CN113633436A - 一种3d打印金属骨小梁胫骨翻修垫块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块，垫块为类肾型结构，垫块表面均匀分布若干微孔。垫块包括：圆角边部、与圆角边部一端连接向外延伸的第一延伸部、与圆角边部另一端连接向外延伸的第二延伸部，第一延伸部、第二延伸部与圆角边部之间形成凹沟，第一延伸部上开设有螺纹孔，第二延伸部上开设有螺纹孔。本申请的垫块类似肾型，垫块外围轮廓与人体胫骨轮廓近似，能够与骨损失部位完美贴合，恢复关节面高度，并重建肢体力线与原始肢体力线达到贴合，进而实现有效载荷传导。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块。
背景技术
随着全膝关节置换术(Total Knee Arthroplasty，TKA)的日臻完善，接受TKA手术的患者数与日俱增，随之而来的是TKA术后的各种并发症(如，感染、力线不齐、失稳、无菌性松动等)的增多及关节翻修术的大量增加。
膝关节置换术以后，短期内不会出问题。一旦植入膝关节出现松动，没有及时翻修，时间长了可能会导致骨量丢失、骨头缺损，或者关节畸形，严重者导致手术失败，大大降低患者满意度。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块。
根据本发明的一个方面，提供了一种3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块，垫块材料为钛合金垫块，垫块的材料按重量分数计包括：5.50％～6.75％AL；3.50％～4.50V；0～0.30％Fe；0～0.02％O；0～0.08％C；0～0.05％N；0～0.015％H；0～0.1％Cu；0～0.1％Sn；余量为Ti。垫块为类肾型结构，垫块表面均匀分布若干微孔。
可选择地，垫块的材料按重量分数计包括：5.80％～6.50％AL；3.80％～4.20％V；0.10％～0.20％Fe；0.01％～0.02％O；0.05％～0.05％C；0.02％～0.04％N；0.01％～0.015％H；0.05％～0.1％Cu；0.05％～0.1％Sn；余量为Ti。
可选择地，垫块表面的孔隙率为60％-85％，微孔的孔径为1.50～1.70mm。
可选择地，垫块表面的孔隙率为70％-80％，微孔的孔径为1.57～1.66mm。
可选择地，垫块包括：圆角边部、与圆角边部一端连接向外延伸的第一延伸部、与圆角边部另一端连接向外延伸的第二延伸部，第一延伸部、第二延伸部与圆角边部之间形成凹沟，第一延伸部上开设有螺纹孔，第二延伸部上开设有螺纹孔。
可选择地，圆角边部包括向外凸起的第一曲线边以及向内凹陷的第二曲线边；第一延伸部包括自圆角边部的第一曲线边一端呈弧形向外延伸的外凸弧形边、自圆角边部的第二曲线边一端斜向外延伸的第一直线边以及连接外凸弧形边和第一直线边的第一延伸端；第二延伸部包括自圆角边部的第一曲线边另一端呈弧形向外延伸的内凹弧形边、自圆角边部的第二曲线边另一端斜向外延伸的第二直线边以及连接内凹弧形边和第二直线边的第二延伸端；第一直线边与第二曲线边和第二直线边形成凹沟。
可选择地，凹沟的深度大于垫块横向长度的三分之二。
可选择地，第一延伸部的上表面下凹形成第一支撑平面；第二延伸部的上表面下凹形成第二支撑平面。
可选择地，第一延伸部的第一延伸端靠近第一直线边的一侧向内凹陷形成第一豁口；第二延伸部的第二延伸端靠近第二直线边的一侧向内凹陷形成第二豁口；第一豁口、第二豁口与凹沟相通。
膝关节置换术是将金属骨小梁植入到人体中，通常辅助植入金属骨小梁的垫块为不锈钢、Co-Cr基合金、钛基合金，植入的金属骨与人体骨骼共同承载荷载，通常植入的金属骨的刚度高于人体骨骼的刚度，植入的金属骨承载更多荷载，而骨骼承载较低荷载，导致植入的金属骨小梁与人体骨骼出现应力遮挡，假体力线偏移，不能对称负重。钛合金与人体骨骼模量相差较小，适合作为金属骨小梁垫片植入到人体中，本申请发明人发现垫块的材料按重量分数计包括5.50％～6.75％AL；3.50％～4.50V；0～0.30％Fe；0～0.02％O；0～0.08％C；0～0.05％N；0～0.015％H；0～0.1％Cu；0～0.1％Sn；余量为Ti时，能够有效降低垫片模量，垫片类似人类松质骨，植入后即可发挥即时稳定及支撑作用。
