CN116725745A - 一种非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，涉及医疗器械的技术领域，解决了脊柱半椎体畸形早期矫形手术存在弊端的问题，本发明可为脊柱半椎体畸形患者行早期矫形手术提供所需的稳定支撑及成骨的稳定性，同时具备的磁感应激发变形功能，可使植入物具备可生长功能，避免了两侧椎体生长发育不均等问题造成二次畸形，形状记忆合金具有形状记忆特性，可以使植入物在较小体积情况下植入后通过电磁或热等刺激(但不限于该类刺激)下回复体积及形状，可以和不规则的椎间隙有更好的接触面积，利于支架骨性融合及血管长入。

Description

一种非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼

技术领域

本发明涉及医疗器械的技术领域，尤其涉及一种非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼。

背景技术

由单侧椎体先天形成失败产生的半椎体畸形是先天性脊柱侧凸的最常见原因。先天性脊柱侧弯的自然病程已被充分记录。这种由半椎骨引起的脊柱畸形的恶化率和最终严重程度取决于患者的年龄、椎体异常的大小和类型以及它发生的位置。根据半椎体的位置，其发展会有所不同。有时，严重的畸形可能会导致限制性肺功能障碍，以及躯干不平衡，表现为肩部不平衡、肋骨隆起或肩胛骨不对称等问题。如前所述，这种美容外观会给患者带来心理困扰。此外，先天性脊柱侧凸很难从支具治疗中受益。因此，在大多数情况下建议进行早期手术干预，旨在防止畸形进展并恢复生理脊柱轮廓。已经开发了许多技术，包括原位融合、半骨骺固定术、器械融合和半椎体切除术。但是早期切除半椎体，患者年龄小，脊柱生长潜能大，早期切除易导致患者生长发育不佳，影响神经脊髓功能的发育。

镍钛诺是一种由大致等量的镍和钛组成的化合物，是一种形状记忆合金(SMA)，具有两种固相：马氏体和奥氏体。当温度低于马氏体完成温度(Mf)时，镍钛诺很容易形成轮廓。当温度升高到奥氏体完成温度(Af)以上时，马氏体相完全转变为奥氏体，恢复到其初始预定形状。这称为形状记忆效应(SME)。该杆产生恢复力并导致相邻组织例如脊柱的变形。SMA的另一个特性是超弹性或假塑性。当合金在高于Af的温度下发生机械变形时，应力会将奥氏体相合金转变为单一变体马氏体，如果去除该载荷，合金将恢复原始奥氏体相形状。NiTi植入物的生物相容性先前已在多项研究中在体外和体内得到证实。这些独特的特性使NiTi合金在脊柱手术中广受欢迎。一些研究者使用电磁场感应来触发NiTi植入物的转换，其中奥氏体起始温度高于体温，用于各种目的，例如稳定胫骨，减少支架内再狭窄的发生率，和肢体延长。

针对现有半椎体矫形手术相关研究中，多数为切除一侧发育相对正常的半椎体并完成脊柱早期融合，如图5及图6所示，早期缩短了患者脊柱骨性结构，影响幼儿生长发育，于半椎体发育不良一侧做填补修复手术因为植入物不具备继续生长功能，对早期患儿手术后，易形成继发的二次发育异常导致再次脊柱畸形。

发明内容

针对上述产生的脊柱半椎体畸形早期矫形手术存在弊端的问题，本发明的目的在于提供一种非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其中，包括：人工骨骼1，所述人工骨骼1呈柱状，人工骨骼1的材质为镍钛形状记忆合金。

上述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其中，人工骨骼1的上、下两端的端部均设有锯齿面11。

上述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其中，人工骨骼1的外表面设有变形区12。

上述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其中，人工骨骼1的内部设有骨性通道。

上述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其中，所述变形区12通过电磁刺激延长以实现人工骨骼1的形变延长。

上述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其中，所述变形区12通过热刺激延长以实现人工骨骼1的形变延长。

上述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其中，变形区12由多个轴向延长区和多个轴向生长区组成，任意相邻的两个轴向延长区之间设有一个轴向生长区。

上述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其中，每一个轴向延长区或轴向生长区均沿人工骨骼1的轴向呈波浪线布置，多个轴向延长区和多个轴向生长区的面积均相同。

上述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其中，每一个轴向延长区由多个相平行且等间距设置的第一条纹凸起组成，多个第一条纹凸起均沿人工骨骼1的轴向布置。

上述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其中，每一个轴向生长区由多个相平行且等间距设置的第二条纹凸起组成，多个第二条纹凸起均沿人工骨骼1的周向布置。

