CN219720964U - 定制式填充假体 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及3D打印医疗器械领域，公开了一种定制式填充假体。本实用新型公开的定制式填充假体，包括单层网格状结构层和种植钉孔道，所述单层网格状结构层为内部形成填充空腔的空心表层结构，所述单层网格状结构层包含若干相互连接的组成杆，所述单层网格状结构层的外形与对应关节骨骼缺失外形相适配；所述种植钉孔道为内部具有通孔的筒形结构，所述种植钉孔道贯穿设置于填充空腔内，且两端分别与所述单层网格状结构层相连接。本申请的定制式填充假体可以充分地利用自体骨实现修复，且在不影响填充自体骨的情况下能实现稳定固定。

Description

定制式填充假体

技术领域

本实用新型涉及3D打印医疗器械领域，尤其是一种定制式填充假体。

背景技术

创伤、肿瘤、感染等造成的骨缺损的修复是目前临床常见且棘手的问题，尤其是骨关节部位的修复尤为困难。骨修复假体根据材料可以分为生物材料和非生物材料。非生物材料包括有金属材料、塑料和陶瓷材料等，其中金属材料和塑料运用较早，技术成熟，但是由于关节处材料磨损产生的微颗粒容易引起骨溶解，而造成修复失效；陶瓷材料的耐磨性能更佳，但是容易因跌倒、碰撞等原因竖线碎裂；相对于非生物材料的缺陷，目前生物材料则具有更好的运用前景，生物材料主要包括异体骨和自体骨。异体骨的优点在于能够提供骨量和早期支撑，但活化时间长，与受体之间的愈合率低，且容易感染。自体骨优点在于活骨移植，愈合率高，有一定的抗感染能力，但自体骨的形状无法与骨缺损区域进行匹配，需要成型完全匹配骨缺损区域的假体进行支撑，然后将自体骨组织填充进假体中，这样可极大的促进骨组织长入，缩短愈合时间。传统的加工技术通常用来制作标准式的骨科假体，且假体多为实心结构，生物活性较差，且有应力屏蔽作用。

3D打印技术是近年来发展较为迅速的数字化技术，以模型数据为基础，通过逐层成型，最终制作出应用在各个领域的加工件。其个性化、较高设计自由度的特点使得3D打印技术在骨科领域获得较多的应用。特别是根据患者骨缺损情况进行定制式制作填充假体。但是3D打印技术制作的假体通常是作为异体骨直接填充进患者骨缺损区域，也有通过模拟骨小梁结构，制作一些多孔假体，虽然促进了骨细胞的长入，但是还是无法与自体骨的愈合效果相比。

如公开号为CN209048361U的专利申请公开了一种基于3D打印成型的三维骨修复支架，其包括基于3D打印成型，外形与人体骨缺损部位形状匹配的多孔负重框架；所述多孔负重框架的内部填充有生物活性骨填充物；所述多孔负重框架的壁上分布有用于将所述生物活性骨填充物填充入所述多孔负重框架，并可使人体组织与所述生物活性骨填充物接触的表面多孔结构。其中多孔负重框架1采用具有生物相容性的刚性材料，如钛合金、316L不锈钢等医用金属，或者是氧化铝等，生物活性骨填充物为可降解的生物陶瓷、可降解的生物玻璃、可降解的生物复合材料等的颗粒，此方式可以使三维骨修复支架的刚度符合负重区使用要求的前提下，实现复杂解剖结构骨缺损的解剖修复，更好地实现骨组织的再生。不过虽然可降解生物活性材料可以有益于骨组织的再生，但是还是无法与自体骨的愈合效果相比。

对于自体骨的运用，目前较为前沿的技术是将自体骨微颗粒填充入假体内，将其作为骨组织生长的种子，通过自体骨的生长实现骨骼的修复。但是受限于现有的假体构造，目前的自体骨修复仍然存在以下问题：其一、填入的自体骨骨量与整个假体体积相比占比较低，术后需要较长时间生长才能实现修复，造成治疗周期的延长；其二、对于如三维多孔结构而言，只能填充自体骨微颗粒甚至浆液，由于此类自体骨血管等组织破坏较为严重，也会导致生长周期延长，其三，填充的自体骨与人体组织间隔较大，容易导致自体骨无法获得充分的营养而生长缓慢甚至坏死；其四，最终生成形成的组织往往无法完全包裹假体，对于关节部位的假体而言，骨组织无法完全包裹假体不但修复难达到预期效果，而且容易产生类似传统金属假体的磨损问题，进而因骨溶解而导致修复失败。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种定制式填充假体，充分地利用自体骨实现修复，且在不影响填充自体骨的情况下能实现稳定固定。

