一种3D打印个体化定制仿生微孔髋臼卯榫补块及制作方法技术

本发明专利技术涉及一种3D打印个体化定制仿生微孔髋臼卯榫补块及制作方法，所述的卯榫补块为3D打印的实体结构，其中内侧面的上边缘和下边缘分别与上表面和下表面的一侧边相接，形成嵌入髋臼骨缺损位置的榫结构，外侧面的上边缘和下边缘分别与上表面和下表面的另一侧边相接，包围成整体卯榫补块结构；所述的下表面为弧形，与髋臼臼杯假体的弧度相同；四种形式的螺纹孔的设置能够保证对卯榫补块的多角度固定，最大限度的保证稳定性，防止侧滑或位移。卯榫补块上设有贯穿的类骨小梁仿生微孔。本发明专利技术解决了现有技术在髋臼骨缺损重建过程中，不利于恢复髋关节旋转中心、植入物与骨缺损形态不匹配、植入物骨长入不良、初始与远期稳定性差等问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印个体化定制仿生微孔髋臼卯榫补块及制作方法


[0001]本专利技术涉及一种髋臼重建补块，特别涉及一种基于3D打印的个体化定制、具有仿生微孔结构的髋臼卯榫补块及其制作方法。

技术介绍

[0002]髋关节发育不良是继发性髋关节炎的常见原因之一。当出现临床症状且影响患者生活质量时，全髋关节置换是最终的治疗方式。然而髋关节发育不良患者存在髋臼形态异常，如髋臼外上方骨缺损、髋臼周围骨量减少等，给全髋关节置换术中重建髋臼、建立臼杯假体初始稳定性带来技术上的挑战。目前髋关节发育不良全髋关节置换术中常用的髋臼重建方法主要包括臼杯高旋转中心放置技术、髋臼内陷技术、髋臼结构性植骨技术、髋臼钛网联合打压植骨技术、髋臼垫块植入技术等。然而，现有技术主要存在以下问题：
[0003]1.臼杯高旋转中心放置、髋臼内陷技术不能保存和增加髋周骨量，并导致正常髋关节旋转中心移位，明显改变和增加髋关节受力，增加髋臼假体的松动、失败率。
[0004]2.髋臼结构性植骨技术、钛网联合打压植骨技术存在术后移植骨不融合、骨吸收、塌陷、钛网折弯、折断等问题,容易导致髋臼假体松动和移位。
[0005]3.髋臼垫块尽管能够原位填充、修补髋臼骨缺损，但现有的髋臼垫块主要存在以下缺点：(1)是按图纸标准化提前加工制造的成品，结构单一、尺寸固定，对于复杂形态髋臼骨缺损不能良好匹配，无法在手术过程中根据需要灵活调整；髋臼垫块与髋臼骨接触的面多为半球形，不易固定，容易发生位移，无法给臼杯架体足够的支撑，影响臼杯假体的稳定性；(2)表面喷涂工艺，骨长入性差，在术后长期的运动过程中，容易造成髋臼垫块的松动，不能保证髋臼假体的位置稳定性；(3)尽管钛基材料与人体骨骼生物力学特征相近，并已广泛应用于髋臼垫块等人体植入物的制作，其较高的弹性模量等力学固有属性仍存在应力遮挡导致局部骨溶解、植入物松动的风险。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种3D打印个体化定制仿生微孔髋臼卯榫补块，所述的卯榫补块为3D打印的实体结构，外表面包括上表面、下表面、外侧面和内侧面，其中内侧面的上边缘和下边缘分别与上表面和下表面的一侧边相接，形成嵌入髋臼骨缺损位置的榫结构，外侧面的上边缘和下边缘分别与上表面和下表面的另一侧边相接，包围成整体卯榫补块结构；所述的下表面为弧面，与髋臼臼杯假体的弧度相同；卯榫补块的外侧面和上表面与内侧面的交界处之间设有一个或数个贯穿的第一螺纹孔，外侧面和上表面之间设有一个或数个贯穿的第二螺纹孔，外侧面和内侧面之间设有一个或数个贯穿的第三螺纹孔，上表面和下表面之间设有一个或数个贯穿的第四螺纹孔。四种形式的螺纹孔的设置能够保证对卯榫补块的多角度固定，最大限度的保证稳定性，防止侧滑或位移。
