CN115531048A - 一种3d打印椎间融合器及其打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印椎间融合器及其打印方法，涉及医疗器械技术领域。该3D打印椎间融合器采用基体截面呈四角为弧形倒角的方形或梯形结构，且椎间融合器的每个面都呈现圆弧形曲面，上下表面适配上下椎体终板的弧度；椎间融合器包括用于支撑作用的支撑结构、用于骨长入的多孔结构和贯穿上下表面的植骨仓；椎间融合器的正面分布有多个器械槽；上下表面设置有防滑凸起，且多孔结构低于防滑凸起；多孔结构由多个多孔结构单元及相邻多孔结构单元之间的多种不同大小的通孔组成，多孔结构单元为规律晶格结构或者随机晶格结构。该实施方式能够避免出现椎体沉降和应力遮挡，且可实现与个体力学需求的精确匹配。
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打印椎间融合器及其打印方法。
背景技术
腰椎椎间融合器是治疗腰椎椎间盘源性腰痛、各种原因的腰椎滑脱，同时需进行椎管减压及复位固定等疾病的骨科植入物。
传统的腰椎椎间融合器一般由钛合金或PEEK材料制成，中间留有植骨仓，术中在植骨仓中放入自体骨或人工骨。钛合金或PEEK材料融合器的主体在术后起到临时支撑及固定作用，植骨仓中的植骨在受到上下椎体终板的各种应力的刺激下，缓慢的与上下椎体进行融合，最终达到恢复腰椎生理弯曲和加速上下椎体融合的目的。
传统的椎间融合器虽在临床手术中被广泛应用，但仍存在以下几个问题：
1、椎体沉降问题，传统的椎间融合器由于融合器与椎体终板的接触面积受限，容易造成两者之间压力过大，融合器陷入椎体终板，进而椎体沉降；
2、应力遮挡问题，应力的刺激是植骨融合的必要条件。传统的钛合金椎间融合器的弹性模量较椎体骨质过大，使得钛合金融合器承担了大多数应力，植骨的应力刺激较少，产生了应力遮挡效应，故融合速度较慢。PEEK材料的弹性模量与椎体骨质较为接近，因此PEEK融合器能够较好的避免应力遮挡，但是PEEK材料具有疏水特性，在表面形成纤维组织，融合效果差；
3、精确匹配问题，因个体间差异很大，标准的腰椎前路椎间融合器很难匹配到每个人，导致一些腰椎前路椎间融合器植入体内后，可能会出现沉降、疲劳失效等问题。融合器的大小、形状等结构在临床腰椎前路椎间融合术中，会对植入的稳定性和融合效果产生影响；
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种3D打印椎间融合器及其打印方法，能够避免出现椎体沉降和应力遮挡，且可实现与个体的精确匹配。
为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种3D打印椎间融合器。
一种3D打印椎间融合器，所述椎间融合器采用基体截面呈四角为弧形倒角的方形或梯形结构，且所述椎间融合器的每个面都呈现圆弧形曲面，上下表面适配上下椎体终板的弧度；所述椎间融合器包括用于支撑作用的支撑结构、用于骨长入的多孔结构和贯穿所述上下表面的植骨仓；所述椎间融合器的正面分布有多个器械槽；所述上下表面设置有防滑凸起，且所述多孔结构低于所述防滑凸起；所述多孔结构由多个多孔结构单元及相邻多孔结构单元之间的多种不同大小的通孔组成，所述多孔结构单元为规律晶格结构或者随机晶格结构。
可选地，所述通孔包括2到4种大小不同、形状为圆形或多边形的通孔。
可选地，所述器械槽有3个，且支持多种手术入路方式。
可选地，所述防滑凸起为齿状凸起。
可选地，所述支撑结构包括：正面与背面的竖向支撑和上下表面的横向支撑。
可选地，所述背面的竖向支撑有3处，所述正面的竖向支撑有2处或为全实体支撑。
可选地，所述多孔结构的孔隙率为60-90％，且孔径尺寸为250-1000μm，杆径尺寸为200-1000μm。
可选地，所述椎间融合器选用Ti6Al4V、TC4、TA4、PEEK、镁、钽中的一种，通过选择性激光熔化、电子束熔化、熔融沉积制造中的一种或多种增材制造方式制造而成。
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种椎间融合器的打印方法。
