CN213552648U - 一种骨填充块 - Google Patents

Abstract

本公开实施例是关于一种骨填充块，所述骨填充块为非均匀的多孔结构，所述骨填充块的外层为桁架多孔结构，所述骨填充块的内部为镂空雪花多孔结构，所述镂空雪花多孔结构包括多个镂空雪花单胞，所述镂空雪花多孔结构经多个镂空雪花单胞阵列形成。本公开实施例能够根据患者不同形状、尺寸的骨缺损设计制备出适用于患处的骨填充块，解决了目前标准化、一体式填充块的尺寸和形状局限的问题；设计的非均匀多孔结构，提高了植入体在人体内的支撑强度、刚度、骨长入和整合能力；通过调整孔隙率、孔径尺寸和孔筋尺寸使其弹性模量能够满足人体要求。

Description

一种骨填充块

技术领域

本公开实施例涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种骨填充块。

背景技术

随着老龄化进程的加速以及肥胖率的增加，越来越多人患上骨科疾病。在骨科疾病的治疗过程中，会出现不同程度的骨缺损。(1)在进行骨关节置换术的过程中，在置换一段时间后会因为假体松动、下沉等并发症而需要进行翻修手术，翻修手术会造成不同程度的骨缺损；(2)当患者患有骨肿瘤等疾病时可能会在骨头中形成缺陷和空隙，造成骨缺损；(3)关节炎引起的膝内翻成角畸形、缺血性坏死及创伤等病症均会引起骨缺损；(4)很多骨外科手术中需要钻孔至骨头中，导致产生骨头空隙，造成骨缺损。

在现代医学中，骨缺损往往采用植骨(自体骨/异体骨)、植入骨水泥、植入人工植入体来治疗。然而，在植骨的过程中，自体骨取材受限，而需要植骨的空隙较大且形状往往不规则，自体骨不能够自然地填充该空隙，并且可能导致该骨头的功能性病损。而异体骨的安全性、骨的重塑性和整合能力差，不是骨填充的最佳选择；骨水泥由于生物力学特性相对较差而不宜用在节段型且较大的骨缺损病例中。目前的人工植入体由于结构、形状和尺寸固定，无法适应患者不同形式的需求，同时植入人体后，骨长入能力受限。因此，目前的这些方法均不能完全满足患者和医生的要求，给患者带来痛苦。

现有技术中有多种骨填充假体，有些是多孔结构和致密层的结合，使得植入体在人体中长入受限，无法实现长期骨长入的稳定性；有些是具有多孔结构的圆柱形或圆台形，形状固定，无法适用于各种形状及尺寸的骨缺损；有些假体的孔结构单一，不能同时满足骨缺损部位的强度、刚度、弹性模量等的要求，而且影响骨长入以及植入体在人体中的长期骨整合。

因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本公开的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

实用新型内容

本公开实施例的目的在于提供一种骨填充块，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本公开实施例提供一种骨填充块，所述骨填充块为非均匀的多孔结构，所述骨填充块的外层为桁架多孔结构，所述骨填充块的内部为镂空雪花多孔结构，所述镂空雪花多孔结构包括多个镂空雪花单胞，所述镂空雪花多孔结构经多个镂空雪花单胞阵列形成。

本公开的一实施例中，所述桁架多孔结构包括大小不同的多种孔隙，所述孔隙由拓扑优化设计形成。

本公开的一实施例中，所述多个镂空雪花单胞的阵列角度为20～90°。

本公开的一实施例中，所述桁架多孔结构的平均孔径大于所述镂空雪花多孔结构的平均孔径。

本公开的一实施例中，所述桁架多孔结构的孔筋大小为300μm～1000μm，弹性模量小于等于8GPa，孔隙率大于等于75％。

本公开的一实施例中，所述镂空雪花多孔结构的孔筋大小为200μm～600μm，孔径为300μm～600μm。

本公开的一实施例中，所述镂空雪花多孔结构的弹性模量低于桁架多孔结构的弹性模量，且所述镂空雪花多孔结构的弹性模量小于等于5GPa，孔隙率大于等于60％。

本公开的一实施例中，所述骨填充块的弹性模量为1～6GPa。

本公开的一实施例中，所述骨填充块采用3D打印一体成型。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开实施例能够根据患者不同形状、尺寸的骨缺损设计制备出适用于患处的骨填充块，解决了目前标准化、一体式填充块的尺寸和形状局限的问题；设计的非均匀的多孔结构，提高了植入体在人体内的支撑强度、刚度、骨长入和整合能力；通过调整孔隙率、孔径尺寸和孔筋尺寸使其弹性模量能够满足人体要求。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本公开示例性实施例中的骨填充块的立体结构示意图；

图2示出本公开示例性实施例中的骨填充块的内外结构示意图；

图3示出本公开示例性实施例中的镂空雪花单胞的结构示意图。

附图标记：

100.桁架多孔结构，200.镂空雪花多孔结构，201.镂空雪花单胞。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

本示例实施方式中本公开实施例提供一种骨填充块，如图1-3所示，所述骨填充块为非均匀的多孔结构，非均匀的多孔结构指的是骨填充块内的孔的大小是不一样的，包括多种孔径的孔。所述骨填充块的外层为桁架多孔结构100，所述骨填充块的内部为镂空雪花多孔结构200，所述镂空雪花多孔结构200包括多个镂空雪花单胞201，所述镂空雪花多孔结构200经多个镂空雪花单胞201阵列形成。

