一种多层级多尺度多孔腰椎融合器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多层级多尺度多孔腰椎融合器及其制备方法，腰椎融合器包括多孔结构与框架，多孔结构为泰森多边形微孔，泰森多边形微孔的孔壁为骨小梁，多孔结构固定在框架内。多孔结构包括骨性融合层、过渡层和力学支撑层，是一种类似于人骨的仿生骨小梁多孔结构。骨性融合层的孔隙率、过渡层的孔隙率和力学支撑层的孔隙率相同，骨性融合层的孔径小于过渡层的孔径；过渡层的孔径小于力学支撑层的孔径。本方案中黏附在骨性融合层上的骨组织在向腰椎融合器中心增殖和分化时，骨组织的生长空间越来越大，便于骨组织在腰椎融合器上快速进行增殖、分化及新生血管形成，便于腰椎融合器与腰椎快速融合。与腰椎快速融合。与腰椎快速融合。

【技术实现步骤摘要】
一种多层级多尺度多孔腰椎融合器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及临床骨科
，具体地，涉及一种多层级多尺度多孔腰椎融合器及其制备方法。

技术介绍

[0002]下腰痛是临床中的常见病，导致该临床症状的疾病有腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄症、腰椎滑脱症、脊柱畸形等疾病。该疾病随着年龄增长有明显上升的趋势，造成了严重的社会负担。手术治疗对于严重的下腰痛是一种有效的手术方式，采用椎间融合的方式在腰椎植入融合器在病变腰椎处通过融合器代替病变腰椎工作。
[0003]临床上常用的多孔融合器采用的多孔结构与腰椎骨骼的孔隙结构差距较大，使得腰椎融合器在植入后不利于骨细胞在腰椎融合器上的黏附、生长、增殖与分化以及细胞所需氧气和营养物的运输、代谢产物的排除和血管、神经的长入。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决上述现有技术方案中临床上常用的多孔融合器采用的多孔结构与腰椎骨骼的孔隙结构差距较大，使得腰椎融合器在植入后不利于骨细胞在腰椎融合器上黏附生长的问题，提供了一种多层级多尺度多孔腰椎融合器。本方案中融合器的孔隙结构最大限度的模拟了腰椎骨骼的孔隙结构，使得融合器在植入人体后骨细胞可以快速在融合器上黏附生长。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：一种多层级多尺度多孔腰椎融合器，包括多孔结构与框架，多孔结构为泰森多边形微孔，泰森多边形微孔的孔壁为骨小梁，多孔结构固定在框架内。多孔结构包括骨性融合层、过渡层和力学支撑层，多孔结构从上至下依次为骨性融合层、过渡层、力学支撑层、过渡层和骨性融合层。骨性融合层的孔隙率、过渡层的孔隙率和力学支撑层的孔隙率相同，骨性融合层的孔径小于过渡层的孔径；过渡层的孔径小于力学支撑层的孔径。其中骨性融合层和力学支撑层的孔形为类圆形的泰森多变形微孔，过渡层的孔形为类梭形的泰森多边形微孔。
[0006]在腰椎融合器植入患者体内后，患者腰椎骨上的骨组织可以黏附在腰椎融合器上并完成在腰椎融合器上的生长、增殖，完成腰椎融合器与腰椎之间的骨结合，骨性融合层上的骨组织长入腰椎融合器和腰椎后经过一段时间分化使得骨组织骨化，腰椎融合器与腰椎相互融合，完成腰椎融合器与腰椎之间的骨性结合。本方案中腰椎融合器两端通过多孔结构中的骨性融合层与腰椎骨接触，多孔结构的框架是仿生骨小梁，仿生骨小梁构成的多孔结构类似于人骨多孔结构，有利于骨细胞的黏附、生长、增殖与分化以及细胞所需氧气和营养物的运输、代谢产物的排除和血管、神经的长入。多孔结构中骨性融合层的孔径最小，骨性融合层与腰椎骨接触时的接触面积最大，使得腰椎上的骨组织可以快速黏附在腰椎融合器上，加快腰椎融合器与腰椎之间的连接速度。
[0007]本方案中多孔结构可以减轻腰椎融合器的弹性模量从而减少植入人体后出现腰
椎融合器应力摘挡、松动及不融合等问题。本方案中的骨性融合层至力学支撑层的孔径依次增加，使得黏附在骨性融合层上的骨组织在向腰椎融合器中心增殖和分化时，骨组织的生长空间越来越大，便于骨组织在腰椎融合器上快速进行增殖和分化，便于腰椎融合器与腰椎快速融合。力学支撑层的大孔径更利于血管生长，血管生长又为骨细胞生长提供营养和排出代谢废物，加速骨融合。骨性融合层、过渡层和力学支撑层的孔隙率相同，骨性融合层、过渡层和力学支撑层的其骨小梁的直径逐渐增大，使得多孔结构整体的强度更高，结构更加稳定，使用寿命更长。
[0008]优选的，多孔结构的孔隙率为60％
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80％。骨性融合层的孔径为300um
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400um，骨性融合层骨小梁的直径为100um
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200um；过渡层的孔径为400um
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600um，过渡层骨小梁的直径为150um
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300um；力学支撑层的孔径为600um
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1000um，力学支撑层的骨小梁直径为200um
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400um。根据对腰椎骨骼结构的分析及对腰椎融合器力学性结果分析，当多孔结构的孔隙率为60％
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80％，腰椎融合器被植入体内后不会由于腰椎融合器弹性模量不匹配发生腰椎融合器应力摘挡、松动及不融合等问题。当腰椎融合器的孔隙率为60％
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80％时，骨性融合层的孔径为300um
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400um，骨性融合层骨小梁的直径为100um
