CN103006356A - 一种仿生型液压式可活动人工椎体 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种脊柱生理功能重建的仿生型液压式人工椎体设计，其包括内含活塞(13，14)液压囊(10-11)核心结构的柱形人工椎体主体，活塞两端为半椭(球)形运动轴(21，22)结构相匹配的上下终板(24，25)，人工椎体终板与正常邻接椎体终板平板(骨水泥固定)或带有金属微孔及生物材料涂层微孔(生物型固定)的固定钉刺(31，32)结构，椎体后缘可进一步以椎弓根卡钉(45)固定结构的卡槽(40，41)固定于椎弓根；本人工椎体设计可进一步微缩化为液压式人工椎间盘设计(60)。

Description

一种仿生型液压式可活动人工椎体

技术领域

本发明涉及一种医疗器件，特别是一种脊柱缺损病变后重建脊柱生理功能的仿生型液压式可活动人工椎体。

背景技术

脊柱融合技术是现代脊柱外科的主流观念，在治疗脊柱缺损病变中起到良好的临床效果。

临床上对于爆裂粉碎性椎体骨折和椎体肿瘤多采用融合型人工椎体，重建缺失的椎体部分，而临床上一节椎体的病变施行椎体摘除融合术后要丢失两个椎间盘功能，即融合至少三个节段的椎体，牺牲了原有脊柱椎体椎间盘的运动功能。

随着脊柱融合术的广泛临床应用，融合后的并发症和脊柱功能的丧失带来的新的问题日益显现，使得临床医生逐步认识到脊柱原有功能重建的可能性和必要性：多节段椎体融合容易产生直背畸形，因椎间盘功能的丢失，使得脊柱原有力学性能的改变，在融合椎体两端的椎间盘可产生加速退变，颈椎融合后颈椎运动功能的丢失以及手术本身带来的技术问题。

人工椎体的发明与应用与人们认识脊柱的结构与力学特性和当时所处的社会环境与生产制造水平相关。最初的人工椎体应用于颈椎，为一个金属球，置于切除的颈椎间盘处，但随即置换的患者出现置换部位球形颈椎间盘陷入椎体，脊椎高度丢失，脊髓受压。其后，各国临床医生都对椎间盘置换手术做过努力与尝试，包括Bryand颈椎间盘在内，设计出各种试样人工椎体或椎间盘，但因为对脊柱结构认识的局限，均存在其缺点。

回顾融合与脊柱功能重建手术历史与临床得失，当我们在进行椎间盘及脊柱相关手术的时候，有必要进一步认识椎体椎间盘的结构与力学性能。怎样才能较为科学的认识脊柱椎体与椎间盘的结构与力学特性呢？

临床上可以见到很多现象：为什么脊柱骨折多见于上终板骨折塌陷而少见下终板骨折塌陷？急性暴力作用脊柱多见椎体骨折而少见椎间盘髓核突出(原有椎间盘退变除外，颈椎可合并颈椎间盘撕脱突出)？椎间盘退变突出见于劳损而少见于外伤性暴力(常是有慢性腰痛后一次突然的扭伤或持重物导致椎间盘突出)？椎间盘退变是先出现纤维环退变还是髓核退变？Shumor结节多见于胸腰椎椎间盘？下腰椎多见腰椎间盘退变，发病年龄群多见于青壮年？人体年龄增大后椎间盘突出发病率有减少趋势？在老年患者中，椎体出现鱼口状楔形变，而椎间盘成为椭球形？椎间盘退变多发生于下腰椎间隙，而上腰椎少见？椎间盘退变后出现Black椎间盘现象，椎间盘后缘MRI可出现高亮的信号征？腰椎不稳的椎体出现Modic征象？老年患者椎体骨折容易发生而神经症状不如青壮年患者多见。

为什么？可以有统一的认识吗？

所有这些病变或现象是否有其内在的本质联系？这些病变规律是否有其结构上的内因？怎样揭示和认识这些现象？医学方法？生物学方法？

在此，借助粗浅的几何学原理与物理学原理予以分析。

人体是自然界的进化体，受重力作用。人体产生良好的运动功能依赖于人体的两大结构：骨结构平衡与肌肉的协调运动平衡，在神经系统支配下产生人体的复杂机体运动，如劳动、武术、体操等等。人体结构有物理学特性的一面，人体运动同样遵循自然科学原理。

