CN209269989U - 一种3d打印钛合金后胸肋骨替代件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种3D打印钛合金后胸肋骨替代件。本实用新型包括肋骨、胸椎椎体连接端、钛棒和椎弓钉，其特征在于所述胸椎椎体连接端一端设有弯钩，另一端弧面内侧设有卡扣螺钉，所述胸椎椎体连接端一端通过弯钩与钛棒连接，另一端通过卡扣螺钉与肋骨上的螺钉卡槽卡扣连接，所述钛棒通过椎弓钉固定在胸椎上。本实用新型为针对同一侧后胸肋骨病变的替代件，安装于人体胸椎与肋骨上，为人体胸骨的部分组织替换件，设计和用材合理，与人体胸骨吻合度高；避免了以往手术的复杂性和难度，缩短了手术时间，提高了手术效率；本替代件可永久留置于体内，最大限度的恢复了正常胸骨的生物学形态与功能。

Description

一种3D打印钛合金后胸肋骨替代件

技术领域

本实用新型涉及生物医药技术领域，特别指一种采用特殊的修复材料替换病变同侧胸肋骨部分的3D打印钛合金后胸肋骨替代件。

背景技术

胸骨是位于胸前壁正中的扁骨，形似短剑，分柄、体、剑突三部，胸骨两侧与肋骨相连接，肋骨后端与胸椎相连接，构成胸廓，对保护纵膈及胸腔内脏器起作重要作用。由于胸骨或肋骨肿瘤、感染、放射性溃疡、外伤和先天性畸形等胸肋骨常见疾病，往往需要手术治疗，从而造成胸骨或肋骨的缺损，特别是肋骨外伤特别常见，严重时需要切除整个胸骨。胸廓的完整性、稳定性和对纵膈脏器的保护性遭到破坏、危及患者的生命。胸骨或肋骨需要重建，目前应用胸骨及肋骨的重建方法和材料较多，但都有不少相应的缺点，手术修复效果不理想。

目前国内外对胸骨、肋骨重建的文献不是很多，主要参照胸壁肋骨缺损重建方法来完成胸骨重建，修复的方法较多：有异体骨、自体骨移植、肌瓣、皮瓣、大网膜、钢板、有机玻璃、金属网、金属丝、合成纤维、聚四氟乙烯网、钛网、硅橡胶片、Marlex 网及涤纶布、骨水泥等，效果参差不齐，先简单介绍如下：

1、自体组织。具有来源广泛、取材方便、组织相容性好，无异物反应，患者易于接受有很好的支持力，能防止胸壁浮动及反常呼吸；能长期置于体内，不发生松动；且能透过X线等优点。但缺点是取材有限，抗拉强度不足，破坏其它组织结构造成手术创伤。故多用于面积较小的缺损修复及皮瓣填塞和转移，另外也可结合人工材料进行修复。临床上常用的有胸大肌、胸大肌岛状皮瓣、乳腺、腹直肌、腹直肌肌皮瓣 (TRAM)、背阔肌、背阔肌肌皮瓣、前锯肌、膈肌、大网膜、自体肋骨、髂胫束等。植骨的成功很大程度上取决于自体骨的质量，植骨床的血供及有血运丰富的软组织覆盖。另外还必须有足够的固定，消除软组织与植骨之间的剪刀活动，有利于新生血管长入，手术要求高，难度大。且自体组织的修复多偏向对缺损部位的覆盖， 而刚性条件的满足方面不理想。大面积的缺损，自体组织修复稍显不足，手术取材也增加了患者的痛苦。

2、人工材料。种类繁多，早期主要有钢板、有机玻璃板、钢丝网等，但这类材料的组织相容性差，难于固定且易松动，不易塑形及裁剪，金属材料特别是金属板会影响术后X线检查及放疗，故近年已放弃使用。目前国际上骨性胸壁修复多采用骨水泥或自体组织材料联合重建。这类材料组织相容性较好，裁剪塑形方便，便于灭菌，不影响术后X线检查及放疗， 但仍存在柔韧性差，与组织密合性不佳，抗张强度不够，尺寸偏小，在大面积的缺损修复上受限及价格昂贵等缺点。Hyans等选用聚四氟乙烯补片进行修复，以解决补片与肺组织粘连的问题，取得了一些进展。近年了使用 MMA( 甲基丙烯酸树脂 ) 取得了一定进展，MMA固化后强度大、稳定性强，固化前延展性强、可塑性好组织相容性好，异物反应比较轻，减少了手术后充填处感染、积液发生的几率，X线对MMA 有极好的穿透性，修补胸壁缺损后不影响 X 线检查。但MMA在塑形时有较强的放热反应，容易灼伤周边组织。另外，充填物和邻近的肺组织可以进行阴离子交换，病人可能出现代谢性酸中毒。

