多孔钛椎间融合器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔钛椎间融合器，该椎间融合器为通过3D打印机将钛合金材料一体打印成型的结构件，包括支撑结构部和孔隙结构部。支撑结构部用于承担外部载荷，孔隙结构部用于引导新骨长入。支撑结构部的体积占融合器总体积的5%至20%。孔隙结构部在融合器的上侧、下侧、前侧、后侧和右侧呈开放式地向外露出，为骨质等的有效生长提供了开放式的生长空间。多孔钛椎间融合器的制备方法中，通过对激光功率、扫描速度以及扫描间距的控制，而使得多孔钛椎间融合器的一体成型，得到孔径合适、孔隙率高的且强度较好融合器。本发明专利技术提供的多孔钛椎间融合器的两个功能部位既能独立行使自己的功能，又相互配合达到椎间治疗的效果。

Porous titanium interbody fusion device and preparation method thereof

The invention discloses a porous titanium interbody fusion device, which is a structural component formed by printing and integrating titanium alloy material by a 3D printer, comprising a support structure part and a pore structure part. The support structure portion is used to bear external loads, and the pore structure portion is used to guide the ingrowth of the new bone. The volume of the support structure portion occupies 5% to 20% of the total volume of the fusion device. The pore structure is opened outward on the upper, lower, front, back and right sides of the fusion organ, providing an open growth space for the effective growth of bone. Preparation method of porous titanium cage, through the control of laser power, scanning speed and scanning distance, forming one made of porous titanium cage, appropriate aperture and high porosity and high strength fusion device. The two functional parts of the porous titanium intervertebral cage provided by the invention can independently perform their functions and cooperate with each other to achieve the effect of intervertebral treatment.

【技术实现步骤摘要】
多孔钛椎间融合器及其制备方法
本专利技术涉及用于脊椎骨的植入物，属于椎间融合内固定领域，具体涉及一种多孔钛椎间融合器及其制备方法。
技术介绍
腰椎间盘突出和颈椎病等症状的椎间盘退变性疾病是现代社会中的一种常见病和多发病，严重影响患者的生活质量。脊柱融合是脊柱外科应用最广泛的技术之一，主要通过建立脊柱即刻稳定及植入物骨生成作用、骨诱导作用、骨传导作用来促进脊柱骨性融合。目前，椎间融合已成为治疗腰椎不稳、腰椎管狭窄、退变性椎体滑脱、退变性脊柱侧弯、假关节及退变性椎间盘疾病等疾患的主要手段。现有技术中的融合器根据术后骨质生长的方式的不同主要分为两种类型，第一类是设有植骨区的融合器，第二类是不设植骨区的融合器。中国专利文献CN204683846U（申请号201520112316.X）公开了一种弧形前方入路脊柱椎体间融合器。该融合器整体为椭圆形结构，上下面上设有渐进性波浪棱齿；融合器还对称开有沿上下方向设置的两个近似半圆形的通孔，且该两个通孔可以方便植入自体骨。该装置采用超大直径设计，能够提高椎体间稳定性，也能提高承受压缩的力学强度。该技术公开的融合器尽管具备较为稳定的支撑结构，但是骨质的重新生长的效果不够理想。该文献公开的融合器属于第一类融合器。