械准备的难度。
上述实施例中，优选地，根据需求可通过部分3D打印技术在与上位椎体接触的第一接触界面和与下位椎体接触的第二接触界面上制备仿生骨小梁结构(材料亦为CFR-PEEK)，由此有利于骨长入和骨整合。
本实施例提供的组配式可延长人工椎体系统在使用时，其安装步骤如下：首先根据脊柱肿瘤切除后骨缺损的情况采用专用测量工具取得缺损长度以及上下椎体终板直径、角度，选取适宜直径、角度以及组配长度的组件并通过锥接将各组件连接牢固，在中央孔中植骨后将人工椎体系统植入以进行重建，而后通过螺钉将人工椎体系统与后方椎弓根钉棒系统5连接构成整体结构。由此，通过该形态设计制造的人工椎体系统操作过程简单，不仅可精确匹配骨缺损长度及上下椎体终板角度，且可与后方重建结构整合，具备了良好的即时与远期稳定性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种组配式可任意延长人工椎体系统，其特征在于，包括：
椎体固定部(1)，所述椎体固定部(1)的上端形成与上终板接触的第一接触界面，且所述椎体固定部(1)的两侧各加工有一个第一螺钉孔(11)；
椎体延长部(2)，至少一节所述椎体延长部(2)的上端锥接在所述椎体固定部(1)的下端，其余所述椎体延长部(2)顺次相锥接，且每一节所述椎体延长部(2)的两侧各加工有一个第二螺钉孔(21)；
下终板连接部(3)，所述下终板连接部(3)的上端锥接在末节所述椎体延长部(2)的下端，所述下终板连接部(3)的下端形成与下终板接触的第二接触界面；
螺钉(4)，多个所述螺钉(4)的一端分别与所述第一螺钉孔(11)和第二螺钉孔(21)连接，多个所述螺钉(4)的另一端用于与后方椎弓根钉棒系统(5)连接；
由此，根据不同缺损长度通过调整所述椎体延长部(2)的数量以任意延长人工椎体的高度。
2.根据权利要求1所述的组配式可任意延长人工椎体系统，其特征在于，所述椎体固定部(1)、椎体延长部(2)、下终板连接部(3)和螺钉(4)均采用碳纤维含量为60wt％的聚醚醚酮材料制备而成。
3.根据权利要求1所述的组配式可任意延长人工椎体系统，其特征在于，所述螺钉(4)包括螺钉本体(41)和尾帽(42)，所述螺钉本体(41)的一端加工有与所述第一螺钉孔(11)和第二螺钉孔(21)相配合的外螺纹，所述螺钉本体(41)的另一端加工有带内螺纹的尾部凹槽，所述尾部凹槽用于连接所述后方椎弓根钉棒系统(5)，所述尾帽(42)旋合在所述尾部凹槽中以固定所述后方椎弓根钉棒系统(5)。
4.根据权利要求1所述的组配式可任意延长人工椎体系统，其特征在于，所述椎体延长部(2)的上部形成圆台形的第一锥接部，所述椎体延长部(2)的下部加工有与所述第一锥接部相配合的第一锥接孔，同时在所述椎体固定部(1)的下部加工有与所述第一锥接部相配合的第二锥接孔。
5.根据权利要求4所述的组配式可任意延长人工椎体系统，其特征在于，所述下终板连接部(3)的上部形成与所述第一锥接孔相配合的圆台形第二锥接部。
6.根据权利要求1至6任一项所述的组配式可任意延长人工椎体系统，其特征在于，所述第一螺钉孔(11)和第二螺钉孔(21)中的内螺纹设计具有普适性。
7.根据权利要求1至6任一项所述的组配式可任意延长人工椎体系统，其特征在于，根据需求通过部分3D打印技术在与上位椎体接触的所述第一接触界面和与下位椎体接触的所述第二接触界面上制备仿生骨小梁结构。
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