3、生物材料。多取自动物组织，如：芽乃权等使用自制牛心包片+钢丝网修复胸壁缺损效果满意，也有采用猪为组织材料来源得。总的来说，生物材料柔韧性好，来源广泛，抗拉力强， 不易老化，制备保存方便。缺点是具有抗原性，易产生排斥，如不进行改性则抗拉力不够。

中国专利号2015209408482公开了“一种3D打印钛合金胸骨替代件” ，该替代件主要适用于人体前胸及肋骨大面积病变或外伤使用，不能用作连接胸椎的后胸肋骨的替代件。

发明内容

本实用新型的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种采用钛合金为制作材料，利用先进的模型重建系统和打印技术生成的3D打印钛合金后胸肋骨替代件。

为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：一种3D打印钛合金后胸肋骨替代件，包括肋骨、胸椎椎体连接端、钛棒和椎弓钉，其特征在于所述胸椎椎体连接端一端设有弯钩，另一端弧面内侧设有卡扣螺钉，所述胸椎椎体连接端一端通过弯钩与钛棒连接，另一端通过卡扣螺钉与肋骨上的螺钉卡槽卡扣连接，所述钛棒通过椎弓钉固定在胸椎上。

所述钛棒包括首节椎体固定部分、中间椎体固定部分和末节椎体固定部分，其中所述中间椎体固定部分与替代人体的肋骨、胸椎椎体连接端替代件拼接安装固定，组成一个可轻微活动的替换件整体；所述钛棒上以传统的椎弓钉技术在第一节、第二节、第四节、第五节进行椎体部分固定。

所述钛棒上以椎弓钉的形式进行螺丝固定，用于将肋骨替换件与胸椎进行固定。

所述肋骨的螺钉孔均匀稀布于该肋骨内端和均匀密布于该肋骨外端，用于将肋骨固定于对应的人体肋骨上；所述胸椎椎体连接端的固定螺孔均匀稀布于该连接端上，用于将胸椎椎体连接端固定于对应的人体肋骨上。

所述肋骨为勺状结构对应人体肋骨部分进行安装，勺面部分中间开有螺钉卡槽，该螺钉卡槽为暗扣型，圆面半径为4.4mm和2.2mm，两圆之间直线距离为10mm，对应肋骨部分开有用于固定的均匀分布的螺钉孔，肋骨部分截面均为带内扣边沿的外凸形结构；且肋骨连接胸椎部分的宽度为肋骨的2倍左右，同时连接端替换物为肋骨的1.5倍左右。

所述胸椎椎体连接端截面均为带内扣边沿的外凸形结构，连接钛棒为向外弯曲的弧面设计；该胸椎椎体连接端为弯钩形状，弯钩部分便于衔接钛棒，同时弧面部分有朝内固定的卡扣螺钉，同时螺钉旁边开有用于捆绑钢丝的固定螺孔以便肋骨和胸椎椎体连接端更好的进行固定。

所述的肋骨和胸椎椎体连接端均为钛合金材料电子束熔融技术打印成型。

本实用新型的肋骨替代件为左侧或右侧后胸肋骨病变部位的替代件，其钛棒和肋骨上的螺钉孔、胸椎椎体连接端上的固定螺孔与对应的胸椎椎体或肋骨非病变原骨部位安装固定。

本实用新型的优点及有益效果：本实用新型为针对同一侧后胸肋骨病变的替代件，安装于人体胸椎与肋骨上，为人体胸骨的部分组织替换件，设计和用材合理，与人体胸骨吻合度高；其采用钛合金材料作为替代件的制成材料，结合现代数字化医学技术和最先进的医用钛合金3D打印技术完成替代件的制作，使替代件与原骨完美接合，避免了以往手术的复杂性和难度，缩短了手术时间，提高了手术效率；本替代件可永久留置于体内，最大限度的恢复了正常胸骨的生物学形态与功能。

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域；钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金，本实用新型运用3d打印技术打印的钛合金强度远大于人体骨骼，所以设计模型比正常胸骨偏小，这样就可以减轻重量，不会造成患者胸部压迫等不适；克服了既往的治疗模式即胸骨缺失部分用骨水泥替代，术后患者有强烈的胸部不适感的问题，操作更加简便。

