CN116747051A - 一种骨植入物 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种骨植入物，包括：第一支架，具有移动部及固定部，在所述第一支架受到第一范围内应力时，由所述移动部吸收应力并产生第一应变及位移，在所述第一支架受到第二范围内应力时，由所述移动部、固定部共同吸收应力，以使所述移动部产生第二应变及位移，固定部产生第三应变；其中，所述第二范围内应力大于第一范围内应力，所述第一应变、第二应变及第三应变均在能够促进骨生长的目标范围内。本发明的骨植入物能够满足骨成长所需应变需求，促进骨成长。

Description

一种骨植入物

技术领域

本发明实施例涉及医疗领域，特别涉及一种骨植入物。

背景技术

向骨伤患者体内植入骨植入物（如支架），以促进骨伤愈合是目前医学领域较为常见的治疗手段。而适当的力学刺激（如活动肢体等）有助于骨细胞增殖、分化，促进骨愈合；但骨骼的力学性能分布在空间上具有明显的不均匀性，同时金属植入物的弹性模量（约100GPa）远高于骨骼（0.1-20 GPa）。所以植入物在体期间承受几乎所有应力，而骨细胞则缺少应力刺激，致使骨伤处常由于“应力屏蔽”而引起骨质流失。

由于骨植入物的刚度是由材料固有弹性模量和植入物的结构之间的函数来决定的，可通过改变结构来调整多孔材料的刚度。故为了解决上述问题，一些骨植入物采用多孔结构以降低金属植入物弹性模量和刚度。虽然通过结构调整可以使骨骼摆脱“应力屏蔽”的困扰，可是促进成骨本质上是通过合适的植入物刚度为骨头带来适当的应变（促进骨生长的应变范围为0.6-5%）。然而对于传统的支架设计而言，弹性模量和刚度为定值，所以其仅能够适配骨骼所受的一定范围内的应力，难以在应力大范围内达到促进骨生长的应变需求。

发明内容

本发明提供了一种能够满足骨成长所需应变需求的骨植入物。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种骨植入物，包括：

第一支架，具有移动部及固定部，在所述第一支架受到第一范围内应力时，由所述移动部吸收应力并产生第一应变及位移，在所述第一支架受到第二范围内应力时，由所述移动部、固定部共同吸收应力，以使所述移动部产生第二应变及位移，固定部产生第三应变；

其中，所述第二范围内应力大于第一范围内应力，所述第一应变、第二应变及第三应变均在能够促进骨生长的目标范围内。

在一些实施例中，所述第一应变为所述第一支架承受所述第一范围内应力时对应的应变需求的最低值。

在一些实施例中，在所述第一支架受到第二范围内应力时，所述移动部先承受所述应力并产生第二应变及最大位移，再由所述固定部继续承受所述应力并产生第三应变。

在一些实施例中，所述移动部具有弹性，当所述第一范围内应力及第二范围内应力撤除时，所述移动部基于弹性移动复位。

在一些实施例中，所述移动部产生的位移位于其结构内部，当所述第一支架受到第二范围内应力时，所述移动部产生最大位移，形成相对其自身结构、第一支架位置均固定的所述固定部。

在一些实施例中，所述第一支架包括多个沿其受力方向依次设置并相互连接的移动部，当所述第一支架受到第二范围内应力时，多个所述移动部受自身及相邻移动部的移动影响而移动靠拢，形成所述固定部。

在一些实施例中，所述第一支架由旋转方向相同的第一螺旋件与第二螺旋件通过穿插设置而形成支架主体，所述移动部由所述支架主体中位置相邻，并能够相对移动的部分所述第一螺旋件与第二螺旋件组合形成。

在一些实施例中，所述第一支架还包括第一端件、第二端件及多根连杆，所述支架主体通过所述连杆与所述第一端件、第二端件相连。

在一些实施例中，所述支架主体包括多个移动部时，至少位于部分所述移动部以外的支架主体上设有所述连杆，当所述第一支架受到第二范围内应力时，多个所述移动部沿受力方向移动最大位移呈压缩状态，处于压缩状态的移动部及各所述连杆配合形成所述固定部，其中，所述移动部与固定部在受压时均产生于空间上均匀分布的应变。