一种椎间融合器的打印方法，包括：设计出适合患者的3D打印椎间融合器模型；对所述模型进行切片处理以得到切片文件，并将所述切片文件导入设置好参数的3D打印机中；根据所述切片文件生成切片文件的平面几何信息，并根据所述平面几何信息进行打印，每打印完成一层，基板下降一层，直至打印出整个椎间融合器
上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：在椎间融合器的正面分布有多个器械槽，可以支持多种手术入路方式，使得椎间融合器的实用性更强，便于与个体的精确匹配；在椎间融合器的上下表面设置防滑凸起，可以增大摩擦，减小椎体终板的压力，避免脱出和沉陷风险；由于齿状凸起嵌入上下椎体终板，使得低于齿状凸起的多孔结构与椎体终板的表面接触，椎间融合器在植入后初期稳定性效果好，不易发生椎体沉降；多孔结构包括多种不同大小的通孔，这种大小孔组合的结构，有利于营养输送，骨长入效果好，有利于融合；通过多孔结构的设计，使得椎间融合器的弹性模量低，四周及植骨仓内组织变形可刺激骨诱导，避免了应力遮挡，且多孔结构单元布置合理，避免了因为多孔结构单元部分缺失导致的应力分布不均匀的问题。
上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。
附图说明
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是本发明一个实施例的3D打印椎间融合器的立体结构图；
图2是本发明一个实施例的3D打印椎间融合器的正视图；
图3是本发明一个实施例的多孔结构单元的结构示意图；
图4是本发明另一个实施例的多孔结构单元的结构示意图；
图5是本发明一个实施例的3D打印椎间融合器的侧视图；
图6是本发明一个实施例的3D打印椎间融合器的俯视图；
图7是本发明一个实施例的3D打印椎间融合器的后视图；
图8是本发明另一个实施例的3D打印椎间融合器的立体结构图；
图9是本发明另一个实施例的3D打印椎间融合器的正视图；
图10是本发明另一个实施例的3D打印椎间融合器的侧视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
图1是本发明一个实施例的3D打印椎间融合器的立体结构图。如图1所示，在本发明的一个实施例中，椎间融合器采用基体截面呈四角为弧形倒角的方形或梯形结构，且椎间融合器的每个面都呈现圆弧形曲面，上下表面适配上下椎体终板的弧度。如图1所示，椎间融合器包括用于支撑作用的支撑结构11、用于骨长入的多孔结构12和贯穿上下表面13的植骨仓14。在椎间融合器的正面分布有多个器械槽15，该多个器械槽可以支持多种手术入路方式，例如：可满足ALIF(前路腰椎椎间融合术)和OLIF(斜外侧腰椎椎间融合术)入路的要求，使得椎间融合器的实用性更强，便于与个体的精确匹配。
图2是本发明一个实施例的3D打印椎间融合器的正视图。如图2所示，在本发明的实施例中，椎间融合器的正面分布的器械槽例如是有3个，且支持多种手术入路方式。
如图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，椎间融合器的上下表面13设置有防滑凸起16，且多孔结构12低于防滑凸起16，其中，防滑凸起16例如为齿状凸起。在椎间融合器的使用过程中，椎间融合器的上下表面与上下椎体终板的弧度匹配，接触面积大，上、下表面与椎体终板贴合充分，齿状凸起嵌入上下椎体终板，增大摩擦，减小椎体终板的压力，避免脱出和沉陷风险。同时，由于齿状凸起嵌入上下椎体终板，使得多孔结构与椎体终板的表面接触，椎间融合器在植入后初期稳定性效果好，不易发生椎体沉降。
如图1，在本发明的一个实施例中，多孔结构12由多个多孔结构单元17和相邻多孔结构单元之间的多种不同大小的通孔组成。这种大小孔组合的结构，有利于营养输送，骨长入效果好，有利于融合；通过多孔结构的设计，使得椎间融合器的弹性模量低，四周及植骨仓内组织变形可刺激骨诱导，避免了应力遮挡。在具体实施时，相邻多孔结构单元之间的通孔可以由2到4种不同大小的孔组成，且孔的形状可以为圆形或多边形等多种结构。
