CN209136987U - 一种碳/碳复合材料人工胸骨骨架 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种碳/碳复合材料人工胸骨骨架，包括胸骨主体和肋骨连接支一体结构，所述肋骨连接支分布在胸骨两侧；人工胸骨骨架具有三层结构，中间层为碳/碳复合材料基层，上表层为高孔隙率碳层，下表层为热解碳涂层、碳化硅涂层或热解碳/碳化硅混合涂层。该人工胸骨骨架具有质量轻、比强度高、组织相容性好等优点，使用方便。

Description

一种碳/碳复合材料人工胸骨骨架

技术领域

本实用新型涉及一种人工胸骨骨架，特别涉及一种由碳材料人工胸骨骨架，具体涉及一种碳/碳复合材料人工胸骨骨架，属于生物医用材料领域。

背景技术

由于胸骨肿瘤、纵膈肿瘤及严重胸骨感染等原因切除胸骨，导致大面积骨性胸壁缺如，通常需进行骨性胸壁重建，以维持胸廓的完整性、稳定性和对纵膈脏器的保护。

胸骨重建近些年开始得到关注，传统的手段如自体组织移植，其取材有限，一般仅能实现覆盖、力学性能不理想，现有的人工材料如骨水泥、聚四氟乙烯补片、甲基丙烯酸树脂、金属板(钛合金、形状记忆合金、不锈钢刚等)、有机玻璃板和钢丝网等材料也存在强度不足或强度过大的力学相容性的问题。如中国实用新型专利(申请号为CN201320881169.3)公开了一种人工胸骨柄，包括胸骨柄体和胸骨柄架，所述的胸骨柄体与胸骨柄架间带有生理弧度的连接，所述的胸骨柄体上设置有胸锁关节重建固定底座和第一肋骨固定底座，所述的胸骨柄架上设置有固定于第2、3肋间的第一环抱式固定爪和固定于第3、4肋间的第二环抱式固定爪；该胸骨柄最大的优点是固定牢固，重建符合生理结构，保留部分胸锁关节的活动度，手术后不影响上肢功能。中国实用新型专利(申请号：CN201520015890.3)公开了一种人工胸骨骨架，包括人工胸骨柄和人工胸骨体，所述人工胸骨柄与人工胸骨体为一体连接，所述人工胸骨柄的顶端与胸锁关节连接处为光滑关节曲面，所述人工胸骨体的两侧设有若干个人工肋骨，所述人工肋骨的端部设有与肋骨残端固连的连接构件；其最大的优点是结构简单，手术操作简便，对于组织的刺激性小，不易损坏周边连接的完好骨骼关节，有效恢复胸壁的骨性结构，保护胸腔脏器。中国实用新型专利(申请号：CN201520940848.2)公开了一种3D打印钛合金胸骨替代件，该替代件包括胸骨部分和肋骨部分，其中胸骨部分顶端与胸骨的结合位置均匀的开有替代件固定螺孔，所述胸骨部分底端设计为蝶尾状，左、右蝶尾对应替代的最后一级肋骨位置，且蝶尾状胸骨部分亦开有替代件固定螺孔；所述的各级肋骨部分外端与对应肋骨的结合位置均开有替代件固定螺孔安装固定。其采用钛合金材料作为替代件的制成材料，最大的优点是使替代件与原骨完美接合，缩短了手术时间，提高了手术效率。这些人工胸骨都存在一定的优势，但是最大的缺点是在于其采用钛合金或形状记忆合金等传统材料，生物相容性较差，且医学成像有伪影，不利于后续治疗。

实用新型内容

为了解决现有的人工胸骨存在的不足，本实用新型的目的是在于提供一种由碳/碳复合材料构成的质量轻、比强度高、组织相容性好、医学成像无伪影、使用方便的人工胸骨骨架。

为了实现上述技术目的，本实用新型提供了一种碳/碳复合材料人工胸骨骨架，其包括胸骨主体和肋骨连接支一体结构，所述肋骨连接支分布在胸骨主体两侧；人工胸骨骨架具有三层结构，中间层为碳/碳复合材料基层，上表层为高孔隙率碳层，下表层为热解碳涂层、碳化硅涂层或热解碳/碳化硅混合涂层。