观察10具完整华人干燥无缺损脊柱椎体标本(男6，女4)，最小刻度为0.5毫米钢制刻度尺，测量椎体截面最宽横径L和最长矢径H。

脊柱椎体截面结构：C₂下截面到S₁上截面，颈椎11、胸椎24、腰椎11共46个截面。C₂到T₃截面近似豆瓣状椭圆形，T₄到T₁₂近似桃形，L₁到S₁截面近似马蹄形，这些截面相邻的几何学相似且延续。由此，可以利用数学与物理学原理予以解释。

在此，引入第1个几何学数学原理：相似面积比等于任意对应交叉线乘积之比。

脊柱椎体截面的结构基础：椎间盘相邻椎体水平截面结构相似性符合平面几何相似学原理，即：椭圆面积S＝π＊a＊b(a，b分别为椭圆的两半径)，由此估算椎体截面面积为S＝π＊L/2＊H/2(L＊H为面积指数，π为圆周率，为一常数，各椎体截面近似为椭圆形，在此，以椎体截面的横径矢径为参数做一标准椭圆，标准椭圆几何图形与实际椎体截面图形间面积可用面积近似割补法进行转换：即椭圆前方划出椎体部分的面积可用椎体截面后方与被椭圆相截部分相填充抵消，由此得到近似的椎体截面积)。

π为圆周率，为一常数，由此可进一步简化相互间各椎体截面间面积关系，即面积指数K_S＝横径(L)×矢径(H)。

椎间盘结构外周为纤维环封闭，内部为含80％左右水分的髓核胶原组织，近椎体终板处为软骨终板，并与皮质终板紧密相接。整个椎间盘结构为一封闭状态的含水丰富又具有一定空间弹性的高分子髓核组织。液体水分子有其自身的物理学特性：在密闭条件下又符合流体静力学作用原理；髓核胶原组织具有弹性的物理学性能，即物理学上的胡克定律，对外力有时间缓冲作用。

由此，引入第2个物理学原理：液体静力学压强传递规律：密闭液体受外力作用后转换为压强，密闭液体内部对外的作用力大小与密闭液体接触的对外作用面积大小有关，即：P＝F/S＝F₁/S₁＝F₂/S₂。

密闭流体内部压强的变化在正压、负压下均起作用，负压作用如同马德堡半球，即正压下密闭液体与负压下密闭液体均需克服同等大小作用力。含水丰富的完整密闭椎间盘内压力波动使得脊柱成为一个续贯的力学作用体，即脊柱一端的受力将按密闭液体的力学规律延着脊柱向受力的另一端传递，且传递过程椎间盘内压符合流体静力液压变化。

在同一椎间盘内部，压强P相等，其上下椎体受力大小为：F₁＝P＊S₁(S₁＝π＊L₁/2＊H₁/2)，F₂＝P＊S₂(S₂＝π＊L₂/2＊H₂/2)。由此，椎体受力与椎体和椎间盘接触面积大小即椎体截面面积大小相一致，即：椎体-椎间盘截面受力指数简化为K_F，K_F＝L＊H，即与面积指数数值上相等，与测量中椎体横径矢径乘积大小相关。在此，得出一个推理设想：人体脊柱椎间盘的静态压强相等(若不等必然出现压强差导致椎体向压强低一侧移动)。

综上，由上述两个数学-几何学、数学-物理学原理推理，在认识脊柱力学规律上，力的作用核心在于密闭的椎间盘，而并非是通常手术病损部位的椎体。由此建立以椎间盘为中心，相邻椎体构成脊柱的运动结构单元，进行结构和运动力学的分析，椎间盘为“脊柱的受力枢纽”，其结构面积S＝(π/4)＊L＊H，π/4为一常数，与受力F＝P＊S＝P＊(π/4)＊L＊H，椎间盘内P相等，π/4为常数，存在一个变量，可以用截面面积-受力指数K表达，K＝L＊H。