[0007]进一步的，卯榫补块的上表面与内侧面之间夹角为75
°
～120
°
，该角度范围能够保证卯榫补块不会侧滑或位移，能够与髋臼骨缺损处的卯槽形成牢固的卯榫嵌合。
[0008]作为优选，卯榫补块上设有三个第一螺纹孔，设有两个第二螺纹孔，设有四个第三螺纹孔，设有两个第四螺纹孔；在补块的外侧面上，三个第一螺纹孔等间距设在中部，两个第二螺纹孔设在上部，第二螺纹孔与第一螺纹孔交错设置；四个第三螺纹孔等间距设在下部，第三螺纹孔与第一螺纹孔交错设置；在卯榫补块的上表面上，第四螺纹孔与第一螺纹孔和第二螺纹孔交错设置。这样设计能保证卯榫补块的整体强度，又能最大限度的设置足够多的螺纹孔用于固定，且各个螺纹孔之间互不干扰不会交叉，保证卯榫补块的稳定性。
[0009]进一步的，所述的第一螺纹孔、第二螺纹孔、第三螺纹孔和第四螺纹孔的直径为3.5mm～4.5mm。孔径过大会影响卯榫补块的结构强度。
[0010]卯榫补块的外侧面和内侧面之间设有一个或数个贯穿的固定针孔。
[0011]进一步的，所述的固定针孔位于外侧面和内侧面的下部，固定针孔的直径为2.0mm～4.0mm，避免影响其他螺纹孔的布置，防止与螺纹孔交叉。
[0012]卯榫补块上设有贯穿的类骨小梁仿生微孔。
[0013]进一步的，所述的仿生微孔的形状为圆形、四边形或三角形中的一种或多种；孔径为200μm～600μm、孔隙率为65％～85％。
[0014]进一步的，所述的内侧面形状为月牙形，保证卯榫补块的应力分布更均匀，承重能力最强。
[0015]作为优选，卯榫补块上表面、下表面、外侧面和内侧面之间的交界处为倒角结构，防止应力集中导致的骨损伤与骨吸收。
[0016]本专利技术还提供一种3D打印个体化定制仿生微孔髋臼卯榫补块的制作方法，包括以下步骤：
[0017](1)髋臼骨缺损的个体化评估：
[0018]根据患者三维CT数据，重建髋臼骨缺损数字模型，并利用3D打印技术构建立体模型，分析评估骨缺损位置、面积与形态结构，规划骨缺损区卯榫补块填充方案；
[0019](2)卯榫补块的个体化结构设计：
[0020]根据骨缺损位置、面积与形态结构以及髋臼臼杯假体的弧度，设计卯榫补块形态、结构尺寸参数，确定上表面、下表面、外侧面和内侧面的形状和大小，构建卯榫补块立体模型，其中内侧面的上边缘和下边缘分别与上表面和下表面的一侧边相接，上表面与内侧面之间夹角为75
°
～120
°
，形成嵌入髋臼骨缺损位置的榫结构；外侧面的上边缘和下边缘分别与上表面和下表面的另一侧边相接，包围成整体补块结构；所述的下表面为弧面，与髋臼臼杯假体的弧度相同；所述的内侧面形状为月牙形；
[0021](3)设计卯榫补块的孔位结构：
[0022]在卯榫补块立体模型上设计第一螺纹孔、第二螺纹孔、第三螺纹孔和第四螺纹孔以及固定针孔的位置、孔径和数量；其中补块的外侧面和上表面与内侧面的交界处之间设有一个或数个贯穿的第一螺纹孔，外侧面和上表面之间设有一个或数个贯穿的第二螺纹孔，外侧面和内侧面之间设有一个或数个贯穿的第三螺纹孔，上表面和下表面之间设有一个或数个贯穿的第四螺纹孔，第一螺纹孔、第二螺纹孔、第三螺纹孔和第四螺纹孔的直径为3.5mm～4.5mm；外侧面和内侧面之间设有一个或数个贯穿的固定针孔，固定针孔的直径为2.0mm～4.0mm；
