CN113749830A - 一种3d打印多孔型椎间融合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印多孔型椎间融合器，包括实心框架、多孔结构、咬合齿、夹持口、植骨仓；所述多孔结构均匀填充在所述实心框架内部，使实心框架各侧面形成镂空状；所述实心框架的上下端面分别设有若干所述咬合齿，且实心框架同侧端面设置的咬合齿对称设置；所述实心框架设有至少一个植骨仓，该植骨仓贯穿所述实心框架上下端面；所述夹持口设于所述实心框架的侧面。本发明能够解决传统椎间融合器弹性模量过高，存在“应力遮蔽”效应的问题，使椎间融合器的弹性模量尽可能贴近病患部位的人体骨弹性模量。

Description

一种3D打印多孔型椎间融合器

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种3D打印多孔型椎间融合器。

背景技术

椎间盘退行性病变是人体脊柱常见的疾病，医生通常采用椎间融合的方式对患者进行治疗，椎间融合器是进行椎间融合时常用的一种医疗植入器械，手术去除退变椎间盘后安置在两段椎体之间，替代部分或全部的原有椎间盘，可用来维持患者的椎体间高度，增强待融合部位的稳定性，提高椎体间的融合率。

常见的椎间融合器主要为管状，中间为空心结构，可以填充自体骨、异体骨、异种骨或人工骨等碎块，从而达到诱导新骨长入的目的，最终实现椎体间的融合。在椎间融合器的上下端面，通常还设计有齿状结构，用以咬合住相邻两段椎体的终板，达到早期固定的目的。

现用于制造椎间融合器的材料包括不锈钢、钛合金、聚醚醚酮(PEEK)等，不锈钢、钛合金这类金属材料虽然具有足够的力学强度，但是由于其弹性模量远高于人体骨的，因此存在“应力遮蔽”效应，造成融合器下沉，导致骨融合失败的几率较高。目前广泛应用的聚醚醚酮(PEEK)材料具有良好的弹性模量，比较贴合人体骨，虽然能够有效减轻“应力遮蔽”效应，但该材料具有疏水性较高的缺点，在骨融合过程中骨组织仅包裹在融合器的表面，并未与融合器形成有机整体。因此，传统的椎间融合器仍难以避免因融合器下沉、融合较差而导致手术效果不理想的问题。

发明内容

本发明旨在一定程度上解决上述存在的技术问题，提供一种3D打印多孔型椎间融合器，能够解决传统椎间融合器弹性模量过高，存在“应力遮蔽”效应的问题，使椎间融合器的弹性模量尽可能贴近病患部位的人体骨弹性模量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种3D打印多孔型椎间融合器，包括实心框架、多孔结构、咬合齿、夹持口、植骨仓；所述多孔结构均匀填充在所述实心框架内部，使实心框架各侧面形成镂空状，实心框架作为主要的承重结构，为椎间融合器提供足够的强度；所述实心框架的上下端面分别设有若干所述咬合齿，且实心框架同侧端面设置的咬合齿对称设置，咬合齿咬合入患者的脊椎终板，维持椎间融合器的稳定；所述实心框架设有至少一个植骨仓，该植骨仓贯穿所述实心框架上下端面，提供植骨空间，通过植骨，可以加速骨融合过程，提高融合率；所述夹持口设于所述实心框架的侧面，用于前入路手术，在手术时夹持椎间融合器。

作为优选，所述多孔结构内部或表面设有支撑梁。

作为优选，所述多孔结构的单元类型为菱形十二面体型或四面体型或八面体型或金刚石型或三角洲型或无序型。

作为优选，所述多孔结构的丝径为100-500μm，其孔径为200-1000μm。

作为优选，所述多孔结构的孔隙率为20％-90％。

作为优选，所述咬合齿为尖刺型或楔型或倒钩型。

作为优选，所述夹持口为台阶型或螺纹孔型或混合型。

作为优选，所述植骨仓为圆形或椭圆形或方形或三角形。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

多孔型椎间融合器一体成型能够解决传统椎间融合器弹性模量过高，存在“应力遮蔽”效应的问题，通过改变多孔结构的单元类型或丝径、孔径、孔隙率等参数对弹性模量进行调节控制，使椎间融合器的弹性模量尽可能贴近病患部位的人体骨弹性模量；

而且能够根据需要自由调整多孔结构特征实现力学性能灵活可调，更加贴合人体脊柱的实际需求。对于需要承受较大载荷的椎间融合器，还可以进一步在多孔结构的适当位置设计加强支撑梁，提高椎间融合器的力学强度；

