CN219645973U - 一种3d打印镁合金肱骨近端骨内支撑植入物 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种3D打印镁合金肱骨近端骨内支撑植入物，属于骨修复和重建技术领域，解决了现有技术中肱骨近端骨缺损内撑植入物无法充分满足围关节骨缺损的力学稳定重建要求的问题。本实用新型包括皮质骨模量区和松质骨模量区，松质骨模量区位于皮质骨模量区的内部，且皮质骨模量区的弹性模量大于松质骨模量区的弹性模量，皮质骨模量区和松质骨模量区由扇形半球和柱状体形成，扇形半球设于柱状体的一端，骨内支撑植入物在扇形半球的外侧和柱状体远离扇形半球的一端设有实体层，实体层位于皮质骨模量区的外表面。本实用新型有效实现与人骨模量空间上进行匹配的同时，还能在整个降解周期中延长结构的完整性。
Description
技术领域
本实用新型涉及骨修复和重建技术领域，尤其涉及一种3D打印镁合金肱骨近端骨内支撑植入物。
背景技术
肱骨近端包括肱骨干骺端、大结节、小结节和肱骨头四部分，该区域的骨折约占全身骨折的5％左右。特别是对于老年骨质疏松患者，肱骨近端骨折的发生占第三位，此类骨折值得引起重点关注。从解剖构成方面，肱骨近端的皮质骨下包含丰富的松质骨，外力作用下易造成皮质骨劈裂、关节面塌陷及松质骨压缩，形成关节面下骨缺损。骨缺损能否获得有效重建关乎肱骨近端骨折能否实现愈合以及患者能否快速恢复肩关节功能，特别是对于骨质疏松严重的老年患者，其自身骨质差、新骨生长缓慢、骨骼把持力弱，钢板螺钉固定后易发生松动，导致内固定失效并引起骨折再塌陷，对患者的康复过程造成极大影响，严重时需要再次进行手术治疗。
肱骨近端骨折的手术治疗以解剖锁定钢板治疗为主，钢板置于肱骨外侧，螺钉向肱骨头内打入，形成张力带固定原理。临床获得一定的疗效。当肱骨头内松质骨塌陷造成骨缺损，以及肱骨近端内侧皮质发生骨折时，钢板的张力带固定不完整。需要对缺损区，及内侧皮质形成填充与支撑。
目前骨科临床常用的肱骨近端骨缺损内填充材料包括自体骨，同种异体骨及人工骨。自体骨的来源主要包括髂骨及腓骨，它们的优势在于生物相容性良好且有一定的促成骨效果，但自体骨的获取会给患者带来二次创伤，并且可获得量有限。同种异体骨虽供给量相对充足，但存在排异及过敏的风险，并且促成骨效果较弱。而由磷酸钙或硫酸钙为主要成分的人工骨的降解速率相对较快，并且力学强度也难以匹配骨骼原有的生物力学环境，临床植入骨缺损后难以对骨结构整体实现持久稳定的支撑。这些现有填充材料都无法充分满足围关节骨缺损的力学稳定重建要求，患者术后在肢体负重及功能锻炼的过程中易发生内固定失效，关节面失去稳定支撑，进而发生关节面再次塌陷。
实用新型内容
鉴于上述的分析，本实用新型实施例旨在提供一种3D打印镁合金肱骨近端骨内支撑植入物，用以解决现有肱骨近端骨缺损内撑植入物无法充分满足围关节骨缺损的力学稳定重建要求，患者术后在肢体负重及功能锻炼的过程中易发生内固定失效，关节面失去稳定支撑，进而发生关节面再次塌陷的问题。
本实用新型提供了一种3D打印镁合金肱骨近端骨内支撑植入物，包括皮质骨模量区和松质骨模量区，所述松质骨模量区位于所述皮质骨模量区的内部，且所述皮质骨模量区的弹性模量大于所述松质骨模量区的弹性模量，所述皮质骨模量区和所述松质骨模量区由扇形半球和柱状体形成，所述扇形半球设于所述柱状体的一端，所述骨内支撑植入物在扇形半球的外侧和柱状体远离扇形半球的一端设有实体层，所述实体层位于所述皮质骨模量区的外表面。
进一步地，所述扇形半球的半球面的角度α为100～180°，直径为10～30mm。
进一步地，所述扇形半球的半球面的直径为10～30mm。
进一步地，所述柱状体的长度为10～60mm。
进一步地，所述柱状体的直径为8～30mm。
进一步地，所述扇形半球和所述柱状体的轴线偏角为15～30°。