本实用新型公开的定制式填充假体，包括单层网格状结构层和种植钉孔道，所述单层网格状结构层为内部形成填充空腔的空心表层结构，所述单层网格状结构层包含若干相互连接的组成杆，所述单层网格状结构层的外形与对应关节骨骼缺失外形相适配；所述种植钉孔道为内部具有通孔的筒形结构，所述种植钉孔道贯穿设置于填充空腔内，且两端分别与所述单层网格状结构层相连接。

优选地，所述种植钉孔道外壁通过连接杆与单层网格状结构层的内壁相连接。

优选地，所述连接杆的轴线与所述种植钉孔道的中轴线位于同一平面内，且连接杆的轴线与所述种植钉孔道的轴线之间的夹角小于60°。

优选地，所述连接杆的直径为0.8-1.6mm。

优选地，所述单层网格状结构层上具有加强筋，所述加强筋的走向与种植钉孔道的轴向相垂直。

优选地，所述加强筋为绕单层网格状结构层中部的环形结构。

优选地，所述加强筋的直径为1.0-1.8mm。

优选地，所述单层网格状结构层包含若干泰森多边形，所述组成杆为所述泰森多边形的边。

优选地，所述泰森多边形孔径为4mm-12mm，组成杆的杆径为0.8mm-1.6mm。

优选地，所述组成杆之间的夹角通过弧形结构过渡。

优选地，所述种植钉孔道的外径为20-40mm，厚度为1-1.5mm。

本实用新型的有益效果如下：

(1)单层网格状结构层的假体在最大限度的增加自体骨在整个修复体中所占的比例的情况下，自体骨与外围覆盖的软组织可以直接接触，使自体骨能够充分获得生长所需的营养，同时还能填充更为完整的自体骨，例如可以直接填充带有血管的自体骨，保证营养成分在自体骨内部的输送，进而保证自体骨的存活以及快速生长，缩短恢复时间；

(2)单层网格状结构层也可以使生长的自体骨可以充分包裹假体，不但保证修复效果，还能防止假体暴露磨损。

(3)假体内还设置有种植钉孔道，相较于直接固定的方式，稳定性更高，且不会种植钉的旋入不会影响内部填充的自体骨。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是种植钉孔道及连接杆的结构示意图；

图3是单层网格状结构层的结构示意图。

附图标记：单层网格状结构层1，种植钉孔道2，连接杆3，加强筋4。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本实用新型的定制式填充假体，包括单层网格状结构层1和种植钉孔道2，所述单层网格状结构层1为内部形成填充空腔的空心表层结构，所述单层网格状结构层1包含若干相互连接的组成杆，所述单层网格状结构层1的外形与对应关节骨骼缺失外形相适配；所述种植钉孔道2为内部具有通孔的筒形结构，所述种植钉孔道2贯穿设置于填充空腔内，且两端分别与所述单层网格状结构层1相连接。

本申请在设计制造时，通常可以采用如下方式：

获得患者病灶所在的骨组织的扫描数据；

根据扫描数据建立骨实体模型；

在骨实体模型上去除病灶区域获得术后骨组织模型；

根据术后骨组织模型设计出填充假体初步实体模型；

提取填充假体初步实体模型的表面数据，在填充假体初步实体模型的表面数据设计包含若干相互连接的组成杆的表面网格状结构；

根据定制式骨填充假体自身结构以及定制式骨填充假体与术后骨组织模型的相互位置关系，确定出种植钉的规格、位置以及方向，根据出种植钉的规格、位置以及方向设计出种植钉孔道2。

在患者根据设计切除病变位置后，将定制式骨填充假体正确安装至缺失处，然后进行填充入事先准备好的自体骨，并通过种植钉孔道2植入种植钉，对假体进行固定，然后将软组织覆盖在假体表面，包裹假体，对其中的自体骨起到一定的固位作用。

对于假体高度较高，种植钉孔道2较长的情况，在本申请的优选实施例中，所述种植钉孔道2外壁通过连接杆3与单层网格状结构层1的内壁相连接，从而保证种植钉孔道2与单层网格状结构层1连接的稳定性，同时还可以有效提高假体的整体强度。