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200um；过渡层的孔径为
[0009]400um
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600um，过渡层骨小梁的直径为150um
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300um；力学支撑层的孔径为600um
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1000um，力学支撑层的骨小梁直径为200um
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400um，更满足骨组织的生长条件。
[0010]优选的，多孔结构内设有植骨窗，植骨窗位于多孔结构中的力学支撑层的中部。通过微创手术对植骨窗内进行自体微创植骨，植骨窗内的骨组织向外生长至与腰椎上的骨组织融合，加速腰椎融合器与腰椎的融合速度。
[0011]优选的，框架水平方向的截面为月牙形，框架植入人体后暴露在腰椎外部的一端为外端，框架上与外端相对的一端为内端，框架竖直方向的截面为等腰梯形且该梯形的底边为框架的外端。等腰梯形的底角角度范围是80
°‑
90
°
。根据临床经验，腰椎形状类似圆形，当腰椎融合器水平方向截面为月牙形时，腰椎融合器在植入患者体内后腰椎融合器外表面与腰椎终板可以更加贴合。腰椎融合器与腰椎接触的两端面为倾斜面，可以维持腰椎融合器与腰椎的生理曲度，使之更好的贴合，增加接触面积，便于腰椎融合器植入后快速与腰椎进行融合。同时，这种符合生理曲度的倾斜面，可以使应力分布更均匀，避免应力集中，在腰椎融合器植入人体后可以减少出现腰椎融合器下沉的风险。且腰椎融合器的这种形状更便于微创手术的植入，减少手术难度，降低手术风险。
[0012]优选的，框架上相对两侧分别设有夹持部和倒角，倒角位于框架的顶面和底面上。框架上设有夹持部，便于医生夹持腰椎融合器植入患者的腰椎部分。框架侧面的另一端设有倒角，使腰椎融合器的形状与患者腰椎的形状更加匹配，有利于腰椎融合器与患者腰椎快速融合。
[0013]优选的，框架顶部和底部均设有用以增加与腰椎接触面积的凸起，凸起沿框架阵列排布。凸起为锥形。设置凸起，增加腰椎融合器与腰椎之间的摩擦力，防止腰椎融合器在腰椎上移位。
[0014]一种多层级多尺度多孔腰椎融合器的制备方法，包括如下步骤：
[0015]S1.设计多孔结构中力学支撑层、过渡层和骨性融合层的范围；力学支撑层、过渡层和骨性融合层的孔径；
[0016]S2.根据S1中的得到的多孔结构数据，在Grasshopper中创建力学支撑层、过渡层
和骨性融合层的边界范围；根据多孔结构的孔隙率，多孔结构中力学支撑层、过渡层和骨性融合层的范围及力学支撑层、过渡层和骨性融合层的孔径计算出力学支撑层、过渡层和骨性融合层的边界范围内所需随机分布点的密度；
[0017]S3.根据S2中得到的力学支撑层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层级多尺度多孔腰椎融合器，包括多孔结构(1)与框架(2)，所述多孔结构(1)为泰森多边形微孔，所述泰森多边形微孔的孔壁为骨小梁，所述多孔结构(1)固定在所述框架(2)内，其特征在于，所述多孔结构(1)包括骨性融合层(101)、过渡层(102)和力学支撑层(103)，所述多孔结构(1)从上至下依次为骨性融合层(101)、过渡层(102)、力学支撑层(103)、过渡层(102)和骨性融合层(101)，所述骨性融合层(101)的孔径小于所述过渡层(102)的孔径；所述过渡层(102)的孔径小于所述力学支撑层(103)的孔径，所述骨性融合层(101)的孔隙率、所述过渡层(102)的孔隙率和所述力学支撑层(103)的孔隙率相同。2.根据权利要求1所述的一种多层级多尺度多孔腰椎融合器，其特征在于，所述多孔结构(1)的孔隙率为60％
‑
80％，所述骨性融合层(101)的孔径为300um
‑
400um，所述骨性融合层(101)骨小梁的直径为100um
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200um；所述过渡层(102)的孔径为400um
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600um，所述过渡层(102)骨小梁的直径为150um
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300um；所述力学支撑层(103)的孔径为600um
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1000um，所述力学支撑层(103)的骨小梁直径为200um
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400um。3.根据权利要求1所述的一种多层级多尺度多孔腰椎融合器，其特征在于，所述多孔结构(1)内腔设有植骨窗(104)，所述植骨窗(104)位于所述多孔结构(1)的力学支撑层(103)。4.根据权利要求1所述的一种多层级多尺度多孔腰椎融合器，其特征在于，所述框架(2)水平方向的截面为月牙形，所述框架(2)植入人体后暴露在腰椎外部的一端为外端，所述框架(2)上与所述外端相对的一端为内端，所述框架(2)竖直方向的截面为等腰梯形且该梯形的底边为所述框架(2)的外端。5.根据权利要求4所述的一种多层级多尺度多孔腰椎融合器，其特征在于，所述框架(2)竖直方向的截面的等腰梯形的底角角度范围为80
°‑
90
°
。6.根据权利要求5所述的一种多层级多尺度多孔腰椎融合器，其特征在于，所述框架(2)上的相对两侧分别设有夹持部(3)和倒角(4)，所述倒角(4)分别位于所述框架(2)的顶面和底面上。7.根据权利要求6所述的一种多层级多尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文华，罗林聪，李佳莹，程秀林，吴清洪，
申请(专利权)人：南方医科大学，
类型：发明
国别省市：