CN112716661B - 一种3d打印的人工颈椎间关节 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种3D打印的人工颈椎间关节，包括上锥体、髓核‑弹簧结构单元、下锥体，所述髓核‑弹簧结构单元包括髓核体、医用弹簧，所述髓核体包括一体结构的髓核体上球面、髓核主体、髓核下连接体，所述上锥体底面设置有与所述髓核体上球面相吻合的凹面，两者通过球面相接触，所述下锥体内部设置有用于供所述髓核下连接体运动的通道，所述医用弹簧设置于所述通道中，并作用于所述髓核下连接体，所述下锥体侧面设置有一贯穿至所述通道内的弹簧限位板卡口，所述弹簧限位板卡口中插设有限制所述医用弹簧处于压缩状态的弹簧限位卡板。采用本发明，可解决现有人工颈椎间盘置换术后存在的假体脱位、以及现有人工颈椎间盘安装困难等问题。

Description

一种3D打印的人工颈椎间关节

技术领域

本发明涉及医疗假体和3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印的人工颈椎间关节。

背景技术

颈椎病以椎间盘突出为主要致病原因，程度轻的通过按摩即可缓解痛苦，而较为严重的则需要通过手术切除病变的椎间盘，通过颈椎间盘置换术植入人工椎间盘假体到患者的椎间；但人工椎间盘假体也有一些缺点：一是产品结构繁琐，尺寸选择单一，对于一些椎骨较大或较小的个体，植入假体后不能很好的维持椎间高度，造成椎间隙过大或过小，致使关节活动度减小，最终造成软组织骨化；二是产品的抗疲劳和抗磨损性能差，导致假体易产生磨损，且大部分假体支架为金属结构，与原始椎骨组织的生物相容性极差，容易破坏人体生物力学的分布规律，导致人工假体的脱落。

而3D打印的人工骨骼能很好的解决以上的问题。3D打印技术是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层叠加的方式来构造物体的技术，因此其能打印出很多复杂的结构。对于病变严重已经有骨刺产生甚至骨头坏死的椎骨，植入人工椎间盘假体已经不能满足需求，这时候就需要切除病人的一部分椎骨，用3D打印的仿生颈椎肩关节来代替。通过手术截取病人病变的部分椎骨，并用3D打印的仿生椎骨和设计好的椎间盘来代替，这种基于3D打印的仿生颈椎间关节能很好的与病人椎骨进行结合，几乎可以满足所有病人的个性化需求。目前市场上已有的人工颈椎间盘采用传统的人体颈椎简化结构，功能与形式单一，每一位患者的颈椎终板形状都存在差异，用一个现成的标准植入物不可能匹配所有患者的生理参数，容易造成人工椎间盘的脱落，且难以适应个性化的需求以及柔性制造的要求，此外，现有的人工颈椎活动强度受限，且难以保证手术的成功性。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种3D打印的人工颈椎间关节。可提高人工颈椎间关节的运动的强度和牢固性，并提高手术的成功率。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种3D打印的人工颈椎间关节，包括上锥体、髓核-弹簧结构单元、下锥体，所述髓核-弹簧结构单元包括髓核体、医用弹簧，所述髓核体包括一体结构的髓核体上球面、髓核主体、髓核下连接体，所述上锥体底面设置有与所述髓核体上球面相吻合的凹面，两者通过球面相接触，所述下锥体内部设置有用于供所述髓核下连接体运动的通道，所述医用弹簧设置于所述通道中，并作用于所述髓核下连接体，所述下锥体侧面设置有一贯穿至所述通道内的弹簧限位板卡口，所述弹簧限位板卡口中插设有限制所述医用弹簧处于压缩状态的弹簧限位卡板。

其中，所述髓核-弹簧结构单元还包括弹簧支撑体、弹簧下连接体，所述弹簧支撑体包括弹簧固定圆盘、弹簧固定圆盘下连接柱、弹簧固定圆盘上连接体，所述弹簧固定圆盘通过所述弹簧固定圆盘上连接体与所述髓核下连接体固定连接，所述弹簧固定圆盘下连接柱固定设置于所述弹簧固定圆盘下表面，所述弹簧下连接体固定设置于所述通道的底部，所述医用弹簧设置于所述弹簧固定圆盘下连接柱、弹簧下连接体之间。

其中，所述弹簧限位卡板末端作用于所述弹簧固定圆盘与所述髓核下连接体之间。

其中，所述上锥体的上表面、所述下锥体的下表面设置有不规则圆柱成骨小孔。

其中，所述上锥体、下锥体的侧边均设置有与人体截骨相配合的定位穿孔。

其中，所述髓核下连接体、通道的形状均为相互匹配的圆柱形。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