本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：

(1)本发明可为脊柱半椎体畸形患者行早期矫形手术提供所需的稳定支撑及成骨的稳定性，同时具备的磁感应激发变形功能，可使植入物具备可生长功能，避免了两侧椎体生长发育不均等问题造成二次畸形；

(2)本发明中，形状记忆合金的形状记忆特性，可以使植入物在较小体积情况下植入后通过电磁或热等刺激(但不限于该类刺激)下回复体积及形状，可以和不规则的椎间隙有更好的接触面积，利于支架骨性融合及血管长入。

附图说明

图1是本发明的一种非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼的结构示意图。

图2是本发明的一种非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼的压缩状态的结构示意图。

图3是本发明的一种非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼的形变延长状态的结构示意图。

图4是本发明的一种非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼的形变延长状态的实施例示意图。

图5是现有半椎体矫形手术的实施例前步骤示意图。

图6是现有半椎体矫形手术的实施例后步骤示意图。

附图中：1、人工骨骼；11、锯齿面；12、变形区。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

请参照图1至图6所示，示出了一种非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其中，包括：人工骨骼1，人工骨骼1呈柱状，人工骨骼1的材质为镍钛形状记忆合金。

进一步，在一种较佳实施例中，人工骨骼1的上、下两端的端部均设有锯齿面11。

进一步，在一种较佳实施例中，人工骨骼1的外表面设有变形区12。

进一步，在一种较佳实施例中，人工骨骼1的内部设有骨性通道。

进一步，在一种较佳实施例中，变形区12通过电磁刺激延长以实现人工骨骼1的形变延长。

进一步，在一种较佳实施例中，变形区12通过热刺激延长以实现人工骨骼1的形变延长。

进一步，在一种较佳实施例中，变形区12由多个轴向延长区和多个轴向生长区组成，任意相邻的两个轴向延长区之间设有一个轴向生长区。

进一步，在一种较佳实施例中，每一个轴向延长区或轴向生长区均沿人工骨骼1的轴向呈波浪线布置，多个轴向延长区和多个轴向生长区的面积均相同。

进一步，在一种较佳实施例中，每一个轴向延长区由多个相平行且等间距设置的第一条纹凸起组成，多个第一条纹凸起均沿人工骨骼1的轴向布置。

进一步，在一种较佳实施例中，每一个轴向生长区由多个相平行且等间距设置的第二条纹凸起组成，多个第二条纹凸起均沿人工骨骼1的周向布置。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。

本发明在上述基础上还具有如下实施方式：

本发明的进一步实施例中，植入物人工骨骼1的材质为形状记忆合金，具体材质为镍钛形状记忆合金。

本发明的进一步实施例中，根据研究形状记忆合金有的形状记忆功能用于骨支架制作，其材料的压缩模量、形状记忆能力及多孔结构可使支架在提供足够的力学支持的同时通过材料本身的磁感功能诱导形变达到可调控植入物再次生长的功能。

本发明的进一步实施例中，此发明可为脊柱半椎体畸形患者行早期矫形手术提供所需的稳定支撑及成骨的稳定性，同时具备的磁感应激发变形功能，可使植入物具备可生长功能，避免了两侧椎体生长发育不均等问题造成二次畸形。同时形状记忆合金的形状记忆特性，可以使植入物在较小体积情况下植入后通过电磁或热等刺激(但不限于该类刺激)下回复体积及形状，可以和不规则的椎间隙有更好的接触面积，利于支架骨性融合及血管长入。

本发明的进一步实施例中，该发明为脊柱半椎体畸形早期矫形手术提供新的解决方案，可为脊柱半椎体畸形患者行早期矫形手术提供所需的稳定支撑及成骨的稳定性，同时具备的磁感应激发变形功能，可使植入物具备可生长功能，避免了两侧椎体生长发育不均等问题造成二次畸形。同时形状记忆合金的形状记忆特性，可以使植入物在较小体积情况下植入后通过电磁或热等刺激(但不限于该类刺激)下回复体积及形状，可以和不规则的椎间隙有更好的接触面积，利于支架骨性融合及血管长入，具体实施方式如图4所示，切除软组织后将本发明的人工骨骼1嵌入脊柱内，实现对脊柱的支撑，同时可通过外部刺激延长人工骨骼1，可伴随患者身体生长延长。