附图说明

图1是本实用新型右胸替代件结构示意图。

图2是图1俯视结构示意图。

图3为本实用新型所述的肋骨的结构示意图，其中A为主视图，B为俯视图；

图4为本实用新型所述的胸椎椎体连接端的结构示意图，其中A为主视图，B为俯视图；

图5为本实用新型替换术后状态示意图；

图中：1—肋骨，2—胸椎椎体连接端，3—卡扣螺钉，4—钛棒，5—椎弓钉，6—弯钩，7—固定螺孔，7’— 螺钉卡槽，8—螺钉孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型及其具体实施方式作进一步详细说明。

参见图1-5，本实用新型包括肋骨1、胸椎椎体连接端2、钛棒4和椎弓钉5，其特征在于所述胸椎椎体连接端2一端设有弯钩6，另一端弧面内侧设有卡扣螺钉3，所述胸椎椎体连接端2一端通过弯钩6与钛棒4连接，另一端通过卡扣螺钉3与肋骨1上的螺钉卡槽7’卡扣连接，所述钛棒4通过椎弓钉5固定在胸椎上。

所述钛棒4包括首节椎体固定部分、中间椎体固定部分和末节椎体固定部分，其中所述中间椎体固定部分与替代人体的肋骨1、胸椎椎体连接端2替代件拼接安装固定，组成一个可轻微活动的替换件整体；所述钛棒4上以传统的椎弓钉技术在第一节、第二节、第四节、第五节进行椎体部分固定。

所述钛棒4上以椎弓钉5的形式进行螺丝固定，用于将肋骨替换件与胸椎进行固定。

所述肋骨1的螺钉孔8均匀稀布于该肋骨内端和均匀密布于该肋骨外端，用于将肋骨1固定于对应的人体肋骨上；所述胸椎椎体连接端2的固定螺孔7均匀稀布于该连接端上，用于将胸椎椎体连接端2固定于对应的人体肋骨上。

所述肋骨1为勺状结构对应人体肋骨部分进行安装，勺面部分中间开有螺钉卡槽7’，该螺钉卡槽为暗扣型，圆面半径为4.4mm和2.2mm，两圆之间直线距离为10mm，对应肋骨部分开有用于固定的均匀分布的螺钉孔8，肋骨部分截面均为带内扣边沿的外凸形结构；且肋骨连接胸椎部分的宽度为肋骨的2倍左右，同时连接端替换物为肋骨的1.5倍左右。

所述胸椎椎体连接端2截面均为带内扣边沿的外凸形结构，连接钛棒4为向外弯曲的弧面设计；该胸椎椎体连接端为弯钩形状，弯钩部分便于衔接钛棒4，同时弧面部分有朝内固定的卡扣螺钉，同时螺钉旁边开有用于捆绑钢丝的固定螺孔7以便肋骨1和胸椎椎体连接端2更好的进行固定。

所述的肋骨1和胸椎椎体连接端2均为钛合金材料电子束熔融技术打印成型。

本实用新型的肋骨替代件为左侧或右侧后胸肋骨病变部位的替代件，其钛棒4和肋骨上的螺钉孔8、胸椎椎体连接端2上的固定螺孔7与对应的胸椎椎体或肋骨非病变原骨部位安装固定。

实施例：

2017年5月15日，患者因胸部肿块进行性增大入院，经CT检查，骨肿瘤起源于右侧胸肋骨，随后肿瘤组织的增加在不断扩大，从右侧后胸骨第二胸肋关节到第六节胸肋关节都受到肿瘤的侵犯，肿瘤的压迫使患者产生了胸闷、气短且疼痛的症状；患者的胸骨肿瘤块再慢慢扩大，最终决定将患者的肿瘤整体切除后换上3D打印钛合金胸肋骨替代件。

为了使患者更好的恢复，放诊科为患者提供了一套高分辨薄层的CT数据，将DICOM格式的影像学数据，输入医学三维处理软件后，得到了患者的病理骨骼数据STL格式；收到数据后设计师导入模型制作，在此基础上，医师和计算机工程师协作，设计出一件完全符合该患者人体结构，完美贴合肋骨及胸骨柄的3D胸骨替代件，并运用电子束熔融技术打印出钛合金胸骨，进行替换手术。