(1)本发明有效解决了人工颈椎间关节置换过程中安装困难的问题。在进行 人工颈椎间关节置换手术时，一体式结构的安装方式往往安装困难，手术时长较久，手术风险较大，而本发明通过采用弹簧-髓核结构将人工椎间盘压缩到3D打印的椎骨中，这样就有很大的空间来进行手术，在人工颈椎肩关节安装完成后，抽出弹簧固定卡板使椎间盘弹回上下椎骨之间，再将弹簧固定槽封闭。

(2)本发明采用穿孔固定。相对于传统的在颈椎肩关节上面和下面加装固定耳的固定方法，穿孔固定使人工颈椎肩关节和上下椎骨的接合更加牢固，且活动时应力分布更加均匀，不会产生应力集中。

(3)本发明为非对称的椎间盘设计。髓核体上球面13为椎间盘的上半部分，是一个半球面，与打印的上椎骨紧密贴合，可以实现多自由度的扭转及倾转动作，具有一定的弹性；髓核主体12为髓核主体，其结构为侧凹形，由于其特殊的结构，其在受力的过程中不会因为上下椎骨的挤压而使椎间盘膨出；髓核下连接体11为椎间盘的下半部分，是一个圆柱体，主要作用是防止人工椎间盘的脱落。因此这种椎间盘的设计不仅能够使人能够多自由度的活动，还能有效阻止椎间盘的膨出和脱落。

(4)上下椎体的大小不一样。病人哪部分骨头坏死严重就多切除一些，用来安装医用弹簧，这能最大程度的少切除椎骨。

(5) 本发明结合3D打印技术，通过3D打印的仿生颈椎肩关节来代替病人病变的椎骨和椎间盘，能最大程度的解决椎体结构复杂和尺寸型号不匹配的问题；而上下打印的椎骨表面有圆柱形小孔设计和喷涂有纳米骨亲和材料，可以用来装椎骨分泌的故诱导因子以及使打印椎骨与椎骨更好地融合。

附图说明

图1为发明结构的半剖面视图；

图2为本发明上锥体的轴测图；

图3为本发明下锥体的轴测图；

图4为本发明髓核-弹簧结构单元的装配图；

图5为本发明髓核-弹簧结构单元压缩状态半剖视图；

图6为本发明髓核-弹簧结构单元压缩状态位置图；

图7为本发明髓核-弹簧结构单元伸开状态位置图；

图8为本发明装配结构示意图。

图中：1成骨小孔；2上锥体；2-1凹面；2-2 上终板； 3定位穿孔；4下锥体；4-1髓核-弹簧结构单元运动通道；4-2下终板；5弹簧限位板卡口；6弹簧限位卡板；7弹簧下连接体；8医用弹簧；9弹簧固定圆盘；9-1弹簧固定圆盘下连接柱；10弹簧固定圆盘上连接体；11髓核下连接体；12髓核主体；13髓核体上球面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明实施例的一种3D打印的人工颈椎间关节，包括上锥体2、髓核-弹簧结构单元、下锥体4三部分； 髓核-弹簧结构单元包括髓核体、弹簧支撑体、医用弹簧8、弹簧下连接体7；髓核体包括髓核体上球面13、髓核主体12、髓核下连接体11；弹簧支撑体包括弹簧固定圆盘9、弹簧固定圆盘下连接柱9-1、弹簧固定圆盘上连接体10；弹簧下连接体7安装在运动通道4-1的底部。

下锥体4内部设置有运动通道4-1，下锥体4侧面设置有弹簧限位板卡口5。

不规则圆柱成骨小孔1设置于上椎骨2的上表面、下椎骨4的下表面，用于装入成骨诱导因子。

如图2所示的上锥体2的轴测图，上锥体2设置有与截骨相配合的定位穿孔3，定位穿孔3贯穿整个上锥体，与人体锥体相结合固定的时候，定位更加准确，连接更加牢固。同时，设置有与髓核体上球面13相吻合的凹面2-1，髓核体上球面13与上锥体2内部的凹面2-1通过球面接触，在颈椎运动拉伸的过程种起到缓冲和发散受力的作用。

如图3所示，下锥体4与上锥体2是非对称结构特征。因人体不同椎骨之间的结构特征可知，上椎骨与下锥体存在微小的结构差异，为了实现安装方便，降低人工颈椎间关节的手术风险，提高手术的可操作性，因此，在下锥体4内部设置有用于髓核-弹簧结构单元运动的通道4-1，设置的运动通道4-1处于下椎骨4的中心部位，形状是圆柱筒形状可以让髓核-弹簧单元在伸开过程中减少摩擦阻力，设置有与人体截骨相配合的定位穿孔3，贯穿整下椎骨4，分布在下锥体4侧面的一侧，且为一对。

