人工椎体的制作方法

1.本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及一种人工椎体。

背景技术：

2.椎体肿瘤、结核、骨折等多种因素常常可导致椎体严重的破坏，造成脊柱骨折、失稳，出现神经、脊髓损害症状，甚至出现截瘫。这类患者往往需要手术将病椎切除，使得脊髓充分减压，从而缓解疼痛，改善神经激素功能。但是手术会造成局部骨质缺损，脊柱连续性破坏，严重影响脊柱支撑功能以及稳定性，因而恢复脊柱的连续性，重建脊柱的稳定性就显得至关重要。目前脊柱肿瘤的发病率逐年提高，脊柱结核和脊柱骨折导致的椎体破坏也呈上升趋势，每年都有大量的患者需要进行全椎体的置换，对整个社会都是沉重的医疗负担。
3.目前对于椎体重建采用的方法主要有：植骨重建，包括自体骨块与异体骨块移植；假体重建，包括钛网和人工椎体。
4.对于人工椎体，在临床应用以及一系列的生物力学测试中显示出传统的人工椎体在某些方面存在一些待解决的问题，特别是：第一，术后轴向旋转方面的稳定性不够，人工椎体与人体中上下椎体匹配度差、早期结合强度低、融合速度慢，易导致人工椎体移位甚至脱出。第二，为保证中心植骨孔的骨量致使人工椎体上下端面的设计面积缩小，支撑力度不足使得人工椎体陷入上下椎体端面内从而丧失了理想高度。第三，现有人工椎体与上下椎体的弹性模量差距较大(人工椎体的弹性模量一般大于上下椎体)，容易产生应力遮挡，影响人工椎体与上下椎体的融合。