连接杆3的数量根据具体假体的体积和种植钉孔道2长度确定，通常可以与种植钉孔道2形成树枝状结构。种植钉植入时种植钉孔道2与单层网格状结构层1受到沿种植钉孔道2轴向的作用力，为了提高受力性能，防止种植钉孔道2的连接杆3以及两端与单层网格状结构层1连接受损，如图2所示，在本申请的优选实施例中，所述连接杆3的轴线与所述种植钉孔道2的中轴线位于同一平面内，且连接杆3的轴线与所述种植钉孔道2的轴线之间的夹角小于60°。其中以45°左右为佳。

若假体体积较大，还可以在假体上设置加强筋4以提高强度，鉴于种植钉孔道2本身对假体的纵向(种植钉孔道12的轴向)具有较好的加强作用，因此，作为优选方案，所述加强筋4的走向与种植钉孔道2的轴向相垂直。如此设置加强筋14可以加强假体的横向(垂直于种植钉孔道12轴线的方向)强度，从而保证整体强度。

加强筋4的具体形式可以根据现有的加强筋结构设置，例如单层式、多层式、分段式、连续式等等，在如图3所示的实施例中，所述加强筋4为绕单层网格状结构层1中部的环形结构。环形结构的加强筋4可以在加强筋4相对较少的情况下，提供较为充足的加强效果。

单层网格状结构层1的具体形式可以采用三角形网格、四边形网格或者更多边网格，如图3所示，在本申请的优选实施例中，所述单层网格状结构层1包含若干泰森多边形，所述组成杆为所述泰森多边形的边。泰森多边形是一组由连接两邻点线段的垂直平分线组成的连续多边形。一个泰森多边形内的任一点到构成该多边形的控制点的距离小于到其他多边形控制点的距离。泰森多边形其接近人体的骨小梁外形。为了防止组成杆之间的连接处出现应力集中，所述组成杆之间的夹角通过弧形结构过渡。

作为优选方案，泰森多边形的孔径为其组成杆杆径的5倍。这样设置后，可以保证结构具有一定强度的同时，还有较好的孔隙率，有利于假体与周围组织的结合。在如图3所示的实施例中，所述泰森多边形孔径为4mm-12mm，组成杆的杆径为0.8mm-1.6mm。所述种植钉孔道2的外径为20-40mm，厚度为1-1.5mm。所述连接杆3的直径为0.8-1.6mm。所述加强筋4的直径为1.0-1.8mm。在采用上述参数的情况下，最终可以获得良好的修复效果。

Claims (11)

1.定制式填充假体，其特征在于，包括单层网格状结构层(1)和种植钉孔道(2)，所述单层网格状结构层(1)为内部形成填充空腔的空心表层结构，所述单层网格状结构层(1)包含若干相互连接的组成杆，所述单层网格状结构层(1)的外形与对应关节骨骼缺失外形相适配；所述种植钉孔道(2)为内部具有通孔的筒形结构，所述种植钉孔道(2)贯穿设置于填充空腔内，且两端分别与所述单层网格状结构层(1)相连接。

2.如权利要求1所述的定制式填充假体，其特征在于：所述种植钉孔道(2)外壁通过连接杆(3)与单层网格状结构层(1)的内壁相连接。

3.如权利要求2所述的定制式填充假体，其特征在于：所述连接杆(3)的轴线与所述种植钉孔道(2)的中轴线位于同一平面内，且连接杆(3)的轴线与所述种植钉孔道(2)的轴线之间的夹角小于60°。

4.如权利要求3所述的定制式填充假体，其特征在于：所述连接杆(3)的直径为0.8-1.6mm。

5.如权利要求1所述的定制式填充假体，其特征在于：所述单层网格状结构层(1)上具有加强筋(4)，所述加强筋(4)的走向与种植钉孔道(2)的轴向相垂直。

6.如权利要求5所述的定制式填充假体，其特征在于：所述加强筋(4)为绕单层网格状结构层(1)中部的环形结构。

7.如权利要求6所述的定制式填充假体，其特征在于：所述加强筋(4)的直径为1.0-1.8mm。

8.如权利要求1所述的定制式填充假体，其特征在于：所述单层网格状结构层(1)包含若干泰森多边形，所述组成杆为所述泰森多边形的边。

9.如权利要求8所述的定制式填充假体，其特征在于：所述泰森多边形孔径为4mm-12mm，组成杆的杆径为0.8mm-1.6mm。

10.如权利要求1、8或9所述的定制式填充假体，其特征在于：所述组成杆之间的夹角通过弧形结构过渡。

11.如权利要求1所述的定制式填充假体，其特征在于：所述种植钉孔道(2)的外径为20-40mm，厚度为1-1.5mm。