一种个性化仿生人工颈椎间盘假体制作方法及假体技术

本发明专利技术公开一种个性化仿生人工颈椎间盘假体制作方法及假体，涉及医疗器械技术领域，解决现有椎间盘假体无法矫正异常ICR、重建生理运动模式的问题，同时解决批量生产的椎间盘假体无法满足个体化需求的问题。建立椎间盘退变后的颈椎三维仿真模型；修改该模型中退变椎间盘的形态结构及材料属性，得到椎间盘假体的三维仿真模型；将此三维仿真模型植入颈椎退变模型中，对颈椎模型施加载荷模拟生理运动，并计算植入节段与邻近节段运动学及生物力学指标；根据计算结果对椎间盘假体模型进行调整，直至假体植入后可矫正异常ICR并获得最佳生物力学效应；根据假体的三维仿真模型制作椎间盘假体，得到高度匹配患者颈椎解剖参数的个性化仿生人工颈椎间盘假体。仿生人工颈椎间盘假体。仿生人工颈椎间盘假体。

【技术实现步骤摘要】
效应，而假体内部材料应尽量与生理椎间盘材料属性相近，模拟生理运动模式。
[0006]人工颈椎间盘假体历经半个多世纪的发展，其有效性及安全性已被广泛证实，但CDA术后仍然存在一些并发症，如术后颈痛、力线异常、假体下沉、异位骨化等。现有假体无法有效矫正异常ICR、恢复生理运动模式，进而导致生物力学异常是假体产生上述并发症的重要原因之一。另外，目前国内使用的颈椎人工间盘假体，其设计数据及假体规格均参照欧美人群解剖特征，与国人颈椎解剖参数不完全匹配；且批量生产的固定规格颈椎间盘假体不适用于所有颈椎病患者，假体终板未完全覆盖椎体终板并与其紧密连接，不利于均匀传递力学载荷，需对椎体骨性终板进行打磨处理，增加假体沉降风险。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种个性化仿生人工颈椎间盘假体制作方法及假体，以解决现有技术存在的问题，得到高度匹配患者颈椎解剖参数的椎间盘假体，同时得到的椎间盘假体还具备矫正异常ICR的能力，可重建生理运动模式，模拟正常颈椎生理运动，获得更均衡的生物力学效应。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种个性化仿生人工颈椎间盘假体制作方法，包括以下步骤：
[0009]S1：建立椎间盘退变后的颈椎三维仿真模型；
[0010]S2：修改颈椎退变三维仿真模型中退变椎间盘的形态结构及材料属性，得到人工颈椎间盘假体的三维仿真模型；
[0011]S3：将椎间盘假体的三维仿真模型植入颈椎退变的三维仿真模型中，对颈椎三维仿真模型施加载荷模拟颈椎生理运动，并计算植入节段与邻近节段运动学与生物力学指标，获得的运动学参数包括瞬时旋转中心；
[0012]S4：根据计算结果对椎间盘假体的三维仿真模型进行调整，直至指标达标；
[0013]S5：根据椎间盘假体的三维仿真模型制作椎间盘假体。
[0014]优选的，步骤S2中，根据椎间盘的退变程度增加椎间盘假体的高度和终板曲度，同时修改椎间盘的材料属性，得到椎间盘假体的三维仿真模型。
[0015]优选的，步骤S3中，将椎间盘假体的三维仿真模型植入颈椎退变三维仿真模型前，先切除椎体前缘骨赘，将椎间盘假体的三维仿真模型植入颈椎退变三维仿真模型后，采用有限元分析软件对颈椎三维仿真模型的运动进行分析，分析过程中将底部椎体下终板固定，对顶部的椎体上终板施加载荷，并以正常颈椎的节段活动度作为边界条件，获得植入节段与邻近节段运动学与生物力学指标。
[0016]优选的，步骤S3中，在屈伸运动中，整个颈椎的运动被看作是一个中心固定的圆弧，在这个圆弧内存在一个速度为零的中心点，这个中心点为旋转中心，在屈伸运动中，将颈椎整个运动过程中各时间点的运动视为一个圆弧，每个圆弧有一个固定的中心，速度为零，由这些中心连接的轨迹是瞬时旋转中心，瞬时旋转中心是一系列旋转中心形成的轨迹。
[0017]优选的，步骤S1中，将颈椎病患者退变的颈椎CT数据导入医学图像控制软件中进行图像分割并导出实体结构，将实体结构导入正向工程软件中进行光滑和匀称处理，再使用逆向工程软件完成颈椎几何模型的重建，在有限元前处理软件 中进行网格划分形成颈椎退变三维仿真模型。
[0018]优选的，步骤S2中，椎间盘假体中的纤维环假体的杨氏模量为2MPa~4MPa，髓核假体的杨氏模量为1MPa，上终板和下终板的杨氏模量为114000Mpa、泊松比为0.35v；步骤S3中，获得的生物力学参数包括位移
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力矩曲线、关节突应力、骨
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植入物截面应力、椎间盘压力和假体核心应力。
[0019]本专利技术还提供一种个性化仿生人工颈椎间盘假体，包括上终板、下终板和连接在所述上终板与所述下终板之间的中间弹性复合体；所述上终板与所述下终板上均设置有若干用于刺入椎体终板内的倒齿，所述中间弹性复合体包括髓核假体和呈环形形状的纤维环假体，所述髓核假体位于所述纤维环假体的中部，且与所述环形形状的内圈壁面贴合。