本发明的进一步实施例中，人工骨骼1可嵌入患者脊柱内并对患者脊柱进行支撑，以治疗患者的脊柱半椎体畸形，如图4所示。

本发明的进一步实施例中，人工骨骼1的上、下两端分别设有锯齿面11，人工骨骼1加热形变延长后，两个锯齿面11分别抵于其上、下两侧的椎骨，避免人工骨骼1嵌入椎骨内以后发生位移，对患者造成短期并发症及长期并发症，降低异物反应，人体组织在46度条件下，加热时间45min内不会对人体组织造成不可逆细胞损伤，所以加热温度不得超过46度，单次加热时间不得超过45min。

本发明的进一步实施例中，人工骨骼1的外表面设有变形区12，变形区12由多个轴向延长区和多个轴向生长区组成，每一个轴向生长区由若干横向槽组成，每一个轴向延长区由若干纵向槽组成，若干横向槽和若干纵向槽环绕人工骨骼1的外表面间隔设置，人工骨骼1形变延长过程中，若干横向槽便于对人工骨骼1提供延其轴向的形变延伸，若干纵向槽便于对人工骨骼1提供延其周向的形变延伸。

本发明的进一步实施例中，人工骨骼1嵌入患者脊柱内后，可在患者皮肤外侧通过电磁或热等刺激使其继续延长。

本发明的进一步实施例中，患者脊柱尺寸随其生长延长，人工骨骼1可在间隔一段时间后可通过电磁或热等刺激使其继续延长。

本发明的进一步实施例中，人工骨骼1延长具有一定的局限性，即无法超出其原有的最大长度，可在相邻椎体或侧弯的顶椎附近微创植入第二枚人工骨骼，具体由患者年龄以及生长速率决定。

本发明的进一步实施例中，人工骨骼1内置骨性通道，若干骨性通道设于人工骨骼1内且两端贯通，方便患者体内生长恢复，通过患者体内生长后对人工骨骼1进行包覆，便于患者骨性融合，保证人工骨骼1与患者体内进行融合，避免对患者体内造成短期并发症及长期并发症，降低异物反应。

本发明的进一步实施例中，植入物人工骨骼1的材质为形状记忆合金，具体为镍钛形状记忆合金，其物理稳定性好，避免对患者体内造成污染及二次损伤。

本发明的进一步实施例中，人工骨骼1利用4D打印技术(金属3D打印机)进行打印制作，制作完成后进行压缩，压缩完成后可嵌入患者脊柱内，通过电磁或热等刺激(但不限于该类刺激)对人工骨骼1形变延长且定型后，通过留存在患者体内的人工骨骼1对患者患处进行支撑，如图4所示。

本发明的进一步实施例中，人工骨骼1采用合金，具有较好的强度及支撑性能。

本发明的进一步实施例中，变形区12由多个轴向延长区和多个轴向生长区组成，具体排布方式如图1至3所示，轴向延长区在外部刺激下可实现延其轴向的延长，轴向生长区类似于压缩弹簧，减少压缩后体积的占用，减小压缩后人工骨骼1的体积，减少空间占用，便于移入患者脊柱，轴向生长区在外部刺激下可实现延其轴向的伸长。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其特征在于，包括：人工骨骼(1)，所述人工骨骼(1)呈柱状，人工骨骼(1)的材质为镍钛形状记忆合金。

2.根据权利要求1所述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其特征在于，人工骨骼(1)的上、下两端的端部均设有锯齿面(11)。

3.根据权利要求1所述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其特征在于，人工骨骼(1)的外表面设有变形区(12)。

4.根据权利要求1所述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其特征在于，人工骨骼(1)的内部设有骨性通道。

5.根据权利要求1所述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其特征在于，所述变形区(12)通过电磁刺激延长以实现人工骨骼(1)的形变延长。

6.根据权利要求1所述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其特征在于，所述变形区(12)通过热刺激延长以实现人工骨骼(1)的形变延长。

7.根据权利要求3所述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其特征在于，变形区(12)由多个轴向延长区和多个轴向生长区组成，任意相邻的两个轴向延长区之间设有一个轴向生长区。

8.根据权利要求7所述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其特征在于，每一个轴向延长区或轴向生长区均沿人工骨骼(1)的轴向呈波浪线布置，多个轴向延长区和多个轴向生长区的面积均相同。

9.根据权利要求7所述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其特征在于，每一个轴向延长区由多个相平行且等间距设置的第一条纹凸起组成，多个第一条纹凸起均沿人工骨骼(1)的轴向布置。

10.根据权利要求7所述的非接触式磁控可生长形状记忆合金人工骨骼，其特征在于，每一个轴向生长区由多个相平行且等间距设置的第二条纹凸起组成，多个第二条纹凸起均沿人工骨骼(1)的周向布置。