具体如下，根据CT数据在mimics17.0重建的病变骨骼数据生成实体模型，生成的实体模型导入3dsmax中根据三维立体数据进行病变切除部分重建，其中与原骨接触部位及固定处，采取从原始重建数据中提取表面，从而达到一比一完全吻合，病变切除部位根据身体骨骼结构人为构建；在3Dmax中完成重建生成，生成实体模型后再通过金属打印机打印出钛合金材质的替代件。

打印的胸骨替代件如图1所示，包括肋骨1、胸椎椎体连接端2、卡扣螺钉3、钛棒4、椎弓钉5。

如图5所示，肋骨1对应病变的第六肋骨安装，胸椎椎体连接端2对应病变的第六肋骨连接胸椎部分安装，卡扣螺钉3连接肋骨1和胸椎椎体连接端2。肋骨1为勺子形状勺柄部分比第六肋骨宽2~3mm勺面部分为第六肋骨的两倍，胸椎椎体连接端2比对应的人体第三肋骨和第五肋骨宽2倍左右；肋骨1内端稀疏的均布有螺钉孔8，胸椎椎体连接端2有连接肋骨的卡扣螺钉3和用于固定肋骨1和胸椎椎体连接端2的螺钉孔8和固定螺孔7，胸椎部分为传统的钛棒4加椎弓钉5结构，每枚椎弓钉5对应一节椎体，用于固定整个植入体；本替代件与原骨非病变接触部位及固定处达到一比一完全吻合，相融好。

2018年1月4日上午，患者被推进手术室，经过几个小时的奋战，手术非常成功，术后也没有出现不良反映，目前正术后恢复中；本实用新型充分展示了现代数字化医学和最先进的医用钛合金3D打印的碰撞，是3D打印技术在医院方面的又一突破。

Claims (8)

1.一种3D打印钛合金后胸肋骨替代件，包括肋骨（1）、胸椎椎体连接端（2）、钛棒（4）和椎弓钉（5），其特征在于所述胸椎椎体连接端（2）一端设有弯钩（6），另一端弧面内侧设有卡扣螺钉（3），所述胸椎椎体连接端（2）一端通过弯钩（6）与钛棒（4）连接，另一端通过卡扣螺钉（3）与肋骨（1）上的螺钉卡槽（7’）卡扣连接，所述钛棒（4）通过椎弓钉（5）固定在胸椎上。

2.根据权利要求1所述的3D打印钛合金后胸肋骨替代件，其特征在于所述钛棒（4）包括首节椎体固定部分、中间椎体固定部分和末节椎体固定部分，其中所述中间椎体固定部分与替代人体的肋骨（1）、胸椎椎体连接端（2）替代件拼接安装固定，组成一个可轻微活动的替换件整体。

3.根据权利要求2所述的3D打印钛合金后胸肋骨替代件，其特征在于所述钛棒（4）上以椎弓钉（5）的形式进行螺丝固定，用于将肋骨替换件与胸椎进行固定。

4.根据权利要求1所述的3D打印钛合金后胸肋骨替代件，其特征在于所述肋骨（1）的螺钉孔（8）均匀稀布于该肋骨内端和均匀密布于该肋骨外端，用于将肋骨（1）固定于对应的人体肋骨上；所述胸椎椎体连接端（2）的固定螺孔（7）均匀稀布于该胸椎椎体连接端上，用于将胸椎椎体连接端（2）固定于对应的人体肋骨上。

5.根据权利要求1所述的3D打印钛合金后胸肋骨替代件，其特征在于所述肋骨（1）为勺状结构对应人体肋骨部分进行安装，且肋骨连接胸椎部分的宽度为肋骨的2倍左右，同时连接端替换物为肋骨的1.5倍左右。

6.根据权利要求1所述的3D打印钛合金后胸肋骨替代件，其特征在于所述胸椎椎体连接端（2）截面均为带内扣边沿的外凸形结构，连接钛棒（4）为向外弯曲的弧面设计。

7.根据权利要求1所述的3D打印钛合金后胸肋骨替代件，其特征在于所述的肋骨（1）和胸椎椎体连接端（2）均为钛合金材料电子束熔融技术打印成型。

8.根据权利要求4所述的3D打印钛合金后胸肋骨替代件，其特征在于所述肋骨替代件为左侧或右侧后胸肋骨病变部位的替代件，其钛棒（4）和肋骨（1）上的螺钉孔（8）、胸椎椎体连接端（2）上的固定螺孔（7）与对应的胸椎椎体或肋骨非病变原骨部位安装固定。