进一步地，所述柱状体的锥度范围为8～15。
进一步地，所述实体层的厚度为0.5～5mm。
进一步地，所述骨内支撑植入物的孔隙率20％～90％。
进一步地，所述骨内支撑植入物的材质为WE43镁铝合金。
与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：
(1)本实用新型的骨内支撑植入物在长轴两端设有实体层，可有效分散应力，同时在连接处添设有圆角，防止产品因应力过大而加速降解。
(2)本实用新型的骨内支撑植入物分为皮质骨模量区和松质骨模量区，松质骨模量区位于皮质骨模量区的内部，且皮质骨模量区的弹性模量大于松质骨模量区的弹性模量，模仿人体皮质骨和松质骨结构对肱骨近端骨内支撑植入物进行梯度结构设计，有效实现与人骨模量空间上进行匹配的同时，还能在整个降解周期中延长结构的完整性，当内部结构已经完全降解时，外部结构由于壁厚较大，降解周期更长，能继续提供较好的力学支撑。
(3)本实用新型可以更好的匹配患者肱骨近端骨缺损，该骨内支撑植入物在植入骨缺损后可以与骨骼、螺钉及钢板形成稳定的整体，从而获得骨折的坚强稳定固定，该骨内支撑植入物在骨内可逐渐降解，并促进新骨再生，有利于骨愈合，患者在上肢负重及肩关节功能锻炼时发生内固定松动或失败的风险也降低。
(4)本实用新型的肱骨近端骨内支撑植入物，可有效弥补上述传统骨缺损填充材料的不足，个性化的结构设计、与骨再生速率匹配的植入物降解速率、稳定的力学强度可在植入骨缺损区为对骨关节面提供持续有效的支撑，保障患者在术后关节活动及肢体负重时的安全，更好地促进骨折愈合以及患者肢体功能顺利康复。
本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为具体实施例的肱骨近端骨内支撑植入物的结构示意图(一)；
图2为具体实施例的肱骨近端骨内支撑植入物的结构示意图(二)；
图3为具体实施例的基于片状Gyroid单元的肱骨近端骨内支撑植入物的结构示意图；
图4为图3的截面示意图。
附图标记：
1-扇形半球；2-柱状体；3-实体层；4-皮质骨模量区；5-松质骨模量区。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本实用新型一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
本实用新型的一个具体实施例，如图1-图4所示，公开了一种3D打印镁合金肱骨近端骨内支撑植入物(以下简称骨内支撑植入物)，骨内支撑植入物的材质为WE43镁铝合金，采用3D打印的方式制作。
如图1所示，骨内支撑植入物包括扇形半球1和柱状体2，扇形半球1设于柱状体2的一端，扇形半球1和柱状体2的轴线具有偏角，偏角α1为15～30°。柱状体2具有一定的锥度，与人体肱骨的生理学锥度一致，锥度范围α3为8～15。扇形半球1的半球面的角度α为100～180°，扇形半球1的直径D1为10～30mm。柱状体2的长度L1为10～60mm，直径为8～30mm。需要说明的是，扇形半球1的半球面的角度是指扇形面旋转的初始位置与终止位置之间的夹角。
需要说明的是，肱骨近端内固定材料在使用过程中可以与钢板螺钉配合使用，螺钉可穿过多孔结构单元进行固定。
为了有效分散应力，如图2所示，骨内支撑植入物在长轴两端设有实体层3，实体层3的厚度为0.5～5mm，可有效分散应力，同时在连接处添设有圆角，防止产品因应力过大而加速降解，圆角半径为0.2～2mm。
为了使骨内支撑植入物能够起到更好的支撑作用，骨内支撑植入物为多孔结构单元植入物，将骨内支撑植入物植入骨缺损处后，多孔结构单元可以起到很好的力传导和支撑作用，多孔结构单元能够将受力进行分散，减少应力集中，并根据骨结构的特点进行符合生物学特定的力传导。同时，多孔结构单元也可以减轻骨内支撑植入物的重量。
