CN208611050U - 一种个性化桁架结构融合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种个性化桁架结构融合器，包括植骨主体；植骨主体包括融合区和配合区；融合区设置于植骨主体外表面；融合区与椎体接触面为桁架结构；配合区为与手术器械配合的实体金属结构；具有镂空孔的网格结构。本实用新型提供的融合器与椎体接触面为网格结构，把融合器与桁架结构相结合，融合器的整体弧面与椎体上下终板相同，桁架结构产生的微孔演变为植骨仓，并且桁架结构增大了植骨量，能够更有利于骨长入骨融合，同时桁架结构有很好的抗拉、抗压的力学性能，既减轻了产品重量，又降低了产品生产成本。同时金属融合器相比常规PEEK融合器在手术中显影更方便，更快捷。

Description

一种个性化桁架结构融合器

技术领域

本实用新型涉及脊柱内固定、金属3D打印领域，特别涉及一种3D打印个性化桁架结构融合器。

背景技术

目前，椎间融合器作为骨科手术中椎间替代物，经过了多年发展已经趋于成熟。大部分椎间融合器多选用PEEK材料，通过减材制造的方式加工出椎体上下终板的形状及植骨仓，植骨仓的大小决定了早期骨长入的面积但是过大也会影响整体结构的力学性能，显影还需要在显影孔的位置装上显影针，上述问题处理不当后期还会产生融合器松动、塌陷、不融合等问题，进而给患者带来经济上的负担。

聚醚醚酮(PEEK)是一种聚合物树脂材料，具备良好的耐磨、耐高温、良好的机械性能与抗疲劳性能、以及便于加工等优良的综合性能，广泛应用于脊柱椎间替代物。PEEK的缺陷在于其致密性高，而使骨组织很难附着在其表面。近年来多孔钛合金植入物因其极好的生物相容性及与松质骨类似的微观结构，以逐渐被医学界广泛应用。

SLM(选择性激光熔融技术)3D打印增材制造技术在医疗行业应用已经非常广泛，选择性激光熔融技术(Selective laser melting,SLM)技术借助计算机辅助设计(Computer Aided Design)与制造，通过分层一叠加原理，以能量较高的激光束选择性地将金属粉末完全融化，直接成形所设计的工件，无需工装模具，不受零件结构的多样性限制。并且高能激光产生的快速熔化和凝固过程使材料具有优越的组织和性能，与锻造钛合金的力学性能比较接近。凭借3D打印的诸多优点，所述3D打印个性化桁架结构融合器一定会更加符合病人需求，提高病人生活质量。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是通过增材制造提供一种3D打印个性化桁架结构融合器，既符合人体生理弧度，又能增大植骨仓加大植骨量又不影响植入物本身力学性能，还能利于后期骨长入。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型提供的桁架结构植骨融合器，包括植骨主体；所述植骨主体包括融合区和配合区；所述融合区设置于植骨主体外表面；所述融合区与椎体接触面为桁架结构；所述配合区为与手术器械配合的实体金属结构。

进一步，所述桁架结构包括若干弦杆和斜支撑；所述弦杆之间通过斜支撑连接；所述弦杆和斜支撑构成具有镂空孔的网格结构。

进一步，所述融合区包括植骨区和非植骨区；所述植骨区的镂空孔的参数为：孔隙率60％-90％，孔径1500μm±200μm；所述非植骨区的镂空孔的参数为：孔隙率60％-90％，孔径600μm±100μm。

进一步，所述植骨主体制作材料采用Ti6Al4V。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型中融合器外形采用桁架结构，产品外形保留了原有椎体上下终板的生理弧度，桁架结构产生的微孔增大了植骨量，有效的提升了骨界面融合面积，并且减轻了产品重量，降低了产品生产成本。同时采用3D打印一体成型技术，可以按照病人的真实骨质、椎体上下终板的实际情况进行设计，最终的产品也更加符合人体生理弧度。

·附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型3D打印个性化桁架结构融合器整体结构示意图；

图中，1为植骨区域；2为非植骨区域后期起到诱导骨长入作用；3与手术器械配合使用。

具体实施方式

以下将参照附图，对本实用新型的优选实施进行详细的描述。应当理解，优选实施仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

如图所示，本实用新型提供的一种3D打印个性化桁架结构融合器，整体为3D打印一体成型；所述融合器的植骨仓为桁架结构的微孔结构。

所述融合器植骨区域桁架结构参数为：孔隙率60％-90％，孔径1500μm±200μm；非植骨区域桁架结构参数为:孔隙率60％-90％，孔径600μm±100μm；

所述3D打印个性化桁架结构融合器与手术器械配合的区域为实体金属结构,有利于产品本身强度。本实施例提供的融合器材料为Ti6Al4V,所述融合器与椎体接触面为网格结构。

本身实施例还可以把产品做成非植骨型融合器，把植骨区域的参数与非植骨区域参数调整到一致：孔隙率60％-90％，孔径600μm±100μm；孔径调整后的桁架结构整体强度相比之前会大大增强，根据相关实验数据表明，孔隙率在60％-90％，孔径在600μm±100μm的微孔也有良好的骨诱导性，与骨界面摩擦性较强，产品植入后能够获得早期的稳定性，缩短病人恢复周期。

