仿生防脱位山羊腰椎连接复合体的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种仿生防脱位山羊腰椎连接复合体，包括椎体部件、椎间盘部件。椎体部件由类山羊腰椎形态的K字形几何体构成，几何体内部挖空，侧面设有圆槽及矩形贯通槽，上下两端面设有环形凹槽，凹槽内壁为大半球体结构。椎间盘部件包括底板、弧形侧板以及圆柱状突起，弧形侧板上设有螺孔，圆柱状突起末端为带有两个弧形突起的近半球壳结构。近半球壳结构与大半球体结构相配合构成球窝关节，关节面进行抛光处理，复合体中与骨面接触处有羟基磷灰石涂层。本实用新型不但可以替代术中取掉的椎体及邻近的椎间盘，而且保留了椎间盘的旋转、屈伸功能，球窝关节结构设有防脱装置，既保证了术后的稳定性，又保留了腰椎的活动性，更接近山羊生理状态。
【专利说明】
仿生防脱位山羊腰椎连接复合体
技术领域
[0001]本实用新型属于医用假体制造技术领域，尤其涉及山羊腰椎椎体及邻近椎间盘切除术后进行假体移植，并可以保留腰椎活动功能的仿生防脱位山羊腰椎连接复合体。
【背景技术】
[0002]山羊属于哺乳纲，一般有6?7个腰椎椎体，与人体腰椎相比，其椎体较长，但冠状径与矢状径均较小，侧面观呈类“K”字形结构，各椎体之间亦通过椎间盘相连，从而保证了椎体的旋转、屈伸等运动功能。虽然山羊无法同人类一样直立行走，但是有学者研究发现因椎旁肌肉的作用其腰椎椎体的受力状况与人体腰椎相似，因此目前许多脊柱假体的开发研究在步入临床之前大都通过山羊体内外实验进行安全性评估。
[0003]腰椎结核、肿瘤、陈旧性骨折常导致脊柱侧弯、脊髓压迫等严重并发症，是严重威胁人体健康的一类疾病。目前，针对上述疾患通常采取病灶清除术后行钛笼植骨融合联合钉棒内固定治疗，因该术式能够获得即刻及长期稳定性，被脊柱外科医生广泛采用。但是该手术一般至少融合三个邻近椎体，被融合椎体丧失了正常的活动功能，导致未融合节段应力集中及活动范围增加，长期可导致邻近椎间盘退变、继发性椎管狭窄、关节突关节退变、获得性脊椎滑脱、不稳等严重并发症。此外，有学者长期随访发现进行钛笼植骨融合的患者可能存在钛笼沉降等并发症，病情严重者需再次手术治疗。为克服上述缺陷，人工椎体以及人工椎间盘的研究一直备受关注，目前已取得了很大进展，但是仍存在难以保留脊柱生理功能或者造成脊柱不稳等并发症。
[0004]为解决上述难题，国内贺西京、雷伟等教授首次着力于人工椎体及椎间盘系统的研究，目前在颈椎方面已取得了可喜的成绩，仿生寰枢椎假体及下颈椎的人工椎体及椎间盘复合体在山羊体内外研究中取得了比较满意的效果。但是因腰椎解剖结构及生理功能复杂，颈椎的人工椎体及椎间盘复合体难以应用于腰椎。腰椎复合体必需满足以下三点:1.保证植入后脊柱的即刻及长期稳定性。2.保留邻近椎体的运动功能。3.满足正常脊柱的承重功能。但是目前人工假体、人工椎间盘及下颈椎的人工椎体及椎间盘系统均难以做到。为解决此项难题，
【申请人】设计出人工腰椎及椎间盘连接复合体，为评估其安全性，需行山羊体内外研究，但因山羊腰椎解剖与人体的差异，该连接复合体无法直接用于山羊，因此根据山羊腰椎解剖特点设计出一种仿生防脱山羊腰椎复合体，查阅国内外文献，此项设计尚属首例。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于充分吸取目前人工椎间盘及人工椎体的优势，取长补短并综合山羊腰椎的解剖特点提供一种仿生防脱位山羊腰椎连接复合体。
[0006]为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案:
[0007]该山羊腰椎连接复合体包括椎体部件以及设置于椎体部件两端的椎间盘部件，所述椎体部件包括K字形几何体，所述椎间盘部件包括分别与腰椎椎体的终板以及侧面形状相应的底板以及弧形侧板，所述弧形侧板设置于所述底板上，所述椎间盘部件的底板与K字形几何体的对应侧端面之间通过球窝关节相连。