中国专利文献CN201529176U（申请号200920247060.8）公开了一种用于椎体融合时植入的骨小梁椎间融合器，其具有由钛合金粉末经电子束熔融成型的网状多孔结构，形状可为楔形、方形、半圆形或三角形，或根据患者病变部位的具体情况进行设计。该骨小梁椎间融合器的中间有一通孔，而网状结构的孔径为50－900微米，孔隙率为40－90%，表面还可具有羟基磷灰石涂层。该技术公开的融合器虽然能够在一定程度上降低应力屏蔽带来的不利影响，且采用单一的网状多孔结构，但骨质的重新生长的效果仍然不够理想。该文献公开的融合器属于第一类融合器。中国专利文献CN204581605U（申请号201520265012.7）公开了一种椎间融合器，包括近似长方体的融合器本体，所述融合器本体内设置有竖直贯通的植骨孔，融合器本体的上表面和下表面均匀设置有齿牙；融合器本体的前端面逐渐向内收缩通过导圆边光滑过渡，融合器本体的后端面设置有植入定位孔和植入定位槽；融合器本体的两侧边镂空贯穿，镂空处设置有生长网。但是，由于其本体的上侧和下侧的四周占有一定的空间，对于术后骨质的生长造成不利的影响。中国专利文献CN104706446A（申请号201510129242.5）所公开的融合器也与该融合器相类似。该两篇文献公开的融合器属于第一类融合器。中国专利文献CN102293693A（申请号201110146497.4）公开了一种具有生物活性多孔钛合金人颈椎间融合器及其制备方法。此专利技术专利制备的椎间融合器具有与自然骨组织相近的弹性模量，多孔结构及其内部生物活性因子缓释系统能诱导新生骨组织长入。该专利虽然解决了融合器弹性模量与自然骨组织相匹配以及骨长入的问题，但这种单一的多孔结构缺乏抗疲劳能力，在动态循环应力的作用下容易断裂，不能满足远期临床的需求。该文献公开的融合器属于第二类融合器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种强度较好且在术后对骨质等的生长效果较好的多孔钛椎间融合器以及通过相应的参数的控制实现所述的融合器的制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术的椎间融合器为通过3D打印机将钛合金材料一体打印成型的结构件，包括支撑结构部和孔隙结构部；所述的支撑结构部与孔隙结构部相互呈一体状固定连接在一起；支撑结构部用于承担外部载荷，孔隙结构部用于引导新骨长入；所述的支撑结构部的体积占融合器总体积的5%至20%；所述的孔隙结构部在融合器的上侧、下侧、前侧、后侧和右侧向外露出，且在融合器的前侧、后侧和右侧呈开放式地向外露出。所述的支撑结构部包括依次相连的安装部、左支架、连接部和右支架；安装部设有一对分前后设置的器械槽和一个沿左右向设置的位于所述的一对器械槽中间的器械孔；左支架和右支架均采用上下分布设置的一对十字板结构且通过相应的立柱相连的结构，左支架与右支架之间通过连接部相连。所述的支撑结构部的连接部包括前立柱、后立柱、上横梁和下横梁；前立柱与后立柱之间通过上横梁和下横梁相连；所述的左支架具有左上架、左下架和左中立柱；左中立柱连接在左上架与左下架之间；左上架与左下架均呈十字板结构，并同时呈从左前至右后以及从左后至右前的交叉结构设置，并且左中立柱位于左上架和左下架各自的交叉部位处；左上架的左侧的前后两端与安装部的上部的右侧相连，左下架的左侧的前后两端与安装部的下部的右侧相连；左上架的右侧前端与前立柱的上部左侧相连，左上架的右侧后端与后立柱的上部左侧相连；左下架的右侧的前端与前立柱的下部左侧相连，左下架的右侧的后端与后立柱的下部左侧相连；从而使得左支架的前后两侧均具有三角柱形的开放空间。所述的右支架具有右上架、右下架和右中立柱；右中立柱连接在右上架与右下架14-2之间；右上架与右下架均呈十字板结构，并同时呈从左前至右后以及从左后至右前的交叉结构设置，并且右中立柱位于右上架和右下架各自的交叉部位处；右上架的左侧的前端与前立柱的上部右侧相连，右上架的左侧的后端与后立柱的上部右侧相连；右下架的左侧的前端与前立柱的下部右侧相连，右下架的左侧的后端与后立柱的下部右侧相连；从而使得右支架的前后两侧和右侧均具有三角柱形的开放空间。所述的支撑结构部还设有右前立柱和右后立柱；右前立柱连接在右上架的右前端与右下架的右前端之间，右后立柱连接在右上架的右后端与右下架的右后端之间。所述的支撑结构部的长度L为22mm至36mm，宽W为8mm至14mm，高度H为3mm至18mm。所述的空隙结构部为由呈正四面体结构的空隙单元组合构成；其中，结构单元均由4根长度相同的长方体柱形的钛柱连接构成，并且各钛柱相互之间的夹角为109度28分。所述的空隙结构部中的每根钛柱的长度l为0.3mm至0.6mm，宽度w和厚度h相同，为0.1mm至0.3mm；空隙结构部的孔隙率为70%至90%。