由上述方法测量的结果，脊柱椎体上下截面面积指数从C₂下截面-L₄下截面呈递增的曲线变化，至L₄椎体下截面面积达到最大；L₄下截面到S₁上截面积递减。女性各对应椎体截面面积略小于男性，变化趋势相同。

椎体-椎间盘面积指数K_S＝L＊H；椎体-椎间盘截面受力指数K_F＝L＊H。椎体截面横径矢径可计算各截面的面积指数大小变化(结果见表1)。

表1椎体各截面面积-受力指数结果

椎体内松质骨为空间网状分部的骨小梁结构，椎体周缘为含皮质骨的结构(这种网状空间结构是脊柱力学上的适应结果：最大的力学分散作用与最轻巧的自身重量结构相统一；内部空间结构富含液体血液又是最佳的储藏室，进行生物再生与新陈代谢功能等等，同时，相对的封闭状态的血液流体又产生液压的物理学性能)，近椎体终板处为终板皮质，椎体周缘的硬质皮质骨对椎体起到支撑于固定保护作用；椎间盘内近终板处为终板软骨，外周为纤维环，中心为髓核组织。完整椎体结构的对外力学性能接近机械刚体；椎间盘为近似密闭又具有一定弹性作用的水压结构。

根据上述椎体上下终板横径矢径的测量与分析与几何物理学原理，可以从中得出以下规律或者解释相关的临床现象：

1、人体脊柱椎体终板截面面积从C₂下截面到L₄下截面逐渐增大，L₄下截面到S₁上截面又出现递减，纠正以往解剖学上认为脊柱椎体截面积S₁为最大面积的错误认识；L₄下截面最大有其解剖学依据，解剖学上大多数人L_4、5椎间隙与髂嵴相平行，髂嵴分解与承担人体躯干的一部分力量，即应力遮挡作用，客观上减少了对椎间盘椎体的压力应力。

2、人体脊柱的这一结构规律也有其生物学进化的特殊意义。人体是直立行走的生物体。在运动过程中，产生动量MV，延骨骼传递的垂直分动量mv作用于脊柱上，此动量转换为冲量fT。脊柱各截面与椎间盘的粘弹性结构相间隔，截面积S的大小决定椎间盘受力大小，人体脊柱椎体截面由腰椎到颈椎递减，地面对人体头颅的反冲作用力也随之递减，有利于保护大脑免受行走时沿骨骼上传的冲击力。当受极端暴力作用导致椎体骨折，爆裂或压缩的骨折椎体失去了原有力学的延续传导功能；另一方面，因椎体骨折导致的力的瞬间中断，保护了生命中枢大脑，防止更大暴力直接传递作用于脑而致命。

3、以椎间盘为脊柱力学研究中心，“脊柱的受力枢纽”，椎间盘上位终板面积小于其下位终板面积；建立以椎间盘为力学研究中心可以揭示脊柱力学规律和大多数的临床医学现象。脊柱骨折在相对垂直脊柱的作用力下，椎间盘受到上下椎体的作用力，内部压强瞬间增大，但椎间盘内髓核胶原、结合水、软骨及纤维环之间产生弹性势能转换作用得到缓冲，椎间盘可承受巨大的冲击力，髓核瞬间的势能和静水压释放产生的对椎体终板的压强，反作用于邻近的椎体终板，终板将所受力作用于椎体内的松质骨骨小梁，局部骨小梁不足以承受瞬间巨大的作用力产生局部骨折，这种局部骨折在巨大的椎间盘压应力作用下产生瞬间的多米诺骨牌效应，在椎体内部瞬间爆裂，与椎间盘邻接的上下椎体终板，受力较大的椎间盘下位椎体必然先发生爆裂性的塌陷，自然界力的优势作用原理：力总是向最小抵抗部位发生破坏作用，最终导致脊柱的椎体爆裂。这就是临床上脊柱骨折多见于椎体上终板骨折的脊柱力学结构基础。

4、椎间盘的结构与退变

L_4、5和L₅S₁间隙为主占临床椎间盘突出症的96％以上，C_5、6，C_4、5在颈椎上是颈椎间盘退变的主要节段，在相应节段的运动上是主要的运动节段，而其结构又为人体生理前凸的顶点，自然也就是应力的顶点，成为受力劳损的部位。