技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例提供一种人工椎体，能够提高人工椎体与人体中上下椎体的早期结合强度，促进骨长入，并解决人工椎体沉降以及应力遮挡问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种人工椎体。
7.本发明实施例的人工椎体包括：椎体上端、椎体中部和椎体下端；所述椎体上端的上端面和所述椎体下端的下端面都具有多个凸起；所述椎体中部为由多根杆形成的、并且具有多个通孔的孔隙结构。
8.可选地，所述人工椎体为柱状，所述椎体上端、所述椎体中部和所述椎体下端是一体成型的。
9.可选地，所述凸起为阵列式齿状凸起；当所述人工椎体处在人体中的上方椎体与下方椎体之间时，所述椎体上端的上端面的凸起与所述上方椎体的下端面贴合，所述椎体下端的下端面的凸起与所述下方椎体的上端面贴合。
10.可选地，所述椎体上端的上端面形状与所述上方椎体的下端面适应，所述椎体下端的下端面形状与所述下方椎体的上端面适应；所述椎体上端的上端面形状为楔形、平面或曲面，所述椎体下端的下端面形状为楔形、平面或曲面。
11.可选地，所述多根杆相互交叉，所述孔隙结构的通孔为随机分布或按照预设几何
形状分布。
12.可选地，所述椎体中部具有轴向设置的支撑柱，所述支撑柱与所述孔隙结构相互固定。
13.可选地，所述椎体中部外侧设置有便于器械操作的器械槽，所述器械槽包括：器械进入孔和器械固定部。
14.可选地，所述椎体中部具有轴向设置的植骨孔。
15.可选地，所述人工椎体的弧度与所述上方椎体的弧度、所述下方椎体的弧度以及人体中椎体的整体弧度适应。
16.可选地，所述人工椎体用于替代颈椎、胸椎、腰椎、骶椎和尾椎中的任一椎骨或椎间盘；所述人工椎体的弹性模量近于所述上方椎体及所述下方椎体的弹性模量；以及，所述人工椎体的制作材料为金属。
17.根据本发明的技术方案，上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：
18.根据人工椎体的上方椎体和下方椎体(二者可统称为上下椎体)端面形状设计人工椎体的上下端面形状，例如可设计为楔形、平面或任意曲面，从而增加人工椎体与上下椎体的匹配度。在人工椎体上下端面设置阵列式齿状凸起用于贴合上下椎体端面，由此提高人工椎体与上下椎体的早期结合强度，加快融合速度，保证术后轴向旋转稳定性，避免人工椎体移位甚至脱出。在椎体中部设计孔隙结构，有利于骨组织长入从而加快人工椎体与上下椎体的融合，进一步提高人工椎体稳定性；另一方面，基于以上孔隙结构，人工椎体不需完全依赖植骨孔中的骨量进行融合，因此本发明实施例的人工椎体既可以设置植骨孔(植骨孔的孔径设计也较为灵活)，也可以不设置植骨孔，这样即可确保人工椎体的端面面积，使得人工椎体不会沉降入上下椎体端面而丧失设计高度；进一步地，通过改变孔隙结构的孔隙率能够调整人工椎体的弹性模量，从而使得人工椎体的弹性模量近于上下椎体，由此解决应力遮挡问题。
19.上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。
附图说明
20.附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
21.图1是本发明实施例中第一种人工椎体的第一示意图；
22.图2是本发明实施例中第一种人工椎体的第二示意图；
23.图3是本发明实施例中第一种人工椎体的第三示意图；
24.图4是本发明实施例中第二种人工椎体的第一示意图；
25.图5是本发明实施例中第二种人工椎体的第二示意图；
26.图6是本发明实施例中人工椎体的俯视示意图。
27.附图标记说明：
28.10椎体上端50凸起20椎体中部60植骨孔30椎体下端70器械槽40孔隙结构
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具体实施方式
29.以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
30.需要指出的是，以下说明中的“设置”、“安装”、“连接”可以表示二物之间的固定配合，也可以表示非固定配合(例如滑动连接)；可以表示可拆卸配合(例如螺栓螺母连接)，也可以表示不可拆卸的配合(例如焊接)；可以表示直接配合，也可以表示以第三物为媒介的间接配合。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。
31.图1是本发明实施例中第一种人工椎体的第一示意图，图2是本发明实施例中第一种人工椎体的第二示意图，图3是本发明实施例中第一种人工椎体的第三示意图，图4是本发明实施例中第二种人工椎体的第一示意图，图5是本发明实施例中第二种人工椎体的第二示意图，图6是本发明实施例中人工椎体的俯视示意图。其中，第一种人工椎体的纵横比小于第二种人工椎体，纵横比指的是高度与宽度(例如，对圆柱来说，宽度为横截面直径)的比值。
32.如图1所示，本发明实施例的人工椎体可以是柱状(例如圆柱或棱柱)，制作材料可以是适用的金属(例如钛合金)，可以是生物相容性材料。以上人工椎体可以包括：椎体上端10、椎体中部20和椎体下端30。当人工椎体安置在人体中并且人体处于站立状态时，椎体上端10处于人工椎体的上方位置，椎体下端30处于人工椎体下方位置，椎体中部20处于椎体上端10与椎体下端30之间。