在一些实施例中，所述第一支架呈中空柱状，所述骨植入物还包括至少一个第二支架，所述至少一个第二支架设于所述第一支架内，并与所述第一支架结构相同。

基于上述实施例的公开可以获知，本发明实施例具备的有益效果包括将骨植入物设置为具有移动部及固定部的形式，使得其能够根据所受的应力大小而匹配地利用移动部或移动部与固定部来做出响应，包括在所受应力较小时，利用移动部的应变及受力移动辅助吸收应力，而在所受应力较大时，则同时利用移动部及固定部配合吸收应力，以使产生的应变始终位于能够帮助骨生长的目标范围内，确保骨组织稳定成长，促进骨伤恢复。

附图说明

图1为本发明实施例中骨植入物的结构关系示意图。

图2为本发明一实施例中骨植入物的部分结构示意图。

图3为本发明另一实施例中的骨植入物的立体结构示意图。

图4为本发明另一实施例中的骨植入物的主视图。

图5为本发明另一实施例中的骨植入物的结构剖视图。

图6为本发明中骨植入物在不同阶段的应变曲线图。

图7为实验对比图。

附图标记：

1-第一支架；2-移动部；3-固定部；4-第一端件；5-第二端件；6-连杆；7-第二支架

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的描述，但不作为本发明的限定。

应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，下述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。

下面，结合附图详细的说明本发明实施例。

骨力学重建需要植入物为其带来适当的应变，同时具备足够的强度。目前的骨植入物支架的力学结构设计仅考虑从刚度匹配的角度来促进成骨，但这些结构都是单一阶段的力学变形模式，难以同时满足力学强度和变形量的需求。

为解决上述问题，如图1所示，本发明实施例提供一种骨植入物，包括：

第一支架1，具有移动部2及固定部3，在第一支架1受到第一范围内应力时，由移动部2吸收应力并产生第一应变及位移，在第一支架1受到第二范围内应力时，由移动部2、固定部3共同吸收应力，以使移动部2产生第二应变及位移，固定部3产生第三应变；

其中，第二范围内应力大于第一范围内应力，第一应变、第二应变及第三应变均在能够促进骨生长的目标范围内。

上述的移动部2为第一支架1中受压后可以产生移动的结构，固定部3为第一支架1受压后除应变以外不会产生任何移动的结构。

进一步地，移动部2与固定部3相对于第一支架1的定义可以有多种，例如第一支架1可以由第一结构体形成，该第一结构体具有移动部2及固定部3，或第一支架1可以直接由形成移动部2的第二结构体及形成固定部3的第三结构体组合形成，还可以是第一支架1由第四结构体形成，该第四结构体既能够形成移动部2，又能够形成固定部3，如第四结构体能够在不同压力环境下而形成移动部2或固定部3。上述由各种形式形成的移动部2与固定部3均可表征第一支架1具有该移动部2与固定部3。以移动部2与固定部3由两种不同的结构分别形成，即移动部2与固定部3独立设置，并组合形成所述第一支架1为例，当第一支架1受到第一范围内应力，即较小的应力时，由移动部2承受该应力，以产生位移及小幅度的应变，而当第一支架1受到第二范围内应力，即较大的应力时，移动部2与固定部3共同吸收应力，如移动部2在应力压迫下移动至与固定部3贴靠的位置，之后与固定部3形成一整体而共同吸收应力，并分别产生第二应变及第三应变。或者，以第一支架1的移动部2与固定部3是由同一结构的不同状态形成为例，如在第一范围内应力下，该结构形成移动部2，可受力移动并产生相应应变，而在第二范围内应力下，该结构可由移动部2逐步转换为固定部3，以吸收应力并产生相应应变。也就是，通过本实施例设置移动部2及固定部3，可使骨植入物的弹性模量、应变范围具有层级之分，或者阶段之分，在第一层级/第一阶段，产生的弹性模量较低，使得其能够满足较小应力下的较小应力需求，而在第二层级/第二阶段，产生的弹性模量增大，使其能够满足较大应力下的较大应力需求。但是，不论是满足较小应力需求产生的应变亦或是满足较大应力需求产生的应变，其均位于目标范围内，该目标范围是基于能够促进骨生长所需的应力范围而匹配设置的，具体数值不定，例如可以但不限于为骨植入物自身应变范围的0.6%-5%等。