髂嵴与L_4、5椎间盘相平行，在L_4、5形成人体躯干骨骼三角与下肢骨骼三角形成力学转切点，人体腰部的旋转与活动最终在L_4、5汇集；L₅S₁退变与人体腰椎生理前曲的力学切点相关，同时人体躯干的重力作用最终在L₅S₁形成里的转切点。因L_4、5椎间隙在髂嵴平面之上，承受着躯体上半部分的旋转和屈伸的主要功能活动，L_4、5最容易在临床上出现退变，与L₅S₁因髂嵴应力遮挡后主要由于脊柱自身轴向作用力的剪切应力退变不同，L₅S₁椎间盘的退变影像学观察上并无L_4、5间隙破坏的严重。旋转力的作用对椎间盘纤维环产生牵拉扭转的破坏作用，导致椎间盘纤维环在椎体后缘(椎体后缘纤维环薄弱)的微小撕脱骨折撕裂，纤维环微小撕脱骨折导致椎间盘原有的密闭性能破坏。这种性能在工业千斤顶中可以得到很好解释，千斤顶久用后出现漏油现象导致的千斤顶机械性能下降或丢失。椎间盘体积增大后原有的机械性能随之下降，造成相邻椎体对椎间盘髓核原有的静水压作用降低，机械挤压作用加大，髓核内的结合水变为游离水，髓核的失水变性导致Black椎间盘现象，可同时在MRI上，椎间盘后方出现高信号的“水滴”影像；局部应力作用使得椎间盘软骨及周缘因原有的供养通道的破坏，无氧条件下产生无菌性化学致炎因子，进入局部组织刺激局部神经，产生临床腰痛症状。当退变继续，髓核失水进一步加重，椎间盘内的空间增加，邻近椎体的冲击作用力增加，可发生两种途径的临床退变症状：纤维环撕裂加重，髓核因躯干屈曲受力向椎间盘后方突出，临床产生髓核突出压迫椎间孔神经产生坐骨神经症状，这种症状最常见是慢性腰部劳损后一次重体力劳动后出现；椎间隙因髓核受挤压作用，水分进一步丢失，椎间盘间隙进一步扩大，临床产生退变性腰椎不稳，导致椎间盘邻近椎体相互产生撞击作用，椎体终板发生退变，导致退变椎间盘邻接椎体的直接碰撞作用，椎体内部的微骨折水肿产生临床上的Modic征象。椎间盘结构的损坏导致椎体间结构破坏，即相邻椎体的关节突之间结构异常，由此产生局部力学结构的变化，导致关节突软骨和韧带的退变增生。

在椎弓崩裂腰椎滑脱的病例，椎间盘韧带失去了骨性的稳定结构，遭受外力作用退变更为明显。椎间盘退变进一步加重髓核水分丢失和椎间盘体积进一步减少，原有的力学结构基础破坏，临床产生退变性滑脱。

在胸腰段，脊柱椎间盘以垂直方向的受力为主，当椎体自身结构异常，如椎体内血管异常造成椎体松质骨结构异常，在脊柱垂直方向受力作用下，椎体终板力量不能提供椎间盘支撑压力，出现髓核向椎体内突入，即Shumor结节的力学基础，因此，Shumor结节被认为是塌陷的椎体终板软骨或部分纤维环的钙化。