优选的方案，所述碳/碳复合材料基层的碳纤维含量为30％～90％。

优选的方案，所述高孔隙率碳层的孔隙率为20％～60％。

优选的方案，所述热解碳涂层、碳化硅涂层或热解碳/碳化硅混合涂层的厚度为10～500μm。

优选的方案，所述胸骨主体和肋骨连接支上均设有若干缝合孔。

较优选的方案，所述碳/碳复合材料人工胸骨骨架的总体积密度为1.2～2.0g/cm³。

本实用新型中碳/碳复合材料人工胸骨骨架可以借助现有的碳/碳复合材料的制备工艺，例如：通过设计碳纤维预制体结构，保证中间层的碳纤维含量，结合复合基体碳工艺控制上表层的孔隙度，下表层通过化学气相沉积热解碳或碳化硅涂层，外形尺寸采用机加工而成。具体制备方法为，将碳纤维布和碳纤维网胎交叉叠加逐层针刺成2.5维碳纤维预制体，然后进行化学气相沉积热解碳基体和高温处理得到含有基层和多孔层的块状碳/碳复合材料坯料，然后将块体的碳/碳复合材料坯料加工成胸骨骨架形状和开缝合孔，最后在胸骨骨架的基层侧制备热解碳涂层得到人工胸骨骨架。

本实用新型提供的人工胸骨的上表层高孔隙率碳/碳复合材料层为靠近人体皮肤设置的表层，下表层热解碳涂层、碳化硅涂层或热解碳/碳化硅混合涂层为靠近胸腔内脏设置的表层。

相对现有技术，本实用新型带来的有益效果：

1)本实用新型提出的工胸骨骨架由碳/碳复合材料构成，碳/碳复合材料具有生物相容性良好、质轻、力学性能与人体骨相近、抗疲劳性好、可设计性强、医学成像无伪影等特点。

2)本实用新型提出的工胸骨骨架设计成三层，中间层为碳纤维含量高的碳/碳复合材料基层，其力学性能好，可实现比拟骨的力学性能，主要起到支撑作用；高孔隙率的碳层能促进与人体组织的形成生理学结合；而致密下表面碳材料涂层具有良好的耐磨性，可有效降低与胸腔内脏摩擦风险。人工肋骨的整体密度与人体骨相近，可最大限度恢复受体的生物学形态和功能，恢复胸壁的骨性结构，有效保护胸腔脏器，有利于患者的康复。

附图说明

【图1】为碳纤维复合材料人工胸骨骨架平面示意图；

【图2】为碳纤维复合材料人工胸骨骨架A-A剖面结构视图；

其中，1为缝合孔，2为肋骨连接支，3为胸骨主体，4为下表层，5为中间层，6为上表层。

具体实施方式

以下实施例旨在结合说明书附图进一步详细说明本实用新型内容，而不是限制本实用新型权利要求保护范围。

实施例1

本实用新型提出的碳/碳复合材料人工胸骨骨架如图1和图2所示，其形貌与人的胸骨骨架相近(如图1所示)，人工胸骨骨架包括胸骨主体3和肋骨连接支2；胸骨和肋骨连接支为一体结构，肋骨连接支分布在胸骨主体两侧；人工胸骨骨架主体为三层结构(如图2所示)，中间层5为碳纤维含量为60％的碳/碳复合材料基层，其碳纤维含量高，力学性能优良，主要起到支撑作用，上表层6为孔隙率40％的高孔隙率碳层，有利于促进与人体组织的形成生理学结合，下表层4为厚度为100微米左右的热解碳涂层，该涂层主要具有致密，耐磨的特点，降低与胸腔内脏摩擦风险。胸骨主体和肋骨连接支上均匀分布有若干缝合孔1，用于与人体其他结构衔接，如肋骨等。整个碳/碳复合材料人工肋骨的总体积密度为1.5g/cm³，具有质轻的特点。

Claims (6)

1.一种碳/碳复合材料人工胸骨骨架，其特征在于：包括胸骨主体(3)和肋骨连接支(2)一体结构，所述肋骨连接支分布在胸骨主体两侧；人工胸骨骨架具有三层结构，中间层(5)为碳/碳复合材料基层，上表层(6)为高孔隙率碳层，下表层(4)为热解碳涂层、碳化硅涂层或热解碳/碳化硅混合涂层。

2.根据权利要求1所述的一种碳/碳复合材料人工胸骨骨架，其特征在于：所述碳/碳复合材料基层的碳纤维含量为30％～90％。

3.根据权利要求1所述的一种碳/碳复合材料人工胸骨骨架，其特征在于：所述高孔隙率碳层的孔隙率为20％～60％。

4.根据权利要求1所述的一种碳/碳复合材料人工胸骨骨架，其特征在于：所述热解碳涂层、碳化硅涂层或热解碳/碳化硅混合涂层的厚度为10～500μm。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种碳/碳复合材料人工胸骨骨架，其特征在于：所述胸骨主体和肋骨连接支上均设有若干缝合孔(1)。

6.根据权利要求5所述的一种碳/碳复合材料人工胸骨骨架，其特征在于：所述碳/碳复合材料人工胸骨骨架的总体积密度为1.2～2.0g/cm³。