一种仿生骨小梁的颈椎融合器及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及人体椎体外科手术用的器械，尤其涉及一种仿生骨小梁的颈椎融合器及其制作方法。
【背景技术】
[0002]传统椎体间融合器械采用高分子材料或者金属材料机械加工而成，在人体内只能起到物理支撑的作用，但存在不能诱导成骨长入，不能达到提高脊柱融合率的技术缺陷。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种仿生骨小梁的颈椎融合器及其制作方法，克服了现有技术的缺点。
[0004]本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的:
[0005]一种仿生骨小梁的颈椎融合器，该装置主体呈六棱柱柱状，内部为立体网状，上下和前后端面的中部均开有方形通孔。
[0006]所述装置主体右侧端面还设有圆形螺旋孔。
[0007]所述装置上下面和左右面密集排布有圆形通孔，上下面上还有棱形齿纹。
[0008]所述装置前后端面密集排布有扇形孔。
[0009]所述装置主体材料采用Ti6A4V钛合金粉末。
[0010]本发明还提供了所述仿生骨小梁的颈椎融合器制作方法，包括以下步骤:
[0011](一)原始骨小梁参数测算:
[0012]对颈2至颈7椎体进行全椎体的CT螺旋扫描；
[0013]选取椎体的正中横断以及运动终板近3mm处进行Imm层厚上中下共三个层面成像；
[0014]对取得的图像进行阈值为250HU像素的处理，使低于250HU的图像像素隐匿，产生灰度图形；进一步二值化处理，使图像转化成为二值图像；
[0015]确立以椎体中心旁开图像分析的目标测量区，并进行长度定标；
[0016]采用颗粒定量系统，图像的输入采用摄像方式；
[0017]所述图像中的松质骨骨小梁颗粒定义为颗粒；
[0018]通过测量，计算出颈椎松质骨骨小梁的平均孔径和孔隙率以及骨小梁的结构，最后得出颈椎骨小梁的平均孔径和空隙率；
[0019](二)建立目标模型:
[0020]使用三维设计软件UG，设计拟制作的骨小梁融合器的模型；经过计算机建模后3D打印，然后在3D打印设备上生产产品；
[0021](三)在目标模型的边界范围内无序堆积特定的孔单元体；设定孔单元体的尺寸、孔单元之间的距离、孔单元体内部筋的尺寸、孔单元体之间连接筋的尺寸、整体骨小梁结构精度及外观精度；
[0022]最后删除原有目标模型，保留填充后的骨小梁结构。
[0023]所述全椎体的CT螺旋扫描条件为120KV，210mA，I周/秒；
[0024]所述确立以椎体中心旁开10mm，共400mm2的图像分析的目标测量区，并长度定标；
[0025]所述采用颗粒定量系统，图像显分辨率1024X1024X8bit，lM桢存的动静态图形采集卡，图像的输入采用摄像方式，分辨率为625线，50场/秒；采用全自动功能。
[0026]所述图像分析的指标包括:(I)目标测量区内小梁颗粒数量；(2)小梁颗粒直径；
(3)小梁颗粒平均长轴；(4)小梁颗粒平均短轴；(5)小梁颗粒平均细长度。
[0027]所述形成骨小梁体后需测量微孔直径、整体孔隙率，若无法满足要求，则需重新设计参数、重新填充，完成后重新测量；
[0028]所述最后删除原有目标模型，保留填充后的骨小梁结构，然后添加致密结构，即为最终软骨垫骨小梁模型。
[0029]所述摄像头型号为Min Tron 的 CCD-MTV-188ICB。
[0030]本发明采用上述技术方案具有以下技术效果:
[0031]本发明克服了传统椎体间融合器械在人体内只能起到物理支撑的作用，但存在不能诱导成骨长入，不能达到提高脊柱融合率的技术缺陷。采用3D打印技术，在微观结构上仿生，能够诱导成骨长入，达到并提高了脊柱融合率的效果。该装置通过3D打印技术实现对骨小梁的内部机构的仿生设计，独特的网状构造的椎间融合装置能够承受脊椎更大的挤压力作用，具有良好的医疗恢复效果。
【附图说明】
[0032]下面结合附图对本发明作进一步说明
[0033]图1为本发明的整体结构示意图
[0034]图2为本发明的竖向剖面图
[0035]图3为本发明的俯视图
[0036]图4为本发明安装示意图
[0037]其中，1-方形通孔，2-螺旋孔，3-圆形通孔，4-棱形齿纹，5-扇形孔
【具体实施方式】
[0038]如图1、图2、图3、图4所示的一种仿生骨小梁的颈椎融合器，该装置主体呈六棱柱柱状，内部为立体网状，上下和前后端面的中部均开有方形通孔I。所述装置主体右侧端面还设有圆形螺旋孔2。所述装置上下面和左右面密集排布有圆形通孔3，上下面上还有棱形齿纹4。所述装置前后端面密集排布有扇形孔5。所述装置主体材料可以采用Ti6A4V钛合金粉末。
[0039]制作方法，包括以下步骤:
[0040](一 )原始骨小梁参数测算:
[0041]对颈2至颈7椎体进行全椎体的CT螺旋扫描，条件为120KV，210mA，I周/秒；选取椎体的正中横断以及运动终板近3mm处进行Imm层厚上中下共三个层面成像；对取得的图像进行阈值为250HU的处理，使低于250HU的图像像素隐匿，产生灰度图形，进一步采用该机的二值化处理功能，使图像转化成为二值图像。
[0042]确立以椎体中心旁开10mm，共400mm2的图像分析的目标测量区，并长度定标。采用TJTY-300V1.0颗粒定量系统，图像显分辨率1024X1024X8bit，lM桢存的动静态图形采集卡，图像的输入采用摄像方式，摄像头型号为Min Tron的CXD-MTV-1881CB，其分辨率为625线，50场/秒。采用其全自动功能以减少主观因素的干扰。图像中的松质骨骨小梁颗粒定义为颗粒。图像分析的指标包括:(I)目标测量区内小梁颗粒数量(Total Numberof Objects, TNO) ； (2)小梁颗粒直径(Mean Diameter, MD) ； (3)小梁颗粒平均长轴(MeanMax-Axis, MMA) ； (4)小梁颗粒平均短轴(Mean Min-Axis, MNA) ； (5)小梁颗粒平均细长度(Thin-D)。
[0043]通过测量，计算出颈椎松质骨骨小梁的平均孔径和孔隙率以及骨小梁的结构，最后得出颈椎骨小梁的平均孔径和空隙率。
[0044](二)建立目标模型
[0045]使用三维设计软件UG，设计拟制作的骨小梁融合器的模型，如图1和图2所示。
[0046](三)在目标模型的边界范围内无序堆积特定的孔单元体，设定孔单元体的尺寸、孔单元之间的距离、孔单元体内部筋的尺寸、孔单元体之间连接筋的尺寸及整体骨小梁结构精度、外观精度，最后删除原有目标模型，保留填充后的骨小梁结构。
[0047]本发明产品的性能指标:(I)孔隙率不小于70%，孔径范围400-600 μπι:本发明以人体松质骨为数据模型，精确测定松质骨骨小梁各参数区间，通过调整骨小梁孔径、孔隙率、骨小梁直径工艺参数，实现对骨融合器孔隙结构的控制，使孔隙率不小于70%、孔径400-600 μmD
[0048]如图1、图2所示将孔单元体填充后效果；如图3所示参数设定完成后，删除原有填充目标体后即形成骨小梁结构，形成骨小梁体后需测量微孔直径、整体孔隙率，若无法满足要求，则需重新设计参数、重新填充，完成后重新测量；图4所示添加致密结构，即为最终软骨垫骨小梁模型。
【主权项】
1.一种仿生骨小梁的颈椎融合器，其特征是:该装置主体呈六棱柱柱状，内部为立体网状，上下和前后端面的中部均开有方形通孔(I)。