图3是本发明一个实施例的多孔结构单元的结构示意图。如图3所示，在本发明的一个实施例中，多孔结构单元例如为规律晶格结构，图中仅示出了规律晶格结构中的其中一种。
图4是本发明另一个实施例的多孔结构单元的结构示意图。如图4所示，在本发明的另一个实施例中，多孔结构单元例如为随机晶格结构，图中仅示出了随机晶格结构中的其中一种。
本领域技术人员应当知道，本发明实施例中所示出的规律晶格结构或者随机晶格结构仅是其中一个具体的实施方式，在实施本方案时，根据需要可对多孔结构单元的结构进行灵活设定，这并不影响本方案的实现效果。
图5是本发明一个实施例的3D打印椎间融合器的侧视图；图6是本发明一个实施例的3D打印椎间融合器的俯视图；图7是本发明一个实施例的3D打印椎间融合器的后视图。在本发明的实施例中，椎间融合器为上下对称和左右对称，故而图5所示的侧视图可作为左侧视图和右侧视图，图6所示的俯视图同样可作为仰视图。
由图中可以看出，在本发明的一个实施例中，支撑结构11包括正面与背面的竖向支撑111和上下表面的横向支撑112。其中，在本发明的一个实施例中，背面的竖向支撑有3处，正面的竖向支撑有2处，上下表面的横向支撑各1处，为椎间融合器提供了足够的刚度。其中，在具体实施时，背面的竖向支撑的宽度可根据刚度需求进行调整，同样地，正面除了竖向支撑之外的实体部分的大小也可根据刚度需求进行调整，便于与个体的精确匹配。
图8是本发明另一个实施例的3D打印椎间融合器的立体结构图；
图9是本发明另一个实施例的3D打印椎间融合器的正视图；图10是本发明另一个实施例的3D打印椎间融合器的侧视图。图8至图10示出了本发明另一个实施例的椎间融合器，本实施例与前述实施例的区别仅在于，椎间融合器的正面竖向支撑为全实体支撑，如此设计，可以支持更高的刚度需求。
另外，根据本发明的椎间融合器的结构，在具体实施时，多孔结构的孔隙率为60-90％，且孔径尺寸为250-1000μm，杆径尺寸为200-1000μm时，效果更佳。其中，孔径为孔的直径，杆径为相邻两个孔的外边缘之间的最短距离。
在具体实施过程中，本发明的椎间融合器可以选用Ti6Al4V、TC4、TA4、PEEK、Ta(钽)、Mg(镁)等多种材料中的一种，通过选择性激光熔化SLM、电子束熔化EBM、熔融沉积制造FDM等中的一种或多种增材制造方式制造而成。
另外，本发明还提供了一种椎间融合器的打印方法，首先，设计出适合患者的3D打印椎间融合器模型；然后，对模型进行切片处理以得到切片文件，并将切片文件导入设置好参数的3D打印机中；之后，根据切片文件生成切片文件的平面几何信息，并根据平面几何信息进行打印，每打印完成一层，基板下降一层，直至打印出整个椎间融合器。在具体实施时，在经过设计优化后，设计出适合患者的3D打印多孔腰椎前路椎间融合器模型，打印前经过优化和切片等前处理，将切片文件导入设置好参数的3D打印机中，打印系统根据该腰椎前路椎间融合器在计算机中生成切片的平面几何信息，每打印完成一层，基板下降一层，直至烧结出整个融合器。
本发明的椎间融合器在使用时，医生首先对患者取标准卧位，然后利用克氏针透视成像确定责任节段位置，确认切口位置，腰大肌前缘的位置作为探针在椎间隙的理想起始位置，之后放置牵开器，其开口要与椎间隙平行，清除终板及椎间盘软骨，最后进行椎间融合器植入。
根据本发明实施例的技术方案，在椎间融合器的正面分布有多个器械槽，可以支持多种手术入路方式，使得椎间融合器的实用性更强，便于与个体的精确匹配；在椎间融合器的上下表面设置防滑凸起，可以增大摩擦，减小椎体终板的压力，避免脱出和沉陷风险；由于齿状凸起嵌入上下椎体终板，使得地域齿状凸起的多孔结构与椎体终板的表面接触，椎间融合器在植入后初期稳定性效果好，不易发生椎体沉降；多孔结构包括多种不同大小的通孔，这种大小孔组合的结构，有利于营养输送，骨长入效果好，有利于融合；通过多孔结构的设计，使得椎间融合器的弹性模量低，四周及植骨仓内组织变形可刺激骨诱导，避免了应力遮挡，且多孔结构单元布置合理，避免了因为多孔结构单元部分缺失导致的应力分布不均匀的问题。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种3D打印椎间融合器，其特征在于，所述椎间融合器采用基体截面呈四角为弧形倒角的方形或梯形结构，且所述椎间融合器的每个面都呈现圆弧形曲面，上下表面适配上下椎体终板的弧度；