5、椎体终板形变与老年性椎体退变

MRI、X片等的影像检查观察到椎体终板随年龄而逐渐出现形变。多数老年人的椎体终板呈弧形，且弧形向着椎体方向，在骨质疏松的人群中表现更为明显，严重者椎体终板可呈双鱼口状。几何学中，球面物体具有最大表面积。在物理学原理中，面积增大，增加了物体间的作用面积。这一规律在椎间盘与椎体结构中则增加了对椎体的作用力。椎体骨小梁的结构提供椎体的机械支撑力。当老年机体退化等因素使椎体内骨小梁骨量丢失、骨质退变骨小梁机械性能降低，导致骨小梁对椎体终板的支撑作用下降，机体的退化造成松质骨内造血功能下降，椎体内的血液产生的液压性能也随之下降，即椎体完整的对外力学性能随着机体的老化而降低；椎间盘因原有的终板结构的改变，水分进入椎间盘增加，椎间盘水分增加直接导致椎间盘的刚度增加，使椎间盘产生球形变，球形变的椎间盘终板表面积增大，对椎体终板作用力也增大，即：F＝P＊S，由此破坏了椎体终板界面椎间盘内的静水压与椎体骨质支撑作用力的平衡。在椎体结构中，椎体周缘为皮质骨，内部为松质骨，力学结构基础为椎体周缘力学支撑好于椎体中间，老年椎体松质骨骨量丢失，造成椎体力学性能下降，椎体内部松质骨的微骨折不能及时得到修复，在椎间盘压力于椎体终板作用力下，椎体内部出现骨折，最终椎体终板退变为凹面弧形。影像学MRI中，可见到椎间盘呈球形变，水分含量增加。在老年人群中，因椎间盘水分改变，体积增加，椎体终板对椎间盘的挤压作用力下降，临床上椎间盘退变髓核突出症的患者反而较青壮年减少。

6、正常椎间盘内水分变化与压力调节

人体椎间盘为纤维环封闭内富含水分的髓核胶原结构，椎体上下为终板软骨。椎间盘内水分子出入具体途径目前尚不太清楚，推测在不同受力条件下，水分子在椎间盘内通过椎体终板软骨间隙或水分子的极性与有机高分子的结合与分离进出椎间盘，少量水分子椎间盘内的出入，不仅完成生理物质交换的需要，更为重要的是水分进出椎间盘，以及纤维环结构柔性，可使椎间盘体积发生少微量变化，对于在瞬间受外力高压状态下的椎间盘尤为重要，一方面对椎间盘体积进行调节，另一方面也对脊柱椎间盘内压力进行调节，使髓核与水完成弹性-液压缓冲变化，释放瞬间的爆力作用；另一方面，与椎体终板软骨一起作用，缓冲极限压力对椎体终板的破坏。这也就是临床上在暴力作用下多见椎体骨折，而少见椎间盘突出(已有椎间盘纤维环髓核退变除外)。由此推理，椎间盘的破坏是椎间盘退变的结构基础，对于椎间盘突出症患者的手术，椎间盘的部分摘除破坏的椎间盘后纤维环结构必然会造成椎间盘的再突出。

7、椎体自身结构

完整椎体可作为刚体实现对椎间盘的力学延续，但椎体内部自身的空间立体网状结构，一方面顺应各方力量并分解各方力量，内部充满的血窦不仅提供椎体松质骨的代谢，血液的液体物理学特性也提供力学上的液压减压功能；另一方面，这一结构在极端的外力作用下，椎体骨的空间立体网状结构因椎体骨小梁的局部断裂可出现多米诺效应，出现瞬间爆裂，椎体内部液体(主要是血液)爆裂的冲击力是脊柱骨折神经损伤的力学基础(神经损伤多由椎体内部液体的冲击力所致，骨块的压迫多为骨折后的后继损伤，青壮年的椎体爆裂骨折受力大，脊髓损伤的几率远大于老年患者的脊柱骨折，老年患者的骨质疏松骨折后出现骨块椎管占位时相对的神经症状反而轻或少)。

发明内容

根据上述的认识推理，在此提出以椎间盘为“受力枢纽”的脊柱椎间盘-椎体力学复合体结构模型。

本发明的目的是：针对临床脊柱椎体骨折造成的节段性缺失问题，为肿瘤所致的病理性全椎体骨折塌陷及严重的椎体爆裂性骨折的临床脊柱重建治疗提供一种重建脊柱生理功能的仿生型液压式可活动人工椎体，重建脊柱生理功能。