本申请的3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块的表面为多空结构，均匀分布有孔，金属骨小梁胫骨翻修垫块表面的开孔率为60％-85％，微孔的孔径为1.50～1.70mm，金属骨小梁胫骨翻修垫块表面的微孔有利于人体骨生产。
本申请的3D打印金属骨小梁胫骨通过CT或核磁共振对患者的骨损伤、骨却是部分进行扫描，根据扫描结果确定需要置入的金属骨形状结构和尺寸，再根据需要置入的金属骨的结构、尺寸确定梁胫骨翻修垫块的尺寸。
本申请的3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块具有以下有益效果：
1、本申请的垫块类似肾型，垫块外围轮廓与人体胫骨轮廓近似，能够与骨损失部位完美贴合，恢复关节面高度，并重建肢体力线与原始肢体力线达到贴合，进而实现有效载荷传导。
2、本申请的垫块左右两部分的大小、高低可根据骨缺损部位和缺失量调节，方便根据骨缺损部位和缺失量的差别量身定做假体。
3、本申请的垫块可有效支撑胫骨平台与胫骨，满足翻修过程中骨缺损的修复要求，无需考虑患者骨愈合过程中垫块磨损需要更换垫块的问题。
4、本申请的垫块与骨损失部位具有高贴合度，能够纠正骨缺损造成的软组织不平衡和关节横轴位置偏移，保持膝关节伸屈间隙相等，增强关节活动度，同时配合假体柄将应力转移至髓腔，有效传导负荷。
附图说明
构成本发明的一部分的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是本申请3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块的结构示意图；
图2是本申请3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块与金属骨小梁胫骨的链接结构示意图；
图3是本申请3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块的俯视图；
图4是实施例中3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块表面的微孔在20倍显微镜下的放大图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征向量可以相互任意组合。
膝关节置换术以后，一旦植入膝关节出现松动，没有及时翻修，时间长了可能会导致骨量丢失、骨头缺损，或者关节畸形，严重者导致手术失败，大大降低患者满意度。
胫骨骨缺损常发生在胫骨负重面，由于假体力线偏移，不能对称负重，造成假体下方斜形骨缺损，若术中骨缺损未妥善处理，容易并发胫骨假体松动，导致膝关节置换技术失败。因此，妥善处理胫骨平台骨缺损，是膝关节置换术成功的关键所在。
以往的技术采用骨水泥或带有坡度的简单“马蹄楔形”垫块，骨水泥在固化过程中存在放热反应，会造成周围组织损伤，严重时可导致骨坏死，简单“马蹄楔形”垫块与肢体力线无法达到完美贴合，无法完成有效载荷传导，且垫块与假体或胫骨无直接固定点。
为了解决上述技术问题，如图1所示，本申请提供了一种3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块，垫块为类肾型结构，垫块表面均匀分布若干微孔。垫块为钛合金垫块。垫块的材料按重量分数计包括：5.50％～6.75％的AL、3.50％～4.50％的V、0～0.30％的Fe、0～0.02％的O、0～0.08％的C、0～0.05％的N、0～0.015％的H、0～0.1％的Cu、0～0.1的Sn、余量为Ti。本申请的垫块类似肾型，垫块外围轮廓与人体胫骨轮廓近似，能够与骨损失部位完美贴合，恢复关节面高度，并重建肢体力线与原始肢体力线达到贴合，进而实现有效载荷传导。
如图2所示，本申请的3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块在应用过程中，与胫骨支撑平台配合使用，胫骨支撑平台的支撑柱体卡入垫块的沟槽40中，垫片支撑胫骨支撑平台与胫骨支撑平台一起支撑荷载。
