3D打印自锁式解剖型人工椎体及制作工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种3D打印自锁式解剖型人工椎体，包括上椎体和下椎体；所述上椎体和下椎体通过凸起与凹槽配合连接；所述上椎体和下椎体的表面设置有蜂窝状的骨小梁结构。上椎体和下椎体的接触面设置有与椎体接触位置符合脊柱的生理弧度。骨小梁结构为不规则立体网状结构。本发明专利技术提供的人工椎体是将分体的两件3D打印的产品组合到一起使用，不会出现滑脱的现象，组合使用更方便。长度可根据患者的病变高度、椎体接触位置进行加工，并且能控制椎体与椎体间角度大小，降低了沉降的发生率，增强稳定性，恢复脊柱前凸。通过蜂窝状的微孔结构，促进骨融合，提供最佳的脊柱生理机构稳定和承载能力，最终实现骨融合。

3D printing self locking anatomical artificial vertebral body and its manufacturing process

The invention discloses a 3D printing self locking anatomical artificial vertebral body, including the upper and lower vertebral bodies. The upper and lower vertebrae are connected through a convex and groove, and the surface of the upper and lower vertebrae is provided with a honeycomb bone trabecular structure. The contact surface of the upper vertebral body and the lower vertebral body is arranged in contact with the vertebral body in accordance with the physiological radian of the spine. The trabecular structure of the bone is an irregular three-dimensional reticular structure. The artificial vertebral body provided by the invention is a combination of two pieces of 3D printed products, which can not be slipped. It is more convenient to use in combination. The length can be processed according to the height of the patient's lesion and the position of the vertebral body, and the angle between the vertebral body and the vertebral body can be controlled, the incidence of settlement can be reduced, the stability is enhanced, and the spinal protruding is restored. Through the honeycomb structure, we can promote bone fusion, provide the best spinal physiological mechanism for stability and carrying capacity, and ultimately achieve bone fusion.

【技术实现步骤摘要】
3D打印自锁式解剖型人工椎体及制作工艺
本专利技术涉及人工椎体结构
，特别是一种3D打印自锁式解剖型人工椎体。
技术介绍