基于上述实施例的公开可知，本实施例具备的有益效果包括将骨植入物设置为具有移动部2及固定部3的形式，使得其能够根据所受的应力大小而匹配地利用移动部2或移动部2与固定部3来做出响应，包括在所受应力较小时，利用移动部2的应变及受力移动辅助吸收应力，而在所受应力较大时，则同时利用移动部2及固定部3配合吸收应力，以使产生的应变始终位于能够帮助骨生长的目标范围内，确保骨组织稳定成长，促进骨伤恢复。

在一些实施例中，为保证在第一范围内应力下，移动部2产生的应变较小，使与骨植入物相连的骨组织能够吸收一些应力，刺激骨组织生长，第一应变优选为第一支架1承受第一范围内应力时对应的应变需求的最低值。

进一步地，在第一支架1受应力压迫时，移动部2与固定部3响应应力的顺序均为先有移动部2做出响应，再由固定部3做出响应。例如当第一支架1受到第二范围内应力时，移动部2先承受应力并产生第二应变及最大位移，再由固定部3继续承受应力并产生第三应变。也即，在任何结构形式下的第一支架1，当其所受应力较大时，均先由移动部2吸收应力而移动至行程的最大值处，之后由移动部2形成的固定部3继续承受应力，或由移动部2与固定部3配合形成的整体而继续承受应力。

需指出的是，上述的第一范围内应力/较小应力，第二范围内应力/较大应力均不是固定值，在本实施例中，第一范围内应力/较小应力是指至多使移动部2移动至其行程最大值处的应力，而第二范围内应力/较大应力是指至少使移动部2移动至其行程最大值处的应力。对应不同材料制备而成的骨植入物，和/或不同结构形成的移动部2，驱使移动部2移动的应力均会受到影响，故第一范围内应力，第二范围内应力的具体数值范围可视实际情况而定。

作为可选材料，骨植入物可由钛合金、铝合金等金属材料制备形成。还可以由其他符合植入物要求的新材料制备形成，具体不定。

为了使应力消除时，移动部2可以自行复位，在本实施例中，移动部2是具有弹性的，即由具有弹性的结构形成。当第一范围内应力及第二范围内应力撤除时，移动部2便可基于受压时积攒的弹性力而移动复位。或者，移动部2也可以不设置为具有弹性的形式，其复位可以基于相连的骨结构的活动而实现。

进一步地，在本实施例中，移动部2与固定部3并不是独立设置的，而是由同一结构基于运动而实现状态切换，进而形成移动部2、固定部3的。也即移动部2是通过移动而改变其结构形态，进而形成移动部2或固定部3的。

具体地，在本实施例中，移动部2产生的位移位于其结构内部，也即形成移动部2的结构中具有移动空间，以使移动部2能够在结构内产生位移，例如使移动部2张大或缩小，展开或收缩，再如移动部2包含a端和b端，通过移动可使得移动部2的a端与b端靠近或远离等。基于此类设置形式，当第一支架1受到第二范围内应力时，移动部2产生最大位移，形成相对其自身结构、第一支架1位置均固定的固定部3。例如，移动部2通过移动而使得其结构呈最大压缩状，此时的移动部2即为固定部3，当承受应力时只会产生应变，而不再产生移动。

为应对不同植入需求，骨植入物的长度是可调节的，如可通过调整移动部2的设置数量而实现。当骨植入物的长度较长时，可设置多个移动部2，而当骨植入物的长度较短时，可设置少量的移动部2，甚至可设置一个移动部2。当移动部2为多个时，多个移动部2可以沿第一支架1的受力方向或移动部2的移动方向依次相邻设置或间隔设置。当为间隔设置时，可以均匀设置也可以为非均匀设置。且，多个移动部2相互连接，其可以为直接连接的形式，也可以为间接连接的形式，还可以是两种方式相结合的方式实现连接。当第一支架1受到第二范围内应力时，多个移动部2受自身及相邻移动部2的移动影响而移动靠拢，形成固定部3。

