[发明专利]一种梯度多孔颈椎椎间融合器的设计方法

说明书

本发明公开了一种梯度多孔颈椎椎间融合器的设计方法，涉及骨科植入物领域，本发明设计的梯度多孔颈椎椎间融合器包括多孔结构、第一齿结构、第二齿结构、植骨窗；所述多孔结构为多孔的六面体构件，所述多孔结构的上表面和前表面为圆弧面，所述多孔结构的其余表面均为倾斜的平面，所述多孔结构的各个表面之间平滑过渡；所述第一齿结构设置在所述多孔结构的上表面，所述第二齿结构设置在所述多孔结构的下表面；所述植骨窗为联通所述多孔结构的上表面和下表面的通孔；本发明设计的颈椎椎间融合器，具有梯度分布的孔隙结构，能有效促进椎间融合器与椎骨融合为一体，减少应力集中，兼具良好的生物力学性能与生物相容性的优点。

技术领域

本发明涉及骨科植入物领域，尤其涉及一种梯度多孔颈椎椎间融合器的设计方法。

背景技术

目前，颈椎退变在中年人群中占50％以上。常见的颈椎退变包括颈椎间盘突出，骨赘形成，韧带肥后等。颈椎退变常导致神经功能紊乱，严重时需要手术进行治疗。前路颈椎间盘切除减压融合术是治疗颈椎退变的一种常见手术，其手术的目的在于获得骨性融合。使用颈椎椎间融合器，能够避免自体骨融合中的移植骨脱落，坍塌的风险，恢复颈椎椎间盘高度，缓解疼痛，解除神经压迫等症状，并促进骨骼的生长，增强椎体的稳定性。

将多孔结构应用到椎间融合器的设计中，会使椎间融合器具有很多优点，主要表现为：多孔结构既降低了融合器本身材料的刚度，避免了应力遮挡效应；又有助于骨组织向内生长到孔隙中，与融合器形成紧密结合的整体，增强其长期的稳定性。良好的骨头间隙分布，既能保证了椎间融合器生物力学性能的要求，又有利于骨传导与骨诱导作用，是一种理想的椎间融合器结构。

本申请日之前，临床上使用的椎间融合器一般没有孔隙结构，更没有梯度分布的孔隙结构，造成骨细胞无法长入融合器，即椎间融合器无法与椎骨融合为一体，以及椎间融合器的长期稳定性不好；少数公开的多孔椎间融合器设计，所用的孔隙结构都是通过CAD软件建模得到，内部存在大量尖角，导致应力集中现象十分明显，从而造成强度刚度的削弱，其抗疲劳性能也很薄弱。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种梯度多孔颈椎椎间融合器的设计方法，采用梯度分布的孔隙结构，促进椎间融合器与椎骨融合为一体，应力集中现象小，兼具良好的生物力学性能与生物相容性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有多孔椎间融合器存在的应力集中现象，强度，刚度以及抗疲劳性能不高，生物力学性能与生物相容性低。

为实现上述目的，本发明公开了一种梯度多孔颈椎椎间融合器的设计方法，所述梯度多孔颈椎椎间融合器包括多孔结构、第一齿结构、第二齿结构、植骨窗；所述多孔结构为多孔的六面体构件，所述多孔结构的上表面和前表面为圆弧面，所述多孔结构的其余表面均为倾斜的平面，所述多孔结构的各个表面之间平滑过渡，所述多孔结构的各个表面之间的过渡符合人体解剖学设计；所述第一齿结构设置在所述多孔结构的上表面，所述第二齿结构设置在所述多孔结构的下表面；所述植骨窗为联通所述多孔结构的上表面和下表面的通孔，所述植骨窗设置在所述多孔结构上表面和下表面的中部，所述多孔结构靠近所述植骨窗区域的孔隙率高，所述多孔结构远离所述植骨窗区域的孔隙率低，所述多孔结构的孔隙率在所述多孔结构的高度方向上分布均匀，所述多孔结构的高度方向为垂直于所述多孔结构的上表面与下表面的方向，所述多孔结构的孔隙率呈梯度设置，所述多孔结构的孔隙率梯度上升方向与所述梯度多孔颈椎椎间融合器的外缘线方向垂直，所述多孔结构的前部设置有带螺纹孔的凹槽，所述多孔结构的空隙的孔径与杆径均呈梯度分布，所述多孔结构的空隙的孔径与所述多孔结构的孔隙率成正比，所述多孔结构的空隙的杆径与所述多孔结构的孔隙率成反比，所述多孔结构的空隙的孔径范围为150～800μm，所述多孔结构的空隙的杆径范围为100～600μm，所述多孔结构的空隙采用造孔单元获得，所述造孔单元采用基于三周期极小曲面在二维平面上连续偏置闭合得到，所述三周期极小曲面的周期为0.5～2mm，所述造孔单元的正方体包围盒长、宽和高的大小为0.5～2mm，所述三周期极小曲面的周期与所述造孔单元的正方体包围盒的长、宽和高的尺寸一致，其特征在于，包括以下步骤：