本发明的技术方案是：结构包括两端可活动的关节样结构(20-21)、液压式柱形主体(12)，其中液压式柱形主体为椎体柱状形状，为本活塞式仿生人工椎体结构的核心构造，两侧活塞间为密闭的高分子生物胶；两端活塞为一椭球形凹槽，凹槽内有一防滑移的小球形柱(20，23)，椭球形凹槽与终板连接板凸形椭球相匹配，构成本椎体设计的可活动结构，终板部位为平面(骨水泥固定)或微孔(生物型固定)带刺的固定结构，与邻近正常椎体终板达到一体固定。

本发明的重建脊柱生理功能的仿生型液压式可活动人工椎体的制造材料为复合型，与椎体终板衔接的界板及人工椎体柱可采用临床常用的生物相容性材料，如钴铬钼合金，钛合金，钽，生物陶瓷，聚乙烯等，如同人工髋关节、膝关节结构相互组合组成；核心部件液压装置为高聚酯生物材料密闭囊与内部的生物相容高分子生物溶胶构成。

本发明重建脊柱生理功能的仿生型液压式可活动人工椎体主要应用于脊柱骨折椎体缺失的重建手术。手术步骤同临床现有脊柱融合型人工椎体置入术大致相同。

本发明的重建脊柱生理功能的仿生型液压式可活动人工椎体的椎弓根卡钉可通过经皮椎弓根螺钉技术固定于椎弓根上固定本发明的人工椎体本身，防止本设计人工椎体滑移。

本发明的液压复合结构为本设计的技术核心，也是本设计的工艺难点。机械工业的名言：“得液压者得天下”，液压在工业、军事工业等各领域都是机械工业的技术重点，用于各种机械的缓冲和机械作用力的传导(飞机的起落架，航母的阻拦索，坦克的缓冲床等等)。在人体，脊柱椎体-椎间盘的液压功能无法用后天工业水平达到完全的功能取代，强健的筋骨是生物体适应大自然进化与后天锻炼(人体在20岁前的机体发育成熟期)的结果，韧带起源于骨而强于骨，具有强大的力学作用，这就是筋可断骨而筋不断。现代工业仍不能实现柔韧密闭的耐水压结构与刚性物体间的剪切力的持久应用。正确的姿势是减少机体退变的最佳养生之道。自然的椎间盘在人体内力学性能上是一个终生的、有液压功能的、有弹性缓冲功能的结构。本发明旨在理念上认识脊柱的生物力学构造，沿用自然状态的椎间盘功能：密闭的液压结构可以将力量转换为压强，与固体接触时按照其接触面积传导力量，达到仿生生物型结构。

本发明重建脊柱生理功能的仿生型液压式可活动人工椎体，与椎体终板接触面采用两椭球形(或球形)结构匹配，目的是还原椎体间椎间盘的微动结构。

本发明的优点：

本发明重建脊柱生理功能的仿生型液压式可活动人工椎体，由有生物相容性的材料组合制成，在重建对脊柱的支撑时，恢复脊柱的生理运动功能，减少融合型人工椎体的远期椎间盘退变和医源性脊柱僵直和邻近椎间盘的远期退变；在理念上寻找了一条认识脊柱生物力学性能的思路。