[0008]所述底板的边缘由椭圆弧段以及与该椭圆弧段的两端连接的线段组成，所述椭圆弧段与线段的连接处圆滑处理，所述椭圆弧段以对应椭圆的长轴对称，所述弧形侧板设置于所述底板边缘的椭圆弧段上，所述弧形侧板向内倾斜并与所述底板呈60?70度夹角，所述弧形侧板上设置有螺孔。
[0009]所述两个螺孔不在同一水平面上。
[0010]所述底板上设置有圆锥状齿突及圆柱状突起，圆锥状齿突与所述弧形侧板位于所述底板的同一侧表面，圆锥状齿突沿椭圆线间隔分布于所述底板上，圆柱状突起位于所述底板的另一侧表面上，圆柱状突起的中心线与所述底板平面中心重合。
[0011]所述K字形几何体的侧面包括沿冠状面延伸的矩形平面以及与所述矩形平面相连的鞍状曲面，所述K字形几何体内设置有空腔，所述K字形几何体的侧面上设置有若干个圆槽以及与所述空腔连通的矩形贯通槽，所述K字形几何体的两个端面上设置有开口为圆形的凹槽，所述凹槽内设置有用于作为球窝关节关节头的球体，所述球体与所述凹槽之间留有间隙。
[0012]所述圆槽随机分布于所述K字形几何体的侧面上，所述矩形贯通槽分别沿矢状面及冠状面方向走行并关于中间水平面对称地分布于所述K字形几何体上，所述球体高出所述K字形几何体对应侧端面，所述间隙内设置有与所述球体配合的用于作为球窝关节关节窝的球壳，所述球壳与设置于所述底板上的圆柱状突起相连。
[0013]所述球壳的开口边缘处设置有两个弧形突起，所述两个弧形突起位置相对，并且关于正中矢状面对称分布，所述凹槽的壁面上设置有两个缺口，两个缺口位置相对并关于冠状面对称分布，两个弧形突起的外壁面的间距小于或者等于所述两个缺口之间的距离，并且该间距大于所述凹槽开口处的直径。
[0014]所述椎体部件及椎间盘部件均采用一体成型。
[0015]所述山羊腰椎连接复合体采用医用钛合金材质，所述椎体部件的侧面及椎间盘部件上与骨面直接接触的表面均设置有羟基磷灰石涂层。
[0016]所述球窝关节的关节面采用抛光处理。
[0017]本实用新型的有益效果体现在:
[0018]本实用新型所述仿生防脱位山羊腰椎连接复合体充分考虑了山羊腰椎的解剖特点，椎体部件采用K字形几何体，椎间盘部件上的底板及弧形侧板与邻近椎体紧密结合，有效减少接触面的应力集中，满足了正常腰椎的承重功能，因球窝关节的存在，保留了椎间盘的旋转、屈伸功能，更加接近生理状态。本实用新型可用于人工腰椎及椎间盘连接复合体的安全性评估。
[0019]本实用新型取得的进一步的技术效果如下:
[0020]1、由钛合金铸造的球窝关节不但使活动中心恰好位于椎间隙中央，避免了因活动中心异位可能引起的潜在并发症，而且保留了椎体的旋转、侧弯、前屈、背伸功能，更加接近生理状态。本实用新型可以替代山羊腰椎手术中取掉的椎体及邻近的椎间盘，并且球窝关节结构设有防脱装置，既保证了术后的稳定性，又保留了腰椎的活动性，在仿生学上更接近山羊生理状态。
[0021]2、本实用新型所述椎间盘部件的底板的形状与山羊腰椎终板前部形状类似，底板上设有圆锥状齿突，使底板与终板结合更加紧密、牢固。弧形侧板与椎体侧面紧密贴合，增大了接触面积，有效的避免了应力集中，底板上的圆柱状突起能够很好地承受因屈伸运动产生的横向剪切力，避免变形、折断等不良事件的发生。
[0022]3、本实用新型所述椎体部件侧面设有随机分布的小圆槽，利于周围组织的附着及残存骨质的长入，利用K字形几何体内部的空腔及矩形贯通槽可以容纳较多的植入骨，从而更利于与周围组织的融合，保证了术后长期的稳定性。
[0023]4、本实用新型所述球壳内外两面、球体表面及凹槽外壁面均经抛光处理，有效的减小了关节面的摩擦，椎间盘部件与骨面接触处以及椎体部件的侧面均有羟基磷灰石涂层，更加利于与周围组织的融合，保证了活动性与稳定性。