例如，第一移动部、第二移动部、第三移动部沿第一支架1的受力方向依次设置，并相互连接，当第一移动部、第二移动部、第三移动部均受压移动时，第一移动部整体会被第二移动部带动而向靠近第二移动部的方向移动，第三移动部移动时又会带动第一移动部、第二移动部整体向靠近第三移动部的方向移动。此种情况即为多个移动部2受相邻移动部的移动影响而移动靠拢的现象，当所有移动部2均移动至自身最大行程位置处时，所有移动部2受压后均不会再移动，而仅发生应变，此时由多个移动部2形成的整体即为固定部3。

在实际应用时，形成本实施例上述第一支架1的结构形式有多种，例如，在实施例一中：

如图2所示，多个移动部2相互连接，每个移动部2均可由一类似碟簧的结构形成，当其受压移动至最大压缩状态（即最大行程位置处时的状态，形成固定部3的状态）时，每个移动部2便形成或近似形成一饼状体。当为多个移动部2时，即为平行设置的多个饼状体。多个饼状体的间隔可大可小，还可为不等距的间隔，具体设置方式不唯一。且多个饼状体可以相互间通过连接件连接，也可由每个移动部2的一端向另一移动部2方向延伸形成的延伸部而相互连接，即多个移动部2可为一体结构。连接后的多个移动部2经移动压缩后，可以相互抵靠形成一整体，也可基于连接件而形成一整体，该整体即为第一支架1的固定部3。

在实施例二中：

作为一优选实施例，如图3、图4及图5所示，本实施例中的第一支架1由旋转方向相同的第一螺旋件与第二螺旋件通过穿插设置而形成支架主体，例如两根旋转方向相同的弹簧基于其结构中的压缩空间而相互穿插后形成的结构，即为支架主体，其具体结构可参考图3所示。移动部2由支架主体中位置相邻，并能够相对移动的部分第一螺旋件与第二螺旋件组合形成。具体地，继续沿用上述实例，以每根弹簧均包括多个旋转层为例，当两个旋转方向相同的弹簧穿插后，两根弹簧位置对应的两个旋转层间会具有一定间隔，基于该间隔可使得两根弹簧受压时，靠近施力端的旋转层会基于该间隔移动靠近对应的另一旋转层，而该位置对应并可相对靠近，且分属于两根弹簧的旋转层便构成一移动部2。

继续结合图3、图4及图5所示，第一支架1还包括第一端件4、第二端件5及多根连杆6，支架主体通过连杆6与第一端件4、第二端件5相连。第一端件4与第二端件5的具体结构不唯一，可以为板体，也可以为其他端面为平面的结构体。

进一步地，本实施例中的支架主体包括多个移动部2，为了增加第一支架1的刚度，避免第一支架1的移动部2的移动行程较大，使得第一支架1在受到较大应力下依然处于移动状态，造成骨植入物刚度降低，无法提供骨生长所需的应变，本实施例中位于每个移动部2以外的支架主体上设有连杆6，例如如图3、图4及图5所示，相邻两个移动部2间均设有连杆6，也即多个移动部2均通过连杆6依次连接，这使得第一支架1中每个移动部2的移动行程均被大幅缩短，仅能够在支架承受较小应力时提供所需应变，而在支架受到较大应力压迫时，多个移动部2分别移动至最大行程处，此时各个移动部2均形成固定部3，多个固定部3由连杆6连接，当前形成的结构体也可理解为固定部3，其在承受应力时，主要由连杆6承担，此时的第一支架1整体刚度、强度均得到显著提高。

而不论是移动部2受压产生应变，亦或是固定部3受压产生应变，各应变均是在骨植入物整体结构空间中分布均匀，不会出现如汽车一样，仅有车轮产生应变，而车身无应变的现象。

在另一些实施例中，为了更进一步提升骨植入物整体的刚度，同时增加与骨组织间的接触面积，本实施例中的第一支架1呈中空柱状，如圆柱状等，同时骨植入物还包括至少一个第二支架7，该至少一个第二支架7设于第一支架1内，并与第一支架1结构相同。也即，以一个第二支架7为例，其为第一支架1等比例缩小后的支架，将两个支架以叠套的形式设置，即可满足刚度及接触面积的双重需求，其结构可参考图4及图5所示，但并不局限于图4及图5所示结构设计。当为多个第二支架7时，其可以是结构尺寸相同的支架，也可以是尺寸不同的支架，即多个第二支架7是基于第一支架1以不同比例缩小后形成的。另外，任何一个第二支架7与第一支架1在尺寸上的比例均不定，设置位置也不定，可以是同心嵌套设置，也可以是排列形成其他阵列等，可以根据具体植入位置、所连骨组织的尺寸等实际治疗需求而综合确定。

