一种用于全膝关节置换术中骨缺损的个性化生物型垫块制造技术

本发明专利技术公开了一种用于全膝关节置换术中骨缺损的个性化生物型垫块，包括通过固定桩与骨床固定的垫块基体，垫块基体包括实心层和多孔结构，实心层上表面与胫骨托压配接触固定；垫块基体和固定桩采用3D打印技术一体化制造。本发明专利技术具有截骨量小、近远期固定良好、与人体自然骨表面平滑过渡、无应力集中的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于全膝关节置换术中骨缺损的个性化生物型垫块
本专利技术属于医疗器械
，尤其涉及一种用于全膝关节置换术中骨缺损的个性化生物型垫块。
技术介绍
目前，膝关节骨缺损可由许多原因引起，包括：关节炎引起的膝内翻成角畸形、缺血性坏死、创伤、胫骨高位截骨术后及膝关节翻修手术。股骨侧或胫骨侧的骨缺损部位分为：空腔型缺损和节段型缺损。现有技术中，骨缺损的治疗方式一般可以通过以下方法：骨水泥填充：骨水泥填充适用于空腔型缺损深度小于5mm的骨缺损，尤其是老年患者；但骨水泥相对较差的生物力学特性使它不宜用在节段型且较大的骨缺损病例，尤其是年轻的病人；植骨(自体骨或异体骨)：植骨(自体骨或异体骨)适用于介于5mm-10mm之间空腔型骨缺损，尤其是年轻的患者；但自体骨取材受限，而异体骨的安全性、骨的重塑性和整合能力差，导致植骨失败；定制型假体：定制型假体主要针对股骨、胫骨畸形且骨缺损较严重的病人，尤其是全膝关节置换翻修术后患者；但定制型假体的活动度有限，术后满意度低；而现阶段使用的金属垫块存在截骨量大、骨不愈合、塌陷、移位的缺点，另外金属垫块边缘锐利引发软组织疼痛等。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种用于全膝关节置换术中骨缺损的个性化生物型垫块，具有截骨量小、近远期固定良好、与人体自然骨表面平滑过渡、无应力集中的优点。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于全膝关节置换术中骨缺损的个性化生物型垫块，包括通过固定桩与骨床固定的垫块基体，垫块基体包括实心层和多孔结构，实心层上表面与胫骨托压配接触固定；垫块基体和固定桩采用3D打印技术一体化制造。所述的多孔结构的最大尺寸为0.1～0.4mm。所述的多孔结构的孔隙率调整范围为25％～85％，根据病人骨质情况进行调整，实现垫块与病人骨骼弹性模量的匹配。所述的多孔结构的孔隙率在人工膝关节假体-骨方向进行梯度渐变，防止应力集中。所述的垫块基体和固定桩采用3D打印技术制造。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术基于患者的骨缺损情况进行外形调整匹配，提高垫块与患者骨缺损区域的匹配度，实现了个性化定制，从而减少手术截骨量，为患者保留自体骨质。(2)本专利技术对于节段型骨缺损患者，垫块的外表面与自然骨骼的解剖表面平滑过渡，无锐利边缘，避免假体周围软组织的接触疼痛。(3)本专利技术固定桩2深入骨组织固定，防止垫块的松动和塌陷。(4)本专利技术多孔结构12的最大尺寸为0.1～0.4mm，是骨组织长入的最佳尺寸；(5)本专利技术多孔结构12和涂层有利于诱导骨组织的定向生长，起到远期固定的作用，防止垫块的松动与塌陷；(6)本专利技术可以采用3D打印技术制造，缩短了制备时间，降低了成本。附图说明图1-a、图1-b是本专利技术骨缺损生物型垫块的结构示意图。图2是本专利技术骨缺损生物型垫块安装示意图。图3是本专利技术空腔型骨缺损生物型垫块的侧视图。图4是本专利技术空腔型骨缺损生物型垫块的俯视图。图5是本专利技术空腔型骨缺损生物型垫块的仰视图。图6是本专利技术节段型骨缺损生物型垫块的侧视图。图7是本专利技术节段型骨缺损生物型垫块的俯视图。图8是本专利技术节段型骨缺损生物型垫块的仰视图。图9是本专利技术骨缺损生物型垫块的固定桩示意图。具体实施方式下面参照附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种方式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本专利技术将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因为将省略它们的详细描述。参见图1至图9，一种用于全膝关节置换术中骨缺损的个性化生物型垫块，包括垫块基体1和固定桩2，空腔型骨缺损区域32和节段型骨缺损区域33，以保证下肢完整力学传递。