在原有的脊柱椎体的切除手术中，医生通过植入机加工其原材料为金属或其他材料的人工椎体代替人体脊柱，恢复脊柱的重建，来获得患者脊柱功能的恢复。脊椎人工椎体主要用于椎体结核、椎体肿瘤的病变。脊柱人工椎体见图1，图1为脊柱人工椎体示意图；包括上椎体和下椎体；常见的产品由锻造钛合金材料加工完成，现有的人工椎体和钛笼产品多为锻造钛合金机加工，经零散件组装使用，这些产品的手术入路方式为前路手术，会造成患者内脏组织结构发生改变，不能使患者术后更好的恢复造成很大的困扰；植入人体后虽然恢复了稳定性，但骨和骨不能完全融合，强度和刚度上表现不佳，容易滑脱导致治疗失败，相邻节段出现代偿性运动增加，导致该部位的应力集中，椎间盘退变加速、椎间关节应力增加，进而造成融合节段或相邻节段的椎管狭窄，继发性脊椎滑脱和假关节形成，特别在多节段脊椎融合固定中更明显。现有的产品都是医生、厂家根据手术经验把产品分为适用于大部分患者的产品型号，如在使用中发现产品与患者的病变不相符，医生会按照假体的型号对患者脊柱进行破坏，这样会是患者脊柱功能下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种3D打印自锁式解剖型人工椎体；本人工椎体是通过3D打印人工椎体结构来代替原有脊柱人工椎体结构。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术提供的3D打印自锁式解剖型人工椎体，包括上椎体和下椎体；所述上椎体和下椎体通过凸起与凹槽配合连接；所述上椎体和下椎体的表面设置有蜂窝状的骨小梁结构。进一步，所述上椎体和下椎体的接触面设置有与椎体接触位置符合脊柱的生理弧度。进一步，所述骨小梁结构为不规则立体网状结构。进一步，所述上椎体和下椎体为通过运用3D打印技术将钛合金粉末经过激光高温烧结形成的一种蜂窝状的骨小梁型式的分体组合式人工椎体。进一步，所述上椎体和下椎体中间设置有一个通孔。进一步，所述上椎体和下椎体之间采用消防栓倒钩锁死结构，所述消防栓倒钩锁死结构包括上端帽和下端帽；所述上端帽的端面设置有凸起的圆柱，所述下端帽的端面设置有与圆柱匹配的凹槽，所述上端面的圆柱用于插入下端帽的凹槽中并旋转固定。本专利技术还提供了一种3D打印自锁式解剖型人工椎体制作工艺，具体包括以下步骤：1)通过患者的CT数据进行三维成像，对患者病变椎体及邻近节段解剖结构进行连续断层扫描获得医学放射诊疗诊断设备Docom的医学数字标准数据；2)将CT扫描断层数据以Docom的格式导出，输入Mimics10.01的软件，经图像定位，阈值分割，动态分割，每层图像经过选择性编辑和漏洞处理，去除冗余数据，平滑处理，最后经3D计算建立包含病椎邻近解剖结构的三维模型，结果以STL格式输出；3)计算病变椎体的高度、周径、前后缘骨皮质的厚度、内部的空隙结构、上下相邻椎体的椎弓根宽度、高度、椎弓根轴线与椎体矢状面、横截面的夹角；4)根据CT计算机辅助技术建立的三维模型；5)清洗：对不同产品需规定水射流的不同入射角度，通过工件的旋转和喷头变换角度以实现对工件的全方位清洗。进一步，所述4)步骤中的根据CT计算机辅助技术建立的三维模型，具体步骤如下：选择性激光熔融技术，对熔点高达1688±4°的钛金属塑形成多孔“蜂窝状”的人工椎体，其中，钛合金椎体的弹性模量为3.25±1.08GPa,所述多孔“蜂窝状”人工椎体，空隙大小控制在100μm。进一步，所述清洗还包括采用超声波震荡清洗。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：本专利技术提供的人工椎体是将分体的两件3D打印的产品组合到一起使用，其原理根据消防栓的旋转锁死的结构，适用范围为脊柱肿瘤、脊柱结核等病症；用这种产品可以改为手术入路的方式为脊柱后路，并且两种产品组合到一起不会出现手术后的滑脱的现象，锁死效果更牢固。椎体长度可根据患者的病变高度、椎体接触位置进行加工，并且能控制椎体与椎体间角度大小，降低了沉降的发生率，增强稳定性，恢复脊柱前凸。通过蜂窝状的微孔结构，促进骨融合，提供最佳的脊柱生理机构稳定和承载能力，最终实现骨融合。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明本专利技术的附图说明如下。图1为脊柱人工椎体示意图。图2为3D打印整体的人工椎体。图3为3D打印自锁式解剖型人工椎体分解图。图4为3D打印自锁式解剖型人工椎体分解剖视图。图5为3D打印的人工椎体上端示意图。图6为人工椎体俯视图。图7为机加工形成的两个凸起和两个凹槽。图8网状为蜂窝状结构，其他为实体结构。图9为轴侧图。