如图1所示，本申请的3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块，垫块为类肾型结构，垫块表面均匀分布若干微孔。垫块为钛合金垫块。
作为本申请的一个示例，垫块的材料按重量分数计包括：5.50％～6.75％的AL、3.50％～4.50％的V、0～0.30％的Fe、0～0.02％的O、0～0.08％的C、0～0.05％的N、0～0.015％的H、0～0.1％的Cu、0～0.1的Sn、余量为Ti。
基于上述示例，在一种实施方式中，垫块的材料按重量分数计包括：5.80％～6.50％AL；3.80％～4.20％V；0.10％～0.20％Fe；0.01％～0.02％O；.05％～0.05％C；0.02％～0.04％N；0.01％～0.015％H；0.05％～0.1％Cu；0.05％～0.1％Sn；余量为Ti。作为本申请的一个示例，垫块表面的孔隙率为60％-85％，微孔的孔径为1.5～1.7mm。本申请的垫块表面的微孔均匀分布，在相同的孔隙率和孔筋条件下，本申请的垫块密度为无孔致密垫块的密度的92～95％，能够有效降低垫块模量，重建肢体力线与原始肢体力线达到贴合，进而实现有效载荷传导。基于上述示例，在一种可能的实施方式中，垫块表面的孔隙率为70％-80％，微孔的孔径为1.57～1.63mm。
基于上述示例，在一种可能的实施方式中，垫块表面的微孔的孔筋丝度为600-1000μm，优选地，垫块表面的微孔的孔筋丝度平均为800μm。在此条件下，垫块表面的微孔分布更利于骨长入及细胞生长。
基于上述示例，在一种可能的实施方式中，垫块表面为氧化皮层，垫块表面分布的微孔为非氧化皮。
作为本申请的一个示例，如图1、3所示，垫块包括：圆角边部10、与圆角边部10一端连接向外延伸的第一延伸部20、与圆角边部10另一端连接向外延伸的第二延伸部30，第一延伸部20与第二延伸部30的延伸方向相同，第一延伸部20、第二延伸部30与圆角边部10之间形成凹沟40，第一延伸部20上开设有螺纹孔25，第二延伸部30上开设有螺纹孔35。基于上述示例，在一种可能的实施方式中，圆角边部10包括向外凸起的第一曲线边11以及向内凹陷的第二曲线边12。
第一延伸部20包括自圆角边部的第一曲线边11一端呈弧形向外延伸的外凸弧形边21、自圆角边部的第二曲线边12一端斜向外延伸的第一直线边22以及连接外凸弧形边21和第一直线边22的第一延伸端23。
第二延伸部30包括自圆角边部的第一曲线边11另一端呈弧形向外延伸的内凹弧形边31、自圆角边部的第二曲线边12另一端斜向外延伸的第二直线边32以及连接内凹弧形边31和第二直线边32的第二延伸端33。第一直线边21与第二曲线边12和第二直线边32形成凹沟40。
以圆角边部10的第一曲线边11的切线为纵向方向、以切点为圆心建立坐标轴，凹沟40的深度大于垫块横向长度的三分之二。
基于上述示例，在一种可能的实施方式中，如图2所示，第一延伸部20上开设有两个螺纹孔25，第二延伸部30上开设有两个螺纹孔35。在操作过程中，胫骨支撑平台上对应开设有螺纹连接孔，将胫骨支撑平台的支撑柱体从凹沟40的开口端卡入到凹沟40后，将连接螺钉将垫片与胫骨支撑平台螺纹连接。
基于上述示例，在一种可能的实施方式中，第一延伸部20的外凸弧形边21和第一直线边22圆滑连接形成第一延伸端23。第二延伸部30的内凹弧形边31和第二直线边32圆滑连接形成第二延伸端33。
基于上述示例，在一种可能的实施方式中，第一延伸部20的外凸弧形边21和第一直线边22直线连接形成第一延伸端23。第二延伸部30的内凹弧形边31和第二直线边32直线连接形成第二延伸端33，第一延伸端23和第二延伸端33在同一平面上。
基于上述示例，在一种可能的实施方式中，如图1、3所示，第一延伸部20、第二延伸部30的大小、高低、第一延伸部20的外凸弧形边21弧度，第二延伸部30的内凹弧形边31的内凹弧度等尺寸参数可根据骨缺损部位和缺失量调节，在此条件下，方便根据骨缺损部位和缺失量的差别量身定做假体。
作为本申请的一个示例，如图1所示，第一延伸部20的上表面下凹形成第一支撑平面26；第二延伸部30的上表面下凹形成第二支撑平面36。胫骨支撑平台的支撑柱体到卡入垫块的沟槽40中，支撑平台稳固搁置在第一支撑平面26、第二支撑平面36上，在此条件下，胫骨支撑平台与垫片稳固连接，植入后即可发挥即时稳定及支撑作用。