[0023](4)设计卯榫补块的仿生微孔结构：
[0024]卯榫补块的整体设有贯穿的类骨小梁仿生微孔，仿生微孔的形状为圆形、四边形或三角形中的一种或多种；孔径为200μm～600μm、孔隙率为65％～85％；
[0025](5)3D打印卯榫补块：
[0026]卯榫补块整体模型设计完成后，利用3D打印机进行卯榫补块的钛合金或聚醚醚酮3D打印，完成卯榫补块的制作。
[0027]本专利技术卯榫补块的使用方法：
[0028]根据患者实际情况完成定制打印制作卯榫补块，根据卯榫补块的结构，对患者臼杯上方髋臼骨缺损部位进行处理，形成与卯榫补块形状大小相适应的卯槽，将卯榫补块嵌入卯槽中，使卯榫补块上表面与卯槽上壁贴合，内侧面与卯槽内壁贴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印个体化定制仿生微孔髋臼卯榫补块，其特征在于：卯榫补块为3D打印的实体结构，外表面包括上表面、下表面、外侧面和内侧面，其中内侧面的上边缘和下边缘分别与上表面和下表面的一侧边相接，外侧面的上边缘和下边缘分别与上表面和下表面的另一侧边相接；所述的下表面为弧面，与髋臼臼杯假体的弧度相同；卯榫补块的外侧面和上表面与内侧面的交界处之间设有一个或数个贯穿的第一螺纹孔，外侧面和上表面之间设有一个或数个贯穿的第二螺纹孔，外侧面和内侧面之间设有一个或数个贯穿的第三螺纹孔，上表面和下表面之间设有一个或数个贯穿的第四螺纹孔；卯榫补块上设有贯穿的类骨小梁仿生微孔。2.根据权利要求1所述的一种3D打印个体化定制仿生微孔髋臼卯榫补块，其特征在于：卯榫补块的上表面与内侧面之间夹角为75
°
～120
°
。3.根据权利要求1所述的一种3D打印个体化定制仿生微孔髋臼卯榫补块，其特征在于：卯榫补块上设有三个第一螺纹孔，设有两个第二螺纹孔，设有四个第三螺纹孔，设有两个第四螺纹孔；在补块的外侧面上，三个第一螺纹孔等间距设在中部，两个第二螺纹孔设在上部，第二螺纹孔与第一螺纹孔交错设置；四个第三螺纹孔等间距设在下部，第三螺纹孔与第一螺纹孔交错设置；在补块的上表面上，第四螺纹孔与第一螺纹孔和第二螺纹孔交错设置。4.根据权利要求1所述的一种3D打印个体化定制仿生微孔髋臼卯榫补块，其特征在于：所述的第一螺纹孔、第二螺纹孔、第三螺纹孔和第四螺纹孔的直径为3.5mm～4.5mm。5.根据权利要求1所述的一种3D打印个体化定制仿生微孔髋臼卯榫补块，其特征在于：卯榫补块的外侧面和内侧面之间设有一个或数个贯穿的固定针孔。6.根据权利要求5所述的一种3D打印个体化定制仿生微孔髋臼卯榫补块，其特征在于：所述的固定针孔位于外侧面和内侧面的下部，固定针孔的直径为2.0mm～4.0mm。7.根据权利要求1所述的一种3D打印个体化定制仿生微孔髋臼卯榫补块，其特征在于：所述的内侧面形状为月牙形。8.根据权利要求1所述的一种3D打印个体化定制仿生微孔髋臼卯榫补块，其特征在于：所述的仿生微孔的形状为圆形、四边形或三角形中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金成，孙洋，白皓天，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：