本实施例将融合器与桁架结构相结合，该融合器的整体弧面与椎体上下终板相同，桁架结构产生的微孔演变为植骨仓，并且桁架结构增大了植骨量，能够更有利于骨长入骨融合。同时桁架结构有很好的抗拉、抗压的力学性能，既减轻了产品重量，又降低了产品生产成本。同时金属融合器相比常规PEEK融合器在手术中显影更方便，更快捷。

本实施例提供的融合器中还设置有感应装置，用于融合器之间的压力，所述感应装置将感应信号输入到无线发射机构，所述无线发射机构将信号发送到外部信号检测机构进行分析处理，从而实现融合器压力监测。

本实施例提供的融合器的3D打印详细过程如下所述：

一、CT数据采集

所述3D打印桁架结构融合器上下终板形状由病人的椎体的外型决定，为了获得病人的骨骼数据需要通过X射线、CT、MRI等方式进行数据采集，模型质量的高低由CT数据决定，一份好的CT数据需要注意一下参数：

1、控制管电流(mA)管电流决定灯丝电子的发射量，即X线量的多少。管电流越高，灯丝工作温度越高，那么它的蒸发就越快，灯丝寿命就越短。工作中，在不影响图像质量的情况下，应尽量减少毫安量。

2、控制管电压(kV)管电压决定X线的质，即X线穿透能力的大小，管电压越大，旋转阳极靶面所接收电子撞击的能量越大，此时阳极的温度也越高。工作中，应根据不同部位、不同年龄、不同的病情合理选择管电压，不可为了节省时间而千遍一律。

3、控制扫描层厚(Thickness)扫描层厚是由准直器开口决定的，层厚大，准直器开口大，反之则小。但层厚越小，所需的管电压、管电流也要相应增加，否则，图像噪声增大，分辨率差，影响图像质量。

4、合理选择最佳螺距(Pitch)螺旋扫描中，螺距(pitch)等于球管旋转一周时扫描床所移动的长度除以层厚。扫描中的层厚、螺距、床速三者之间要合理配置参数，方可使图像质量得到满意、球管的效能发挥到最佳状态。

二、CT数据处理获取三维模型

CT数据是由CT设备逐层扫描获得，为了获得病人真实的三维骨骼模型需要把这些单张扫描的图片导入医学软件Mimics18.0进行三维重建，以下是具体实施步骤：

1、按照扫描顺序将DICOM数据导入医学软件Mimics18.0；

2、使用新建蒙版功能，参数：最低阈值226，最高阈值1781；

3、使用3D重建命令，获取病变骨骼模型，相关参数：Quality:optimal、Prefer:comtinuity、Iterations:3。

4、使用UG三维造型软件绘制3D打印桁架结构融合器最初外型，使用布尔运算功能将实体部分和网格部分进行分离，分别导出STL文件；

5、将实体部分和网格部分导出的STL文件导入3-matic 10.0软件，使用CreateVolume Graph功能进行桁架结构绘制，设计参数：Max Edge Length:10；

6、使用Graph to STL功能将桁架结构转为实体部件，相关参数：

Accuracy:0.1Thickness:0.5Connection Thickness:0.1；

7、3D打印桁架结构融合器的实体部分和实体横街结构导入Mimics18.0，使用拖动功能把3D打印桁架结构融合器放到预期的位置，使用裁剪功能切除病变椎体，将3D打印桁架结构融合器的实体部分与上下椎体进行布尔运算，获得最终上下终板形状。

三、3D打印程序制作

在开始打印之前，需要把三维模型转换成3D打印机可以读取的数据，这个过程称之为切片，所用到的软件是Magics20.0。3D打印桁架结构融合器是一个不规则的三维图形，部分面处于悬空状态，根据重力原理，如果一个物体的某个面与垂直线的夹角大于45度且悬空，就有可能发生坠落。对于3D打印亦是如此。以下是支撑设计参数：

支撑类型：Block支撑；XY offset：0.1mm；Z offset：0.03。

四、打印过程

1、首先将设备调整到工作状态具体参数如下：

1)使用80微米的粉末筛网将粉末进行筛选，根据样品数量筛取粉末。

2)调整铺粉刮刀与打印平台的间距：0.1mm以内。

3)加热打印平台至35℃。

4)设定激光烧结功率220W，激光扫描速度1300mm/s，铺粉厚度0.03mm。

5)加工仓内充氩气进行保护，氧含量低于0.1％。

6)调取程序开始打印。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过参照本实用新型的优选实施例已经对本实用新型进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本实用新型所限定的精神和范围。

Claims (4)

1.一种个性化桁架结构融合器，其特征在于：包括植骨主体；所述植骨主体包括融合区和配合区；所述融合区设置于植骨主体外表面；所述融合区与椎体接触面为桁架结构；所述配合区为与手术器械配合的实体金属结构。

2.如权利要求1所述的个性化桁架结构融合器，其特征在于：所述桁架结构包括若干弦杆和斜支撑；所述弦杆之间通过斜支撑连接；所述弦杆和斜支撑构成具有镂空孔的网格结构。

3.如权利要求1所述的个性化桁架结构融合器，其特征在于：所述融合区包括植骨区和非植骨区；所述植骨区的镂空孔的参数为：孔隙率60％-90％，孔径1500μm±200μm；所述非植骨区的镂空孔的参数为：孔隙率60％-90％，孔径600μm±100μm。

4.如权利要求1所述的个性化桁架结构融合器，其特征在于：所述植骨主体制作材料采用Ti6Al4V。