如图4可知，髓核-弹簧结构单元包括髓核体上球面13、髓核体主体12、髓核下连接体11、弹簧固定圆盘9、弹簧固定圆盘下连接柱9-1、弹簧固定圆盘上连接体10、医用弹簧8、弹簧下连接体7组成，医用弹簧8具有高弹性势能以及高活动度，医用弹簧3上端与弹簧固定圆盘下连接柱9-1采用过盈方式配合，医用弹簧3下端和弹簧下连接体7同样是采用过盈配合方式连接，过盈配合连接方式简单、连接牢固。采用髓核-弹簧结构单元方式，将医用弹簧8和髓核体相结合，可以提高颈椎运动的强度，同时提高髓核体运动的高灵活性。

如图5和图6所示，在手术前，人工颈椎间关节是处于压缩状态的，弹簧限位卡板6穿过下锥体4上设置的弹簧限位板卡口5挡在弹簧固定圆盘9上对医用弹簧进行限位，使髓核-弹簧活动单元14处于压缩状态，上锥体2和下椎骨4处于紧密空隙位置。由图6可知，当进行手术时，将髓核-弹簧结构单元处于压缩状态的人工颈椎间关节植入到截骨空间内，极大的提高了手术操作的便捷性以及降低了人工颈椎间关节安装的复杂度。

如图6和图7以及图8所示，在进行手术过程中，将已经安装到人体截骨空间范围内的人工颈椎关节，通过上锥体2和下锥体4侧面的固定穿孔3固定到人体截骨空间内，然后将弹簧限位卡板6从下椎骨4上设置的弹簧限位板卡口5中取出，使弹簧限位卡板6不再阻挡在弹簧固定圆盘9，让医用弹簧8处于伸开状态，此时，髓核-弹簧结构单元将在医用弹簧8的推力下在运动通道4-1内上升，髓核体上球面13和上锥体2内部设置的凹面2-1进行球面结合，医用弹簧8处于伸开状态，且有一定的预紧力存在，这样将医用弹簧8和髓核体14结合起来，借助运动通道4-1通过医用弹簧8让髓核体14安装到位，简化了手术操作流程，同时也增强了髓核体14运动的强度和牢固性。

本发明的人工颈椎间关节，结构设计巧妙，制造简单，在提高颈椎运动强度的同时也增加了颈椎的运动活动度（弹簧增强运动强度、髓核体上球面13提高颈椎运动的范围与活动度）。

上椎骨2与下椎骨5与人体颈椎椎体通过定位穿孔3相连接，连接方式简单，强度可靠。

在手术前，采用弹簧限位板6将髓核-弹簧结构单元限位在压缩状态，方便安装以及简化手术操作步骤，在人工颈椎间关节植入截骨空间之后，将弹簧限位卡板6取出，使髓核体14上升到与上锥体2内部吻合的范围内，大大提高了手术的成功性，同时提高了颈椎活动的强度与力度。

本发明可用于多种人工椎间关节手术治疗中，针对不同的个体颈椎间盘以及颈椎结构可以依照本发明通过对3D打印工艺的调整，实现个性化需求，扩大人工颈椎间关节的应用范围，为广大患者带去福音。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种3D打印的人工颈椎间关节，其特征在于，包括上锥体、髓核-弹簧结构单元、下锥体，所述髓核-弹簧结构单元包括髓核体、医用弹簧，所述髓核体包括一体结构的髓核体上球面、髓核主体、髓核下连接体，所述上锥体底面设置有与所述髓核体上球面相吻合的凹面，两者通过球面相接触，所述下锥体内部设置有用于供所述髓核下连接体运动的通道，所述医用弹簧设置于所述通道中，并作用于所述髓核下连接体，所述下锥体侧面设置有一贯穿至所述通道内的弹簧限位板卡口，所述髓核-弹簧结构单元还包括弹簧支撑体、弹簧下连接体，所述弹簧支撑体包括弹簧固定圆盘、弹簧固定圆盘下连接柱、弹簧固定圆盘上连接体，所述弹簧固定圆盘通过所述弹簧固定圆盘上连接体与所述髓核下连接体固定连接，所述弹簧固定圆盘下连接柱固定设置于所述弹簧固定圆盘下表面，所述弹簧下连接体固定设置于所述通道的底部，所述医用弹簧设置于所述弹簧固定圆盘下连接柱、弹簧下连接体之间，所述弹簧限位板卡口中插设有弹簧限位卡板，所述弹簧限位卡板末端作用于所述弹簧固定圆盘与所述髓核下连接体之间，使所述医用弹簧处于压缩状态。

2.根据权利要求1所述的3D打印的人工颈椎间关节，其特征在于，所述上锥体的上表面、所述下锥体的下表面设置有不规则圆柱成骨小孔。

3.根据权利要求2所述的3D打印的人工颈椎间关节，其特征在于，所述上锥体、下锥体的侧边均设置有与人体截骨相配合的定位穿孔。

4.根据权利要求1-3任一项所述的3D打印的人工颈椎间关节，其特征在于，所述髓核下连接体、通道的形状均为相互匹配的圆柱形。

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