同时多孔结构的存在不仅可以调整力学性能，还能提高椎间融合器表面的亲水性，并为骨组织的长入提供依附环境和生长空间，椎间融合器内部设计的植骨仓还可填充自体骨、异体骨、异种骨或人工骨等碎块，二者的共同作用下，能够加速骨组织生长，缩短融合时间，提高融合率，由于新生成的骨组织与椎间融合器相互包容为一体，更能达到远期稳定效果，解决传统椎间融合器易下沉、融合较差的问题；

进一步的，采用了3D打印的方式使咬合齿在植入初期椎间融合器可以更加稳固地与相邻椎体的上下终板咬合住，提高即可稳定性，减少术后椎间融合器位移甚至脱出的情况，同时也能降低因椎间融合器微运动而造成融合失败的几率，并且椎间融合器的上下端面可以被设计成不同倾斜角度，从而更加贴合患者相邻椎体的上下终板，椎间融合器与椎体终板的接触面积更大，避免匹配性不佳和应力集中等问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图中：

图1为本发明所述实施例1中3D打印多孔型椎间融合器结构示意图；

图2为本发明所述实施例2中3D打印多孔型椎间融合器结构示意图；

图3为本发明所述实施例3中3D打印多孔型椎间融合器结构示意图；

图4为本发明所述实施例4中3D打印多孔型椎间融合器结构示意图；

图5为本发明所述多孔结构内部加强筋结构示意图；

图6为本发明所述尖刺型咬合齿结构示意图；

图7为本发明所述楔型咬合齿结构示意图；

图8为本发明所述倒钩型咬合齿结构示意图；

图9为本发明所述菱形十二面体型多孔结构单元类型结构示意图；

图10为本发明所述四面体型多孔结构单元类型结构示意图；

图11为本发明所述八面体型多孔结构单元类型结构示意图；

图12为本发明所述金刚石型多孔结构单元类型结构示意图；

图13为本发明所述三角洲型多孔结构单元类型结构示意图；

图14为本发明所述无序型多孔结构单元类型结构示意图；

图15为本发明所述台阶型夹持口结构示意图；

图16为本发明所述螺纹孔型夹持口结构示意图；

图17为本发明所述混合型夹持口结构示意图。

附图标号：1-实心框架；2-多孔结构；3-咬合齿；4-夹持口；5-植骨仓。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”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、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”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。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，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”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

实施例1

如图1-5所示为本实施例中所述的一种3D打印多孔型椎间融合器，包括实心框架1、多孔结构2、咬合齿3、夹持口4、植骨仓5；所述多孔结构2均匀填充在所述实心框架1内部，使实心框架1各侧面形成镂空状，实心框架1作为主要的承重结构，为椎间融合器提供足够的强度，具体的，如图5所示，所述多孔结构2内部或表面还设有支撑梁6；所述实心框架1的上下端面分别设有若干所述咬合齿3，且实心框架1同侧端面设置的咬合齿3对称设置，咬合齿3咬合入患者的脊椎终板，维持椎间融合器的稳定；所述实心框架1设有至少一个植骨仓5，该植骨仓5贯穿所述实心框架1上下端面，提供植骨空间，通过植骨，可以加速骨融合过程，提高融合率；所述夹持口4设于所述实心框架1的前侧面，用于前入路手术，在手术时夹持椎间融合器。

本实施方式中多孔型椎间融合器采用一体成型不存在组配问题，因此各个部分之间不存在结合力问题，且制造过程简单，无需复杂的机加工处理，因此整个生产过程洁净无污染，不存在需要清理的加工助剂；

能够解决传统椎间融合器弹性模量过高，存在“应力遮蔽”效应的问题，通过改变多孔结构2的单元类型或丝径、孔径、孔隙率等参数对弹性模量进行调节控制，使椎间融合器的弹性模量尽可能贴近病患部位的人体骨弹性模量；

而且能够根据需要自由调整多孔结构2特征实现力学性能灵活可调，更加贴合人体脊柱的实际需求。对于需要承受较大载荷的椎间融合器，还可以进一步在多孔结构2的适当位置设计加强支撑梁，提高椎间融合器的力学强度；