多孔结构单元包括片状Gyroid单元、杆状Gyroid单元、体心立方单元和钻石单元。本实施例中，采用的多孔结构单元大小为2～8mm，孔隙率20％～90％，多孔结构单元与植入部位的力学要求相匹配，骨内支撑植入物的弹性模量不同，分为皮质骨模量区4和松质骨模量区5，松质骨模量区5位于皮质骨模量区4的内部，且皮质骨模量区5的弹性模量大于松质骨模量区4的弹性模量。
示例性地，如图3和图4所示为基于片状Gyroid单元设计的定制化梯度多孔骨内支撑植入物，皮质骨模量区4的弹性模量为10～20Gpa，接近人体皮质骨模量，松质骨模量区5的弹性模量范围为0.1～2Gpa，接近人体松质骨模量。
本实施例中，模仿人体皮质骨和松质骨结构对肱骨近端骨内支撑植入物进行梯度结构设计，有效实现与人骨模量空间上进行匹配的同时，还能在整个降解周期中延长结构的完整性，当内部结构已经完全降解时，外部结构由于壁厚较大，降解周期更长，能继续提供较好的力学支撑。
本实用新型所描述的肱骨近端骨内支撑植入物采用医工结合方法，重建患者肱骨近端骨折及骨缺损区域生理曲线，假体具有更适的解剖形态匹配及生物力学特征。该骨内支撑植入物置入骨缺损后可以与原有骨结构进行精确匹配，对肱骨近端皮质骨及关节面形成内外协同的整体力学支撑，与钢板结合使用可以获得更为坚强的固定，同时减少对钢板的依赖，有利于患者的愈合和恢复。
本实用新型可以更加匹配患者肱骨近端骨缺损，骨内支撑植入物与钢板结合可以获得局部坚强的固定，骨折局部稳定，有利于骨折的愈合。增材制造WE43镁合金植入物可以缓慢吸收，局部释放的镁离子有利于骨折愈合，同时根据假体植入位置进行设计，可以更完美匹配患者肱骨骨缺损，促进患者术后愈合和恢复。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种3D打印镁合金肱骨近端骨内支撑植入物，其特征在于，包括皮质骨模量区(4)和松质骨模量区(5)，所述松质骨模量区(5)位于所述皮质骨模量区(4)的内部，且所述皮质骨模量区(4)的弹性模量大于所述松质骨模量区(5)的弹性模量，所述皮质骨模量区(4)和所述松质骨模量区(5)由扇形半球(1)和柱状体(2)形成，所述扇形半球(1)设于所述柱状体(2)的一端，所述骨内支撑植入物在扇形半球(1)的外侧和柱状体(2)远离扇形半球(1)的一端设有实体层(3)，所述实体层(3)位于所述皮质骨模量区(4)的外表面。
2.根据权利要求1所述的3D打印镁合金肱骨近端骨内支撑植入物，其特征在于，所述扇形半球(1)的半球面的角度α为100～180°，直径为10～30mm。
3.根据权利要求1所述的3D打印镁合金肱骨近端骨内支撑植入物，其特征在于，所述扇形半球(1)的半球面的直径为10～30mm。
4.根据权利要求1所述的3D打印镁合金肱骨近端骨内支撑植入物，其特征在于，所述柱状体(2)的长度为10～60mm。
5.根据权利要求1所述的3D打印镁合金肱骨近端骨内支撑植入物，其特征在于，所述柱状体(2)的直径为8～30mm。
6.根据权利要求1所述的3D打印镁合金肱骨近端骨内支撑植入物，其特征在于，所述扇形半球(1)和所述柱状体(2)的轴线偏角为15～30°。
7.根据权利要求1所述的3D打印镁合金肱骨近端骨内支撑植入物，其特征在于，所述柱状体(2)的锥度范围为8～15。
8.根据权利要求1所述的3D打印镁合金肱骨近端骨内支撑植入物，其特征在于，所述实体层(3)的厚度为0.5～5mm。
9.根据权利要求1所述的3D打印镁合金肱骨近端骨内支撑植入物，其特征在于，所述骨内支撑植入物的孔隙率20％～90％。
10.根据权利要求1-9任一项所述的3D打印镁合金肱骨近端骨内支撑植入物，其特征在于，所述骨内支撑植入物的材质为WE43镁铝合金。
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