其中的镂空雪花单胞201是结构设计软件，例如Materialise Magics21.0等中生成的名称为“Dode”结构的填充单元，但也不限于此。

本实施例能够根据患者不同形状、尺寸的骨缺损设计制备出适用于患处的骨填充块，解决了目前标准化、一体式填充块的尺寸和形状局限的问题；设计的非均匀的多孔结构，提高了植入体在人体内的支撑强度、刚度、骨长入和整合能力；通过调整孔隙率、孔径尺寸和孔筋尺寸使其弹性模量能够满足人体要求。

可选的，在一些实施例中，所述桁架多孔结构100包括大小不同的多种孔隙，所述孔隙由拓扑优化设计形成。骨填充块的外层是根据图像扫描等技术手段得出人体骨缺损处的实际形状和尺寸，根据骨植入所需要的形状以及骨长入所需要的孔径大小来设计桁架多孔结构100的大小以及其孔径，使骨能够快速长入骨填充块内并且具有长期稳定性生长。并且为植入块提供了足够的强度支撑，解决了单一孔隙率多孔填充块骨长入效果差、强度低和容易变形的问题。

可选的，在一些实施例中，所述多个镂空雪花单胞201的阵列角度为20～90°，例如30°、45°、60°或90°等，但也不限于此。根据对所需要的骨填充块的形状、密度或强度等的要求，选择不同的阵列角度，达到所需的效果。

可选的，在一些实施例中，所述桁架多孔结构100的平均孔径可以大于所述镂空雪花多孔结构200的平均孔径。外层设置的孔径较大，有利于骨长入。两级多孔结构的设计，有效地改善了传统植入体存在的应力屏蔽问题，为骨长入提供了良好的性能基础。

可选的，在一些实施例中，所述桁架多孔结构100的孔筋大小为300μm～1000μm，弹性模量小于等于8GPa，孔隙率大于等于75％，但也不限于此，有利于骨组织长入和再生。

可选的，在一些实施例中，所述镂空雪花多孔结构的孔筋大小为200μm～600μm，孔径为300μm～600μm。

可选的，在一些实施例中，所述镂空雪花多孔结构200的弹性模量低于桁架多孔结构100的弹性模量，且所述镂空雪花多孔结构100的弹性模量小于等于5GPa，孔隙率大于等于60％。

所述桁架多孔结构100是经过拓扑结构优化设计制成，满足了植入部位的强度需求，足以支撑载荷，同时可减少应力遮挡，有利于应力传导，便于骨骼塑形，同时具有优良的骨诱导性。

如图3所示，由计算机软件(典型如magics软件，但也不限于此)设计的规则的镂空雪花单胞201作为单胞模型，图3的内部的骨架结构为镂空雪花单胞201。内部规则孔隙的设置能够促进周围骨组织的生物学固定；植入体内部具有足够的孔隙空间用于传递生物制剂，刺激骨向内生长。

可选的，在一些实施例中，所述骨填充块的弹性模量为1～6GPa，本申请的骨填充块的弹性模量较低，为骨长入提供了足够的空间，促进新生组织与植入体的长合，使人体与植骨材料之间形成骨连接，使融合更加牢固，更加可靠。

可选的，在一些实施例中，所述骨填充块的制作原料为Ta、CoCr或TC4钛合金中的至少一种，但也不限于此。以上亲生物材料对人体无毒副作用，具有优异的内植物生物学性能，具有促进骨缺损修复的作用。

可选的，在一些实施例中，所述骨填充块采用3D打印一体成型。本实施例可以采用图像扫描、模型建立及3D打印等一体化的骨填充块设计，实现了骨填充块与骨缺损部位的高度匹配，减少了植入后并发症的产生。

需要理解的是，上述描述中的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (9)

1.一种骨填充块，其特征在于，所述骨填充块为非均匀的多孔结构，所述骨填充块的外层为桁架多孔结构，所述骨填充块的内部为镂空雪花多孔结构，所述镂空雪花多孔结构包括多个镂空雪花单胞，所述镂空雪花多孔结构经多个镂空雪花单胞阵列形成。

2.根据权利要求1所述骨填充块，其特征在于，所述桁架多孔结构包括大小不同的多种孔隙，所述孔隙由拓扑优化设计形成。

3.根据权利要求1所述骨填充块，其特征在于，所述多个镂空雪花单胞的阵列角度为20～90°。

4.根据权利要求1所述骨填充块，其特征在于，所述桁架多孔结构的平均孔径大于所述镂空雪花多孔结构的平均孔径。

5.根据权利要求1所述骨填充块，其特征在于，所述桁架多孔结构的孔筋大小为300μm～1000μm，弹性模量小于等于8GPa，平均孔隙率大于等于75％。

6.根据权利要求1所述骨填充块，其特征在于，所述镂空雪花多孔结构的孔筋大小为200μm～600μm，孔径为300μm～600μm。

7.根据权利要求1所述骨填充块，其特征在于，所述镂空雪花多孔结构的弹性模量低于桁架多孔结构的弹性模量，且所述镂空雪花多孔结构的弹性模量小于等于5GPa，孔隙率大于等于60％。

8.根据权利要求1所述骨填充块，其特征在于，所述骨填充块的弹性模量为1～6GPa。

9.根据权利要求1-8任一所述骨填充块，其特征在于，所述骨填充块采用3D打印一体成型。

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