同时多孔结构2的存在不仅可以调整力学性能，还能提高椎间融合器表面的亲水性，并为骨组织的长入提供依附环境和生长空间，椎间融合器内部设计的植骨仓5还可填充自体骨、异体骨、异种骨或人工骨等碎块，二者的共同作用下，能够加速骨组织生长，缩短融合时间，提高融合率，由于新生成的骨组织与椎间融合器相互包容为一体，更能达到远期稳定效果，解决传统椎间融合器易下沉、融合较差的问题；

进一步的，采用了3D打印的方式使咬合齿3在植入初期椎间融合器可以更加稳固地与相邻椎体的上下终板咬合住，提高即可稳定性，减少术后椎间融合器位移甚至脱出的情况，同时也能降低因椎间融合器微运动而造成融合失败的几率，并且椎间融合器的上下端面可以被设计成不同倾斜角度，从而更加贴合患者相邻椎体的上下终板，椎间融合器与椎体终板的接触面积更大，避免匹配性不佳和应力集中等问题。

在本实施例中，如图9-14所示，所述多孔结构2的单元类型为菱形十二面体型或四面体型或八面体型或金刚石型或三角洲型或无序型，具体的，所述多孔结构2的丝径为100-500μm，其孔径为200-1000μm，相应的，所述多孔结构2的孔隙率为20％-90％。

在本实施例中，如图6-8所示，所述咬合齿3为尖刺型或楔型或倒钩型，便于在植入相邻椎体间时咬合入椎体的终板，防止术后椎间融合器脱出，达到即刻固定的效果

在本实施例中，如图15-17所示，所述夹持口4为台阶型或螺纹孔型或混合型，可适应各种夹持工具，医生可使用夹持工具稳定地夹持住椎间融合器，然后植入患者的脊椎间隙中。

在本实施例中，所述植骨仓5为圆形或椭圆形或方形或三角形，便于填充咬碎的自体骨、异体骨、异种骨或人工骨等，加速骨融合。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1区别在于，在多孔型椎间融合器上设计有并列的两个植骨仓5，多个植骨仓5的设计可以适应更大尺寸的多孔型椎间融合器，保证不会因植骨仓5设计过大，而导致多孔型椎间融合器中部区域无实体承力结构，对脊椎的支撑力不均匀。

实施例3

如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于，夹持口4设计在多孔型椎间融合器的后侧面，可用于后入路手术，同时实心框架1被设计为长条形，医生在手术时可以根据患者情况选择仅切除半个椎间盘，放入1个多孔型椎间融合器，也可以选择切除整个椎间盘，并排放入2个多孔型椎间融合器。

实施例4

如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，夹持口4设计在多孔型椎间融合器的左侧面或右侧面，可用于侧入路手术。同时在多孔型椎间融合器上设计有并列的两个植骨仓5，保证不会因植骨仓5设计过大，而导致多孔型椎间融合器中部区域无实体承力结构，对脊椎的支撑力不均匀。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种3D打印多孔型椎间融合器，其特征在于，包括：

实心框架，用于承重；

多孔结构，用于骨组织长入；

咬合齿，用于咬合患者的脊柱终板；

夹持口，用于椎间融合器的夹持；

植骨仓，用于加速骨融合过程；

所述多孔结构均匀填充在所述实心框架内部，使实心框架各侧面形成镂空状，所述实心框架的上下端面分别设有若干所述咬合齿，且实心框架同侧端面设置的咬合齿对称设置，所述实心框架设有至少一个植骨仓，该植骨仓贯穿所述实心框架上下端面，所述夹持口设于所述实心框架的侧面。

2.根据权利要求1所述的3D打印多孔型椎间融合器，其特征在于，所述多孔结构内部或表面设有支撑梁。

3.根据权利要求2所述的3D打印多孔型椎间融合器，其特征在于，所述多孔结构的单元类型为菱形十二面体型或四面体型或八面体型或金刚石型或三角洲型或无序型。

4.根据权利要求3所述的3D打印多孔型椎间融合器，其特征在于，所述多孔结构的丝径为100-500μm，其孔径为200-1000μm。

5.根据权利要求4所述的3D打印多孔型椎间融合器，其特征在于，所述多孔结构的孔隙率为20％-90％。

6.根据权利要求1所述的3D打印多孔型椎间融合器，其特征在于，所述咬合齿为尖刺型或楔型或倒钩型。

7.根据权利要求1所述的3D打印多孔型椎间融合器，其特征在于，所述夹持口为台阶型或螺纹孔型或混合型。

8.根据权利要求1所述的3D打印多孔型椎间融合器，其特征在于，所述植骨仓为圆形或椭圆形或方形或三角形。

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