基于上述示例，在一种可能的实施方式中，第一延伸部20的第一延伸端23靠近第一直线边22的一侧向内凹陷形成第一豁口27；第二延伸部30的第二延伸端33靠近第二直线边32的一侧向内凹陷形成第二豁口37；第一豁口27、第二豁口37与凹沟40相通。在此条件下，第一豁口27与第二豁口37作为凹沟40开口端的一部分，凹沟40的开口端，便于在操作过程中将胫骨支撑平台的支撑柱体从凹沟40的开口端卡入到凹沟40中与垫片稳固连接。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块，其特征在于，所述垫块材料为钛合金垫块，所述垫块的材料按重量分数计包括：
所述垫块为类肾型结构，所述垫块表面均匀分布若干微孔。
2.如权利要求1所述的3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块，其特征在于，所述垫块的材料按重量分数计包括：
3.如权利要求1所述的3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块，其特征在于，所述垫块表面的孔隙率为60％-85％，所述微孔的孔径为1.50～1.70mm。
4.如权利要求3所述的3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块，其特征在于，所述垫块表面的孔隙率为70％-80％，所述微孔的孔径为1.57～1.66mm。
5.如权利要求3所述的3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块，其特征在于，所述垫块包括：圆角边部(10)、与所述圆角边部(10)一端连接向外延伸的第一延伸部(20)、与所述圆角边部(10)另一端连接向外延伸的第二延伸部(30)，所述第一延伸部(20)、所述第二延伸部(20)与所述圆角边部(10)之间形成凹沟(40)，所述第一延伸部(20)上开设有螺纹孔，所述第二延伸部(30)上开设有螺纹孔。
6.如权利要求5所述的3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块，其特征在于，所述圆角边部(10)包括向外凸起的第一曲线边(11)以及向内凹陷的第二曲线边(12)；
所述第一延伸部(20)包括自所述圆角边部的第一曲线边(11)一端呈弧形向外延伸的外凸弧形边(21)、自所述圆角边部的第二曲线边(12)一端斜向外延伸的第一直线边(22)以及连接所述外凸弧形边(21)和所述第一直线边(22)的第一延伸端(23)；
所述第二延伸部(30)包括自所述圆角边部的第一曲线边(11)另一端呈弧形向外延伸的内凹弧形边(31)、自所述圆角边部的第二曲线边另一端斜向外延伸的第二直线边(32)以及连接所述内凹弧形边(31)和所述第二直线边(32)的第二延伸端(33)；
所述第一直线边(22)与所述第二曲线边(12)和所述第二直线边(32)形成所述凹沟(40)。
7.如权利要求6所述的3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块，其特征在于，所述凹沟(40)的深度大于所述垫块横向长度的三分之二。
8.如权利要求3所述的3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块，其特征在于，所述第一延伸部(20)的上表面下凹形成第一支撑平面(26)；所述第二延伸部(30)的上表面下凹形成第二支撑平面(36)。
9.如权利要求3所述的3D打印金属骨小梁胫骨翻修垫块，其特征在于，所述第一延伸部(20)的第一延伸端(23)靠近所述第一直线边(22)的一侧向内凹陷形成第一豁口(27)；
所述第二延伸部(30)的第二延伸端(33)靠近所述第二直线边(32)的一侧向内凹陷形成第二豁口(37)；
所述第一豁口(27)、所述第二豁口(37)与所述凹沟(40)相通。
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