33.在本发明实施例中，椎体上端10靠近椎体中部20的部分以及椎体下端30靠近椎体中部20的部分均为实体结构，该实体结构与以下将要说明的孔隙结构40相对而言。特别地，椎体上端10的上端面和椎体下端30的下端面都具有多个凸起50，该凸起50可以是齿状，多个凸起50呈阵列式分布。当人工椎体处在人体中的上方椎体与下方椎体之间时，椎体上端10的上端面(即人工椎体的上端面)的凸起50与上方椎体的下端面贴合，椎体下端30的下端面(即人工椎体的下端面)的凸起50与下方椎体的上端面贴合。可以理解，实际应用中，以上凸起50可以直接设置在椎体上端10和椎体下端30的上述实体结构上，以上上方椎体和下方椎体为植入上述人工椎体之前人体中已有的椎体，可统称为上下椎体，二者可以是部分或完整的椎骨或椎间盘，可以是人体生长形成，也可以是人工植入。
34.通过在人工椎体的上下端面设置以上凸起50，能够提高人工椎体与上下椎体的早期结合强度，加快融合速度，保证术后轴向旋转稳定性，避免人工椎体移位甚至脱出。
35.实际应用中，上述椎体中部20具有孔隙结构40，该孔隙结构40由多根相互交叉的杆形成，这些杆可以呈曲线型，也可以呈直线型。相互交叉的杆形成多个通孔，这些通孔可以随机分布，也按照预设几何形状(例如类似于特定晶体的晶格点阵形状)分布。以上孔隙结构40具有以下三个方面的作用：
36.第一，与现有人工椎体的实体结构相比，孔隙结构40有利于骨组织长入从而加快人工椎体与上下椎体的融合，进一步提高人工椎体稳定性。
37.第二，基于以上孔隙结构40，人工椎体不需完全依赖植骨孔60中的骨量进行融合，
因此本发明实施例的人工椎体既可以设置植骨孔60(植骨孔的孔径设计也较为灵活)，也可以不设置植骨孔60，这样即可确保人工椎体的端面面积，使得人工椎体不会沉降入上下椎体端面而丧失设计高度。
38.第三，通过改变孔隙结构40的孔隙率能够调整人工椎体的弹性模量，从而使得人工椎体的弹性模量近于上下椎体，由此解决应力遮挡问题。其中，孔隙率指的是孔隙结构40中的通孔体积与孔隙结构总体积的比值，增加孔隙率能够降低人工椎体的弹性模量，减小孔隙率能够提高人工椎体的弹性模量。实际应用中，首先获取人体中上方椎体和下方椎体的弹性模量，之后确定人工椎体的弹性模量以使该弹性模量近于上方椎体和下方椎体的弹性模量，最后根据确定的弹性模量设计人工椎体中孔隙结构的孔隙率进而确定孔隙结构的杆径(即杆的截面直径)、孔径(通孔口径)以及杆和通孔的分布方式。可以理解，以上“近于”可以根据应用场景灵活定义，例如定义为：人工椎体与上方椎体或下方椎体的弹性模量差距小于人工椎体弹性模量的5％。
39.较佳地，椎体上端10的上端面形状可以与上方椎体的下端面适应(即形状相同配合)，椎体下端30的下端面形状可以与下方椎体的上端面适应。示例性地，椎体上端10的上端面形状可以是楔形、平面或曲面，椎体下端30的下端面形状可以是楔形、平面或曲面。通过以上设置，能够增加人工椎体与上下椎体的匹配度。
40.作为一个优选方案，椎体中部20可在中心位置设置轴向的支撑柱(图中未示出，例如沿圆柱顶面、底面圆心连线方向设置支撑柱)，该支撑柱与孔隙结构40相互固定从而起到支撑作用。为便于手术器械操作，椎体中部20外侧可设置器械槽70，器械槽70的结构与手术器械的结构对应，示例性地，一种常见的器械槽70可包括器械进入孔(一般为通孔)和器械固定部(例如螺纹孔)，手术器械的螺栓部可与器械固定部螺纹连接实现固定，同时手术器械的夹持部可伸入器械进入孔对人工椎体进行夹持。
41.作为一个可选方案，椎体中部20可设置轴向的植骨孔60，该植骨孔60可以由孔隙结构40围绕形成。在本发明实施例中，由于可采用孔隙结构40促进骨长入和人工椎体融合，因此植骨孔60不必为增加植入骨量而设计为较大孔径，这样能让人工椎体具有较大的端面面积，从而使人工椎体不会沉降到上下椎体端面。可以理解，在本发明实施例中，也可以不设置上述植骨孔60，主要由孔隙结构40实现人工椎体融合。
42.此外，较佳地，人工椎体的纵向弧度(即沿人体脊柱伸展方向的弧度)与上方椎体的弧度、下方椎体的弧度以及人体中椎体的整体弧度相适应，即可以根据上方椎体的弧度、下方椎体的弧度以及人体中椎体的整体弧度来确定人工椎体的适当弧度。可以理解，以上各弧度可以基于已知的三维形状拟合技术并根据已知的几何知识进行计算。
43.具体应用中，人工椎体可用于替代颈椎、胸椎、腰椎、骶椎和尾椎中的任一椎骨(可以替代完整椎骨或部分椎骨)或椎间盘，以上人工椎体的各结构(包括椎体上端10、椎体中部20、椎体下端30等)可一体成型从而具有较高稳定性。
44.本领域技术人员应该知悉，说明书中所描述的上述实施例均属于优选实施例，所涉及的零部件并不一定是实现本发明所必须的。
45.在本发明实施例的技术方案中，可根据人体中上下椎体的端面形状来设计人工椎体的上下端面形状，例如可设计为楔形、平面或任意曲面，从而增加人工椎体与上下椎体的匹配度。在人工椎体上下端面设置阵列式齿状凸起用于贴合上下椎体端面，由此提高人工
椎体与上下椎体的早期结合强度，加快融合速度，保证术后轴向旋转稳定性，避免人工椎体移位甚至脱出。在椎体中部设计孔隙结构，有利于骨组织长入从而加快人工椎体与上下椎体的融合，进一步提高人工椎体稳定性；另一方面，基于以上孔隙结构，人工椎体不需完全依赖植骨孔中的骨量进行融合，因此本发明实施例的人工椎体既可以设置植骨孔(植骨孔的孔径设计也较为灵活)，也可以不设置植骨孔，这样即可确保人工椎体的端面面积，使得人工椎体不会沉降入上下椎体端面而丧失设计高度；进一步地，通过改变孔隙结构的孔隙率能够调整人工椎体的弹性模量，从而使得人工椎体的弹性模量近于上下椎体，由此解决应力遮挡问题。
46.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