[0024]5、本实用新型所述弧形侧板上设有两个不在同一水平面上的螺孔，通过不同方向的螺钉植入，将弧形侧板牢固的固定于临近椎体上，降低了松动脱出的风险。
【附图说明】
[0025]图1为本实用新型的主视图；
[0026]图2为本实用新型的后视图；
[0027]图3为本实用新型的侧视图；
[0028]图4为本实用新型的仰视图；
[0029]图5为本实用新型的矢状面剖视图；
[0030]图6为椎体部件的主视图；
[0031 ]图7为椎体部件的矢状面剖视图；
[0032]图8为椎体部件的等轴视图；
[0033]图9为椎体部件的仰视图；
[0034]图10为椎间盘部件的后视图；
[0035]图11、图12为椎体部件各参数示意图；
[0036]图13、图14为椎间盘部件各参数示意图；
[0037]图中:I为K字形几何体，2为底板，3为弧形侧板，4为球窝关节，6为椭圆弧段，7为线段，8为圆滑处理，9为螺孔，10为圆锥状齿突，11为圆柱状突起，12为空腔，13为圆槽，14为矩形贯通槽，15为端面，16为环形凹槽，17为大半球体结构，18为缺口，19为球壳，20为弧形突起，21为环形凹槽在K字形几何体端面的开口，22为螺钉。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和实施例对本实用新型做详细说明。
[0039]参见图1?图10，本实用新型所述仿生防脱位山羊腰椎连接复合体，包括椎体部件、椎间盘部件及螺钉22。
[0040]椎体部件由类山羊腰椎形态的K字形几何体I构成，K字形几何体I内部形成空腔12，侧面设有随机分布的小圆槽13、沿矢状面走行的两个开口相对的矩形贯通槽14以及沿冠状面走行的两个开口相对的矩形贯通槽14，矩形贯通槽14沿K字形几何体I中间水平面呈对称分布，K字形几何体I上下两端面15设有环形凹槽16，环形凹槽16内壁为大半球体结构17，所述大半球体结构17顶端高出于K字形几何体端面15，所述环形凹槽16外壁上前后设有两个关于冠状面对称分布的缺口 18。
[0041]椎间盘部件包括与腰椎椎体的终板形状相应的底板2以及与腰椎椎体的侧面形状相应的弧形侧板3，所述底板2的边缘5由椭圆弧段6(弧度为180度)以及与该椭圆弧段的两端连接的线段7组成，端点处进行圆滑处理，椭圆弧段6以对应椭圆的长轴对称，弧形侧板3设置于底板2边缘的椭圆弧段上，弧形侧板3的延伸长度小于等于四分之一椭圆，所述底板2上设置有圆锥状齿突10及圆柱状突起11，圆锥状齿突10与弧形侧板3位于底板2的同一侧表面，圆锥状齿突10沿椭圆线均匀间隔分布于底板2上，圆柱状突起11位于底板2背离邻近腰椎终板的一侧表面上，其中心线与底板2平面中心重合，所述圆柱状突起11末端连接近半球壳19，所述近半球壳19边缘开口处连接两个弧形突起20，两个弧形突起20位置相对并关于正中矢状面对称分布，并且两个弧形突起20外壁面的间距小于或者等于所述两个缺口 18之间的距离，大于所述环形凹槽在K字形几何体端面的开口处的外直径。通过两个缺口 18两弧形突起20可以放入环形凹槽16内，进入后通过旋转，将弧形突起20远离缺口 18，从而防止球壳19从环形凹槽16中脱出，不仅形成球窝关节4，而且保证了该球窝关节4的稳定性。所述弧形侧板3上设有两个不在同一水平面上的螺孔9，通过螺钉22将弧形侧板3牢固的固定于临近椎体上。该连接复合体中球壳19结构与大半球体结构17相配合构成球窝关节4，球窝关节4保证了术后临近椎体的旋转、侧弯、前屈、背伸功能，所述螺钉22分别位于螺孔9内。
[0042]从图5以及图7中可以看出，环形凹槽16就是用于安放球壳19的间隙，环形凹槽在K字形几何体端面的开口外直径小于所述弧形突起20外壁面的间距。