所述椎间融合器包括用于支撑作用的支撑结构、用于骨长入的多孔结构和贯穿所述上下表面的植骨仓；
所述椎间融合器的正面分布有多个器械槽；
所述上下表面设置有防滑凸起，且所述多孔结构低于所述防滑凸起；
所述多孔结构由多个多孔结构单元及相邻多孔结构单元之间的多种不同大小的通孔组成，所述多孔结构单元为规律晶格结构或者随机晶格结构。
2.根据权利要求1所述的3D打印椎间融合器，其特征在于，所述通孔包括2到4种大小不同、形状为圆形或多边形的通孔。
3.根据权利要求1所述的3D打印椎间融合器，其特征在于，所述器械槽有3个，且支持多种手术入路方式。
4.根据权利要求1所述的3D打印椎间融合器，其特征在于，所述防滑凸起为齿状凸起。
5.根据权利要求1所述的3D打印椎间融合器，其特征在于，所述支撑结构包括：正面与背面的竖向支撑和上下表面的横向支撑。
6.根据权利要求5所述的3D打印椎间融合器，其特征在于，所述背面的竖向支撑有3处，所述正面的竖向支撑有2处或为全实体支撑。
7.根据权利要求1所述的3D打印椎间融合器，其特征在于，所述多孔结构的孔隙率为60-90％，且孔径尺寸为250-1000μm，杆径尺寸为200-1000μm。
8.根据权利要求1所述的3D打印椎间融合器，其特征在于，所述椎间融合器选用Ti6Al4V、TC4、TA4、PEEK、镁、钽中的一种，通过选择性激光熔化、电子束熔化、熔融沉积制造中的一种或多种增材制造方式制造而成。
9.一种如权利要求1-8中任一所述的椎间融合器的3D打印方法，其特征在于，包括：
设计出适合患者的3D打印椎间融合器模型；
对所述模型进行切片处理以得到切片文件，并将所述切片文件导入设置好参数的3D打印机中；
根据所述切片文件生成切片文件的平面几何信息，并根据所述平面几何信息进行打印，每打印完成一层，基板下降一层，直至打印出整个椎间融合器。
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| CN202110739006.0A CN115531048A (zh) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 一种3d打印椎间融合器及其打印方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115531048A true CN115531048A (zh) | 2022-12-30 |
Family
ID=84717384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110739006.0A Pending CN115531048A (zh) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 一种3d打印椎间融合器及其打印方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115531048A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117204988A (zh) * | 2023-09-13 | 2023-12-12 | 上海锐植医疗器械有限公司 | 一种椎间融合器及其打印设备和方法 |
-
2021
- 2021-06-30 CN CN202110739006.0A patent/CN115531048A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117204988A (zh) * | 2023-09-13 | 2023-12-12 | 上海锐植医疗器械有限公司 | 一种椎间融合器及其打印设备和方法 |
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