在本实施例中的骨植入物投入使用后，相比于以往的传统骨植入物只能够始终提供500MPa的弹性模量，如图6所示（图中的stress与force均表示骨植入物所受应力），本实施例中的骨植入物（对应图中DMS所示曲线）能够在较小应力下（对应图中的stage1）仅产生13.4MPa的压缩模量（对应图中的strian），而在较大应力下（对应图中的stage2）则可产生300MPa的压缩模量，实现了当受力较小时能够快速达到应变需求最低值，而在承受较大力的情况下骨植入物整体变形相对较小，以保证在较大受力范围内应变都处于促进骨生长的需求区间内，相比于图6中的另一曲线CS(代表现有的骨植入物)在同样大小的应力下产生的压缩模量/应变量可知，本实施例中的骨植入物被植入人体骨骼内可以更好地促进骨生长。如图7所示，该图展示了本实施例骨植入物与传统骨植入物植入兔桡骨大段骨缺损1个月后CT图片及3D重建结果，由定量分析可见，基于本实施例的骨植入物治疗后的新成骨量（BV2）比基于传统结构的骨植入物治疗后的新成骨量有显著性提升，因此本实施例的骨植入物的结构确实具有更好的促成骨效果。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种骨植入物，其特征在于，包括：

第一支架，具有移动部及固定部，在所述第一支架受到第一范围内应力时，由所述移动部吸收应力并产生第一应变及位移，在所述第一支架受到第二范围内应力时，由所述移动部、固定部共同吸收应力，以使所述移动部产生第二应变及位移，固定部产生第三应变；

其中，所述第二范围内应力大于第一范围内应力，所述第一应变、第二应变及第三应变均在能够促进骨生长的目标范围内。

2.根据权利要求1所述的骨植入物，其特征在于，所述第一应变为所述第一支架承受所述第一范围内应力时对应的应变需求的最低值。

3.根据权利要求1所述的骨植入物，其特征在于，在所述第一支架受到第二范围内应力时，所述移动部先承受所述应力并产生第二应变及最大位移，再由所述固定部继续承受所述应力并产生第三应变。

4.根据权利要求1所述的骨植入物，其特征在于，所述移动部具有弹性，当所述第一范围内应力及第二范围内应力撤除时，所述移动部基于弹性移动复位。

5.根据权利要求1所述的骨植入物，其特征在于，所述移动部产生的位移位于其结构内部，当所述第一支架受到第二范围内应力时，所述移动部产生最大位移，形成相对其自身结构、第一支架位置均固定的所述固定部。

6.根据权利要求5所述的骨植入物，其特征在于，所述第一支架包括多个沿其受力方向依次设置并相互连接的移动部，当所述第一支架受到第二范围内应力时，多个所述移动部受自身及相邻移动部的移动影响而移动靠拢，形成所述固定部。

7.根据权利要求1或5所述的骨植入物，其特征在于，所述第一支架由旋转方向相同的第一螺旋件与第二螺旋件通过穿插设置而形成支架主体，所述移动部由所述支架主体中位置相邻，并能够相对移动的部分所述第一螺旋件与第二螺旋件组合形成。

8.根据权利要求7所述的骨植入物，其特征在于，所述第一支架还包括第一端件、第二端件及多根连杆，所述支架主体通过所述连杆与所述第一端件、第二端件相连。

9.根据权利要求8所述的骨植入物，其特征在于，所述支架主体包括多个移动部时，至少位于部分所述移动部以外的支架主体上设有所述连杆，当所述第一支架受到第二范围内应力时，多个所述移动部沿受力方向移动最大位移呈压缩状态，处于压缩状态的移动部及各所述连杆配合形成所述固定部，其中，所述移动部与固定部在受压时均产生于空间上均匀分布的应变。

10.根据权利要求1所述的骨植入物，其特征在于，所述第一支架呈中空柱状，所述骨植入物还包括至少一个第二支架，所述至少一个第二支架设于所述第一支架内，并与所述第一支架结构相同。