一种用于全膝关节置换术中骨缺损的个性化生物型垫块的制备的安装实施过程包括：(1)采集患者下肢全长的CT/MRI图像数据，利用软件对采集图像进行三维重建，模拟全膝关节置换手术，得到模拟手术术后膝关节骨缺损部位的大小和形状；(2)采用3D打印技术一次性打印出吻合骨缺损大小和形状的钛合金生物型垫块，多孔结构具有孔隙率渐变的特征；(3)处理金属垫块的外侧及边缘，使之吻合骨缺损部位内表面和人体自然骨骼外表面，不会影响膝关节周围软组织的正常活动，从而避免引发软组织疼痛；(4)表面处理，使垫块的多孔结构表面包含骨诱导生长因子涂层、抗菌涂层和促血管生长因子涂层；(5)实际的手术安装过程中，垫块上方的平面与胫骨托压配贴合固定，下表面通过固定桩深入骨床固定；(6)从近期来看，垫块基体与胫骨托的压配固定及固定桩与骨床的固定能起到近期固定的作用，防止垫块基体的横移和旋转；(7)从远期来看，多孔结构层表面具有诱导骨组织长入的生长因子涂层，多孔结构的孔隙尺寸是骨组织长入的最佳尺寸，有利于骨组织长入垫块基体内部，从而实现垫块基体的长期固定；(8)垫块基体的多孔结构的孔隙率在垫块-骨方向上采用梯度渐变的形式，能够避免垫块基体内部应力集中，从而延长了垫块的使用寿命。所述垫块的外形不规则，主要作用于两种不同的使用场景：空腔型骨缺损和节段型骨缺损。当作用于空腔型骨缺损部位时，垫块的上平面与胫骨托压配接触固定，下表面几何关系与骨缺损内表面吻合，通过固定桩深入骨床与骨组织固定。当作用于节段型骨缺损部位时，垫块的上平面与胫骨托压配接触固定，下表面几何关系与骨缺损内表面吻合，通过固定桩深入骨床与骨组织固定，侧表面与人体自然骨骼表面平滑过渡。所述垫块基体和固定桩的材料选择钛合金，钛合金的弹性模量与人体骨骼弹性模量接近，组织相容性好。所述垫块的空隙尺寸为0.1-0.4mm之间，是骨组织长入的最佳尺寸，骨组织长入后能有效实现垫块的远期固定，避免出现垫块塌陷等并发症。所述垫块基体的孔隙率为25％-85％范围内进行调整，具体数值根据病人骨密度情况进行设置。孔隙率在垫块-骨方向上梯度变化，能有效避免垫块内部的应力集中。所述垫块的不规则表面由患者术前CT的骨缺损区域的解剖形态确定。当骨缺损区域为空腔型缺损时，垫块的上表面为平面，与胫骨托下表面匹配，采用压配固定；垫块的下表面与骨缺损区域内表面高度吻合。当骨缺损为节段型缺损时，垫块的上表面为平面，与胫骨托下表面匹配，采用压配固定；外侧表面与病人胫骨解剖面吻合，垫块的外表面轮廓与骨骼解剖表面完整匹配平滑，过渡，且无锐利边缘；内侧表面与骨缺损区域的内表面吻合。如图2至图5，一种针对膝关节空腔型骨缺损的生物型垫块，其垫块基体1由实心层11和多孔结构12组成；所述实心层11与胫骨托的接触面为平面，与胫骨托进行压配，可防止垫块基体1的横移，有利于下肢力学的传递；所述多孔结构12的外表面与空腔型骨缺损内表面32吻合，能够最大限度的减少截骨量；多孔结构12为仿骨小梁结构，孔径在0.1～0.4mm之间，多孔结构12有多种方式，在保证足够的强度的基础上，有利于骨组织的长入，实现垫块基体1的远期固定；多孔结构12的孔隙率在25％～85％之间，根据病人的骨密度进行调整匹配；多孔结构12的孔隙率在竖直方向上梯度渐变，防止应力集中；垫块基体1通过固定桩2深入骨组织实现固定，防止垫块基体1的塌陷，多根固定桩2协同还能防止垫块基体1的旋转。如图6至图9，一种针对膝关节节段型性骨缺损的生物型垫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于全膝关节置换术中骨缺损的个性化生物型垫块，其特征在于：包括垫块基体(1)、固定桩(2)，垫块基体与固定桩一体制备；所述垫块基体(1)包括实心层(11)和多孔结构层(12)，实心层(11)与多孔结构层(12)一体制备，所述实心层(11)与胫骨托压配接触固定，所述多孔结构层(12)与固定桩(2)匹配。

【技术特征摘要】
1.一种用于全膝关节置换术中骨缺损的个性化生物型垫块，其特征在于：包括垫块基体(1)、固定桩(2)，垫块基体与固定桩一体制备；所述垫块基体(1)包括实心层(11)和多孔结构层(12)，实心层(11)与多孔结构层(12)一体制备，所述实心层(11)与胫骨托压配接触固定，所述多孔结构层(12)与固定桩(2)匹配。2.根据权利要求1所述的一种用于全膝关节置换术中骨缺损的个性化生物型垫块，其特征在于：所述垫块基体和固定桩的材料为钛合金。3.根据权利要求1所述的一种用于全膝关节置换术中骨缺损的个性化生物型垫块，其特征在于：所述实心层(11)厚度为垫块基体(1)高度的20％-30％。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玲，朱正飞，王航辉，康建峰，李涤尘，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61