一种多孔钛椎间融合器的制备方法，具体包括以下步骤：①利用计算机辅助设计（CAD）软件进行椎间融合器的外形设计，使其能够与人椎体的解剖学外形相匹配；所述CAD软件为Unigraphics、Pro/E、Solidworks等；②在融合器外形轮廓内设计与之匹配的力学支撑结构，本实施例1支撑结构体积占融合器总体积的10%，力学支撑结构CAD数据以独立的STL数据格式存储；③在去除力学支撑结构的剩余空间内设计微观孔隙结构，孔隙尺寸为200μm，微观孔隙结构CAD数据以独立的STL数据格式存储；④将力学支撑结构的STL数据和微观孔隙结构STL数据分别导入分层切片处理软件，并保持力学支撑结构与微观孔隙结构设计时的相对空间位置，然后，利用分层切片处理软件对力学支撑结构和微观孔隙结构STL数据进行分层切片处理，分别转换成两个独立的二维数据信息文件；⑤将力学支撑结构和微观孔隙结构两个独立的二维数据信息文件导入3D打印设备控制软件，保持力学支撑结构和微观孔隙结构设计时的相对空间位置，设置相应的3D打印工艺参数；⑥以钛合金粉末为原材料，进行一体化3D打印制作，获得多孔钛椎间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔钛椎间融合器，为通过3D打印机将钛合金材料一体打印成型的结构件，其特征在于：包括支撑结构部（1）和孔隙结构部（2）；支撑结构部（1）与孔隙结构部（2）相互呈一体状固定连接在一起；支撑结构部（1）用于承担外部载荷，孔隙结构部（2）用于引导新骨长入；支撑结构部（1）的体积占融合器总体积的5%至20%；孔隙结构部（2）在融合器的上侧、下侧、前侧、后侧和右侧呈开放式地向外露出。

【技术特征摘要】
1.一种多孔钛椎间融合器，为通过3D打印机将钛合金材料一体打印成型的结构件，其特征在于：包括支撑结构部（1）和孔隙结构部（2）；支撑结构部（1）与孔隙结构部（2）相互呈一体状固定连接在一起；支撑结构部（1）用于承担外部载荷，孔隙结构部（2）用于引导新骨长入；支撑结构部（1）的体积占融合器总体积的5%至20%；孔隙结构部（2）在融合器的上侧、下侧、前侧、后侧和右侧呈开放式地向外露出。2.根据权利要求1所述的多孔钛椎间融合器，其特征在于：所述的支撑结构部（1）包括依次相连的安装部（11）、左支架（12）、连接部（13）和右支架（14）；安装部（11）设有一对分前后设置的器械槽（11-1）和一个沿左右向设置的位于所述的一对器械槽中间的器械孔（11-2）。3.根据权利要求1所述的多孔钛椎间融合器，其特征在于：所述的支撑结构部（1）包括依次相连的安装部（11）、左支架（12）、连接部（13）和右支架（14）；左支架（12）和右支架（14）均采用上下分布设置的一对十字板结构且通过相应的立柱相连的结构，左支架（12）与右支架（14）之间通过连接部（13）相连。4.根据权利要求3所述的多孔钛椎间融合器，其特征在于：所述的支撑结构部（1）的连接部（13）包括前立柱（13-1）、后立柱（13-2）、上横梁（13-3）和下横梁（13-4）；前立柱（13-1）与后立柱（13-2）之间通过上横梁（13-3）和下横梁（13-4）相连；左支架（12）具有左上架（12-1）、左下架（12-2）和左中立柱（12-3）；左中立柱（12-3）连接在左上架（12-1）与左下架（12-2）之间；左上架（12-1）与左下架（12-2）均呈十字板结构，并同时呈从左前至右后以及从左后至右前的交叉结构设置，并且左中立柱（12-3）位于左上架（12-1）和左下架（12-2）各自的交叉部位处；左上架（12-1）的左侧的前后两端与安装部（11）的上部的右侧相连，左下架（12-2）的左侧的前后两端与安装部（11）的下部的右侧相连；左上架（12-1）的右侧前端与前立柱（13-1）的上部左侧相连，左上架（12-1）的右侧后端与后立柱（13-2）的上部左侧相连；左下架（12-2）的右侧的前端与前立柱（13-1）的下部左侧相连，左下架（12-2）的右侧的后端与后立柱（13-2）的下部左侧相连；从而使得左支架（12）的前后两侧均具有三角柱形的开放空间；右支架（14）具有右上架（14-1）、右下架（14-2）和右中立柱（14-3）；右中立柱（14-3）连接在右上架（14-1）与右下架14-2之间；右上架（14-1）与右下架（14-2）均呈十字板结构，并同时呈从左前至右后以及从左后至右前的交叉结构设置，并且右中立柱（14-3）位于右上架（14-1）和右下架（14-2）各自的交叉部位处；右上架（14-1）的左侧的前端与前立柱（13-1）的上部右侧相连，右上架（14-1）的左侧的后端与后立柱（13-2）的上部右侧相连；右...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴忆峰，李翔，陈文涛，韦冬，孙平阳，
申请(专利权)人：常州华森医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32