在相比现有技术优势的同时，也具有其自身的缺点：

1、本发明仅仅在理念上提出脊柱技术的革新，在现有的工业工艺上远不能达到自然脊柱的生理功能；

2、本发明仅仅在力学结构上提出对人体脊柱力学功能重建的设想，并没有椎体完全生物功能(新陈代谢、造血功能等等)的重现。

完美的脊柱功能重建技术是进行生物异体的椎体-椎间盘复合体异体置换，但即便如此，仍然存在生物抗原性、疾病传播、原有脊柱完整性的破坏、初始不稳定等等因素的缺陷。

附图说明

图1、人体椎体横径、矢径测量图示；

图2、样本椎体横径、矢径测量结果；

图3、样本椎体面积-压力指数；

图4、椎体面积-压力指数统计图；

图5、本设计人工椎体整体侧面观(携带椎弓根螺钉)；

图6、本设计人工液压椎体俯视，正位、侧位透视，椎弓根螺钉结构图示；

图7、本设计人工椎体与椎弓根螺钉衔接结构图示；

图8、本设计椎弓根螺钉结构；

图9、本设计人工液压椎体正面结构图示；

图10、本设计人工液压椎体侧面结构图示；

图11、本设计人工液压椎间盘结构图示；

图12、本设计实施例图示。

附：结构示意图示：

10——高分子生物胶液压囊；

11——囊壁；

12——椎体外柱；

13、14——活塞；

20、23——防滑柱；

21、22——轴动半球；

24、25、26、27——人工椎体上、下终板(不同部位前后缘高度差异，可等高)；

31、32——人工椎体上、下终板钉刺；

40、41——椎弓根椎体卡槽结构；

42——椎弓根卡钉头；42-1——椎弓根卡钉头在椎体卡槽旋转90°图示；

43——椎弓根卡钉尾部固定螺帽；

44——椎弓根卡钉尾部螺纹；

45——椎弓根卡钉外筒；

46——椎弓根卡钉前端螺纹；

47——椎弓根卡钉尾端螺栓；

60——液压式人工椎间盘；

61——高分子生物胶；62——活塞板；63，64——活动轴复合结构。

具体实施方式

病变椎体切除后，将本实例人工椎体置入，经皮将椎弓根螺钉置入并固定本实例人工椎体。术毕。

Claims (8)

1.一种用于椎体病变缺损重建脊柱生理功能的仿生型液压式可活动人工椎体，其特征为包括内含活塞(13)(14)及高分子生物相容液体(10)的液压囊(11)核心结构的柱形人工椎体主体(12)，活塞两端为半椭球形或半球形(21)(22)轴动结构相连接的人工椎体上下终板(24，25)，后缘可辅以固定人工椎体的椎弓根固定卡钉(45)。

2.根据权利要求1所述，本设计的仿生型液压式可活动人工椎体，其特征为柱形主体水平截面形状(12)根据脊柱不同部位椎体水平截面设计为相适应的不同形状，颈椎为豆瓣状椭圆形，胸椎为桃状椭圆形，腰椎为马蹄状椭圆形；与邻接椎体终板相衔接人工椎体终板(24，25)为平板(骨水泥固定)或金属微孔及生物材料涂层微孔(生物型固定)，其表面有固定作用的钉刺结构(31，32)。

3.根据权利要求1所述，本设计的仿生型液压式可活动人工椎体两端的活塞轴动结构，其特征为半椭球形或球形(21，22)与人工椎体上下终板(24，25)一体，轴动活塞有防止滑移的小球形柱共同稳定轴动结构(20-21，23-22)。

4.根据权利要求1所述，本设计的仿生型液压式可活动人工椎体后端设有椎弓根螺钉卡钉(45)的固定人工椎体后缘卡槽结构(40)，固定本设计人工椎体。

5.根据权利要求1、4所述，本设计的人工椎体的椎弓根卡钉其特征为，卡钉顶端(42)为扁球形或扁方形光滑棱角几何设计，与椎体后缘衔接卡槽(40)扁形入口相一致；卡钉前端和尾端为双螺旋推入式设计，卡钉顶端(42)进入卡槽旋转90°后即固定椎弓根螺钉于椎体内，旋转外筒螺旋(45-46)可将外筒(45)卡入人工椎体后缘衔接槽(41)；尾部螺旋(43-44)可将卡钉尾部固定在椎弓根椎板处，固定本设计人工椎体在脊柱空缺椎体位上。

6.根据权利要求1、3所述，仿生型液压式可活动人工椎体终板与活塞构成的运动轴(21，22)为一略椭球形或球形或椭球形与球形相互组合的结构，构成人工椎体运动轴主体。

7.根据权利要求1所述的仿生型液压式可活动人工椎体可进一步微缩化设计为人工椎间盘(60)，其特征为将人工椎体液压囊活塞结构简化为一封闭液压囊(61-62)环绕活动轴复合体(63-64)结构，适合于颈椎及腰椎间盘病变的生理功能重建。

8.根据权利要求1、2、7所述的仿生型液压式可活动人工椎体与人工椎间盘终板与对应节段椎体终板截面横径L矢径H相适应；人工椎体与人工椎间盘终板截面面积和受力关系与对应节段椎体截面的横径L矢径H相关，存在一近似的数学关系，其面积-压力指数K＝L＊H。

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