图10a表示规则且在多个方向上均有良好的目视贯通性的多孔的整体结构。图10b表示规则且在多个方向上均有良好的目视贯通性的多孔的正向通透效果。图10c表示规则且在多个方向上均有良好的目视贯通性的多孔的斜向通透效果。图11a表示不规则且目视通透性较差的多孔的整体结构。图11b表示不规则且目视通透性较差的多孔的正向通透效果。图11c表示不规则且目视通透性较差的多孔的斜向通透效果。图中，1为上椎体，2为下椎体，3为椎体主体，4为螺钉，5为蜂窝状，6为实体。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1如图2所示，图2为3D打印整体的人工椎体；本实施例提供的人工椎体是将分体的两件3D打印的产品组合到一起使用，适用范围为脊柱肿瘤、脊柱结核等病症；运用这种产品可以改为手术入路的方式为脊柱后路，并且两种产品组合到一起不会出现滑脱的现象，组合使用更方便。本实施例提供的人工椎体是通过患者的CT数据进行三维成像，由计算机辅助设计符合人体脊柱模型，并运用3D打印机对脊柱椎体进行定制加工；长度可根据患者的病变高度、椎体接触位置进行加工，并且能控制椎体与椎体间角度大小，降低了沉降的发生率，增强稳定性，恢复脊柱前凸。3D打印的人工椎体的材料由符合ASTMF1580-12标准的Ti6Al4V钛合金粉末，这种材料既有良好的生物相容性，可以长期植入人体，又有较好的抗疲劳性，术后也不影响MR检查；材料粉末经激光高温烧结、淬火，形成蜂窝形状，这种椎体能被制成蜂窝状的微孔结构，类似人体骨头中的骨小梁，有了这种骨小梁，相邻正常脊椎的骨细胞可以长入其中，侧面蜂窝孔状便于周围血管长入，促进骨融合，提供最佳的脊柱生理机构稳定和承载能力，最终实现骨融合。3D打印的椎体主体，表面为蜂窝状的骨小梁结构；骨小梁是骨皮质在松质骨内的延伸部分，即骨小梁与骨皮质相连接，在骨髓腔中呈不规则立体网状结构，如丝瓜络样或海绵状，起支持造血组织的作用，有了这种结构使骨组织不断生长和改建，以适应所在部位功能上的需要；组合式的椎体适用于做后路手术脊神经不被破坏，在上下棘突与棘突之间进行放置椎体；椎体上下面可根据椎体的角度进行打印，使产品与椎体接触位置符合脊柱的生理弧度，重建后的椎体重要的生理功能，即恢复脊柱生理高度、应力传导和分布，恢复脊柱功能；椎体主体上有四个可以拧螺钉的螺纹孔，孔的角度为35°，螺钉为自攻螺钉，作用是固定在上下两个椎体间。椎体中间设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.3D打印自锁式解剖型人工椎体，其特征在于：包括上椎体和下椎体；所述上椎体和下椎体通过凸起与凹槽配合连接；所述上椎体和下椎体的表面设置有蜂窝状的骨小梁结构。

【技术特征摘要】
1.3D打印自锁式解剖型人工椎体，其特征在于：包括上椎体和下椎体；所述上椎体和下椎体通过凸起与凹槽配合连接；所述上椎体和下椎体的表面设置有蜂窝状的骨小梁结构。2.如权利要求1所述的3D打印自锁式解剖型人工椎体，其特征在于：所述上椎体和下椎体的接触面设置有与椎体接触位置符合脊柱的生理弧度。3.如权利要求1所述的3D打印自锁式解剖型人工椎体，其特征在于：所述骨小梁结构为不规则立体网状结构。4.如权利要求1所述的3D打印自锁式解剖型人工椎体，其特征在于：所述上椎体和下椎体为通过运用3D打印技术将钛合金粉末经过激光高温烧结形成的一种蜂窝状的骨小梁型式的分体组合式人工椎体。5.如权利要求1所述的3D打印自锁式解剖型人工椎体，其特征在于：所述上椎体和下椎体中间设置有一个通孔。6.如权利要求1所述的3D打印自锁式解剖型人工椎体，其特征在于：所述上椎体和下椎体之间采用消防栓倒钩锁死结构，所述消防栓倒钩锁死结构包括上端帽和下端帽；所述上端帽的端面设置有凸起的圆柱，所述下端帽的端面设置有与圆柱匹配的凹槽，所述上端面的圆柱用于插入下端帽的凹槽中并旋转固定。7.3D打印自锁式解剖型人工椎体制作工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：1)通过患者的CT数据进行三维成像，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：申春林，罗爱民，屈政，孙增辉，
申请(专利权)人：北京中安泰华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11