2.根据权利要求1所述的一种仿生骨小梁的颈椎融合器，其特征是:所述装置主体右侧端面还设有圆形螺旋孔(2)。
3.根据权利要求1所述的一种仿生骨小梁的颈椎融合器，其特征是:所述装置上下面和左右面密集排布有圆形通孔(3)，上下面上还有棱形齿纹(4)。
4.根据权利要求1所述的一种仿生骨小梁的颈椎融合器，其特征是:所述装置前后端面密集排布有扇形孔(5)。
5.根据权利要求1所述的一种仿生骨小梁的颈椎融合器，其特征是:所述装置主体材料采用Ti6A4V钛合金粉末。
6.权利要求1-5的一种仿生骨小梁的颈椎融合器制作方法，包括以下步骤: (一)原始骨小梁参数测算: 对颈2至颈7椎体进行全椎体的CT螺旋扫描； 选取椎体的正中横断以及运动终板近3mm处进行Imm层厚上中下共三个层面成像； 对取得的图像进行阈值为250HU像素的处理，使低于250HU的图像像素隐匿，产生灰度图形；进一步二值化处理，使图像转化成为二值图像； 确立以椎体中心旁开图像分析的目标测量区，并进行长度定标； 采用颗粒定量系统，图像的输入采用摄像方式； 所述图像中的松质骨骨小梁颗粒定义为颗粒； 通过测量，计算出颈椎松质骨骨小梁的平均孔径和孔隙率以及骨小梁的结构，最后得出颈椎骨小梁的平均孔径和空隙率； (二)建立目标模型: 使用三维设计软件UG，设计拟制作的骨小梁融合器的模型； (三)在目标模型的边界范围内无序堆积特定的孔单元体；设定孔单元体的尺寸、孔单元之间的距离、孔单元体内部筋的尺寸、孔单元体之间连接筋的尺寸、整体骨小梁结构精度及外观精度； 最后删除原有目标模型，保留填充后的骨小梁结构。
7.根据权利要求6所述的一种仿生骨小梁的颈椎融合器制作方法， 所述全椎体的CT螺旋扫描条件为120KV，210mA，I周/秒； 所述确立以椎体中心旁开10mm，共400mm2的图像分析的目标测量区，并长度定标； 所述采用颗粒定量系统，图像显分辨率1024X1024X8bit，lM桢存的动静态图形采集卡，图像的输入采用摄像方式，分辨率为625线，50场/秒；采用全自动功能。
8.根据权利要求6或7所述的一种仿生骨小梁的颈椎融合器制作方法， 所述图像分析的指标包括:(I)目标测量区内小梁颗粒数量；(2)小梁颗粒直径；(3)小梁颗粒平均长轴；(4)小梁颗粒平均短轴；(5)小梁颗粒平均细长度。
9.根据权利要求6所述的一种仿生骨小梁的颈椎融合器制作方法，所述形成骨小梁体后需测量微孔直径、整体孔隙率，若无法满足要求，则需重新设计参数、重新填充，完成后重新测量。
10.根据权利要求6所述的一种仿生骨小梁的颈椎融合器制作方法，所述最后删除原有目标模型，保留填充后的骨小梁结构，然后添加致密结构，即为最终软骨垫骨小梁模型。
【专利摘要】本发明公开了一种仿生骨小梁的颈椎融合器，其特征是：该装置主体呈六棱柱柱状，内部为立体网状，上下和前后端面的中部均开有方形通孔(1)，所述融合器的制造方法，包括以下步骤：(一)原始骨小梁参数测算：(二)建立目标模型：(三)在目标模型的边界范围内无序堆积特定的孔单元体；设定孔单元体的尺寸、孔单元之间的距离、孔单元体内部筋的尺寸、孔单元体之间连接筋的尺寸、整体骨小梁结构精度及外观精度；最后删除原有目标模型，保留填充后的骨小梁结构。本发明通过3D打印产品在微观结构上仿生人体松质骨结构，克服了传统椎体间融合器只能起到力学支撑的作用，而不能诱导成骨长入的技术问题。
【IPC分类】A61F2-44
【公开号】CN104706446
【申请号】CN201510129242
【发明人】李鹏
【申请人】李鹏
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月24日