技术特征：

1.一种人工椎体，其特征在于，所述人工椎体包括：椎体上端(10)、椎体中部(20)和椎体下端(30)；所述椎体上端(10)的上端面和所述椎体下端(30)的下端面都具有多个凸起(50)；所述椎体中部(20)为由多根杆形成的、并且具有多个通孔的孔隙结构(40)。2.根据权利要求1所述的人工椎体，其特征在于，所述人工椎体为柱状，所述椎体上端(10)、所述椎体中部(20)和所述椎体下端(30)是一体成型的。3.根据权利要求2所述的人工椎体，其特征在于，所述凸起(50)为阵列式齿状凸起；当所述人工椎体处在人体中的上方椎体与下方椎体之间时，所述椎体上端(10)的上端面的凸起(50)与所述上方椎体的下端面贴合，所述椎体下端(30)的下端面的凸起(50)与所述下方椎体的上端面贴合。4.根据权利要求3所述的人工椎体，其特征在于，所述椎体上端(10)的上端面形状与所述上方椎体的下端面适应，所述椎体下端(30)的下端面形状与所述下方椎体的上端面适应；所述椎体上端(10)的上端面形状为楔形、平面或曲面，所述椎体下端(30)的下端面形状为楔形、平面或曲面。5.根据权利要求2所述的人工椎体，其特征在于，所述多根杆相互交叉，所述孔隙结构(40)的通孔为随机分布或按照预设几何形状分布。6.根据权利要求2所述的人工椎体，其特征在于，所述椎体中部(20)具有轴向设置的支撑柱，所述支撑柱与所述孔隙结构(40)相互固定。7.根据权利要求2所述的人工椎体，其特征在于，所述椎体中部(20)外侧设置有便于器械操作的器械槽(70)，所述器械槽(70)包括：器械进入孔和器械固定部。8.根据权利要求2所述的人工椎体，其特征在于，所述椎体中部(20)具有轴向设置的植骨孔(60)。9.根据权利要求3或4所述的人工椎体，其特征在于，所述人工椎体的弧度与所述上方椎体的弧度、所述下方椎体的弧度以及人体中椎体的整体弧度适应。10.根据权利要求3或4所述的人工椎体，其特征在于，所述人工椎体用于替代颈椎、胸椎、腰椎、骶椎和尾椎中的任一椎骨或椎间盘；所述人工椎体的弹性模量近于所述上方椎体及所述下方椎体的弹性模量；以及，所述人工椎体的制作材料为生物相容性材料。

技术总结

本发明公开了一种人工椎体，涉及医疗技术领域。该人工椎体的一具体实施方式包括：椎体上端、椎体中部和椎体下端；所述椎体上端的上端面和所述椎体下端的下端面都具有多个凸起；所述椎体中部为由多根杆形成的、并且具有多个通孔的孔隙结构。该实施方式能够提高人工椎体与人体中上下椎体的早期结合强度，促进骨长入，并解决人工椎体沉降以及应力遮挡问题。并解决人工椎体沉降以及应力遮挡问题。并解决人工椎体沉降以及应力遮挡问题。