[0020]优选的，所述上终板与所述下终板均采用钛合金，所述上终板与所述下终板表面均涂有钛金属羟基磷灰石涂层。
[0021]优选的，所述纤维环假体采用聚氨酯材料制成，所述髓核假体采用水凝胶材料制成。
[0022]优选的，所述倒齿呈四棱锥形状。
[0023]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0024]1、根据本专利技术中的个性化仿生人工椎间盘假体的制作方法能够根据不同的患者的椎间盘不同退变情况进行个性化设计，得到高度匹配患者颈椎解剖参数的椎间盘假体；
[0025]2、本专利技术在有限元仿真过程中，获得三维仿真模型的ICR数据，并与现有假体、正常椎间盘的数值进行对比，不断修改假体高度和假体终板曲度，使LBGdisc
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C假体终板曲度完全符合患者解剖学数据，不破坏椎体骨性终板，与椎体骨性终板完全贴合，更有利于力学载荷均匀传导，降低骨
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植入物界面应力，减少假体下沉风险，最终得到的椎间盘假体还具备矫正异常ICR的能力，可恢复生理运动模式，模拟正常颈椎生理运动，获得更均衡的生物力学效应；
[0026]3、本专利技术中的LBGdisc
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C假体中弹性复合体材料属性及运动产生方式（通过弹性复合体形变），与生理椎间盘相似，维持植入节段ROM同时不增加邻近节段负荷，降低ASD发生。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为个性化仿生人工颈椎间盘假体制作方法的流程图；
[0029]图2为本专利技术中椎间盘假体的正视结构示意图；
[0030]图3为椎间盘假体轴侧图；
[0031]图4为椎间盘假体的拆解图；
[0032]其中，1、上终板；2、下终板；3、髓核假体；4、纤维环假体；5、倒齿。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]本专利技术的目的是提供一种个性化仿生人工颈椎间盘假体制作方法及假体，以解决现有技术存在的问题，得到高度匹配患者颈椎解剖参数的椎间盘假体，同时得到的椎间盘假体还具备矫正异常ICR的能力，可恢复生理运动模式，模拟正常颈椎生理运动，获得更均衡的生物力学效应。
[0035]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0036]实施例1：
[0037]由于现有技术中批量生产的固定规格颈椎间盘假体不适用于所有颈椎病本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种个性化仿生人工颈椎间盘假体制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立椎间盘退变后的颈椎三维仿真模型；S2：修改颈椎退变三维仿真模型中退变椎间盘的形态结构及材料属性，得到人工颈椎间盘假体的三维仿真模型；S3：将椎间盘假体的三维仿真模型植入颈椎退变的三维仿真模型中，对颈椎三维仿真模型施加载荷模拟颈椎生理运动，并计算植入节段与邻近节段运动学与生物力学指标，获得的运动学参数包括瞬时旋转中心；S4：根据计算结果对椎间盘假体的三维仿真模型进行调整，直至指标达标；S5：根据椎间盘假体的三维仿真模型制作椎间盘假体。2.根据权利要求1所述的个性化仿生人工颈椎间盘假体制作方法，其特征在于，步骤S2中，根据椎间盘的退变程度增加椎间盘假体的高度和终板曲度，同时修改椎间盘的材料属性，得到椎间盘假体的三维仿真模型。3.根据权利要求2所述的个性化仿生人工颈椎间盘假体制作方法，其特征在于，步骤S3中，将椎间盘假体的三维仿真模型植入颈椎退变三维仿真模型前，先切除椎体前缘骨赘，将椎间盘假体的三维仿真模型植入颈椎退变三维仿真模型后，采用有限元分析软件对颈椎三维仿真模型的运动进行分析，分析过程中将底部椎体下终板固定，对顶部的椎体上终板施加载荷，并以正常颈椎的节段活动度作为边界条件，获得植入节段与邻近节段运动学与生物力学指标。4.根据权利要求3所述的个性化仿生人工颈椎间盘假体制作方法，其特征在于，步骤S3中，在屈伸运动中，整个颈椎的运动被看作是一个中心固定的圆弧，在这个圆弧内存在一个速度为零的中心点，这个中心点为旋转中心，在屈伸运动中，将颈椎整个运动过程中各时间点的运动视为一个圆弧，每个圆弧有一个固定的中心，速度为零，由这些中心连接的轨迹是瞬时旋转中心，瞬时旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宝戈，林琳，桑大成，吴炳轩，戎天华，
申请(专利权)人：首都医科大学附属北京天坛医院，
类型：发明
国别省市：