[0043]椎体部件、椎间盘部件均采用医用钛合金材质一体成型，与骨面直接接触表面均设置有羟基磷灰石涂层，更利于与周围组织的融合，保证了术后的稳定性。所述球壳19内外表面、环形凹槽16内、外壁面均进行抛光处理，可以有效的降低接触面(关节面)的摩擦。
[0044]参见图6?图9，椎体部件的K字形几何体I体高40±3mm，中间水平面正中矢状径为10± 1mm，后边冠状径为14±2mm，前面圆弧与后面线段连接的端点处经过平滑曲线进行连接，连接处进行半径Rl = Imm的圆角圆滑处理。距离中间水平面1mm的水平面正中矢状径为13± 1mm，后边冠状径为18±2mm，前面圆弧与后面线段连接的端点处通过平滑曲线进行连接，连接处进行半径R2 = 2mm的圆角圆滑处理。距离中间水平面15?20mm的水平面正中矢状径为15± 1mm，后边冠状径为22±2mm，前面圆弧与后面线段连接的端点处通过平滑曲线进行连接，连接处进行半径R3 = 3mm的圆角圆滑处理，上述各水平面后部边线位于同一冠状面上。在距离K字形几何体I中间水平面2?3mm的上下两侧内部进行挖空处理，使侧壁厚2?3mm，侧面四个矩形贯通槽14开口为4mm X 6mm，侧面随机分布的小圆槽13深为1mm，半径为Imm0
[0045]参见图11、图12，所述大半球体结构17直径D2= 10mm，大半球体结构17顶端与K字形几何体端面15的距离为Hl = 2mm，所述环形凹槽16宽度W2 = 1.5mm，环形凹槽在K字形几何体端面的开口 21外直径D3 = 11mm，环形凹槽16外壁上的缺口 18间距Dl = 13mm，宽度W =
6.2mm，深度H2 = 3mm，缺口 18底端距离环形凹槽16底端H3 = 2mm，K字形几何体I两端内部挖空相距Wl = 3?5mm，K字形几何体端面15后边冠状径为W3 = 22 ± 2mm。
[0046]参见图13、图14，所述椎间盘部件底板2及弧形侧板3厚H6= 1.5mm，底板2边缘椭圆弧段6短轴半径为13mm，长轴半径为15mm，椭圆弧段6与线段7的连接处进行半径R4 = 2mm圆角圆滑处理，所述弧形侧板3高12mm，与底板2呈60?70度夹角，所述圆柱状突起11半径为4mm，高H4 =Imm，末端与球壳19相连接，球壳19厚度W5 = 1.3mm，球壳19顶部距离开口边缘高度H5 = 2mm，所述弧形突起20外壁面的间距W4 = 12.8mm，弧形突起宽度W6 = 6mm。
[0047]所述羟基磷灰石涂层厚度为20μπι。
[0048]上述参数可根据山羊腰椎大小的差异进行适当变动。
[0049]本实用新型所述仿生防脱位山羊腰椎连接复合体装配关系如下:所述底板2上的圆柱状突起11末端的球壳19及弧形突起20结构与椎体部件上的大半球体结构17及环形凹槽16构成防脱球窝关节，球窝关节各接触面进行高度抛光处理，保证关节在运动过程中较小的摩擦与磨损，螺钉22分别通过螺孔9将弧形侧板3固定于邻近椎体上。椎间盘部件的底板2形状与山羊腰椎终板类似，圆锥状齿突10使底板2与邻近终板结合更加牢固，弧形侧板3增加了与邻近椎体的接触面积，有效的减小了应力集中，从而满足腰椎的承重功能。椎体部件内部进行挖空处理，可以容纳较多的植骨，侧面设有矩形贯通槽14及随机分布的小圆槽13，更利于周围组织的附着、生长，保证了术后的长期稳定性。防脱球窝关节不但保证了植入后椎间盘部位的稳定性，防止椎间盘部件与椎体部件分离，而且保留了椎体间的旋转、侧弯、前屈、背伸功能，更加符合山羊生理状态。
[0050]总之，本实用新型所述仿生防脱位山羊腰椎连接复合体，包括椎体部件、椎间盘部件及螺钉。椎体部件由类山羊腰椎形态的“K”字形几何体构成，几何体内部进行挖空处理，侧面设有小圆槽及矩形贯通槽，上下两端面设有环形凹槽，凹槽内壁为大半球体结构，外壁上前后设有两个小缺口。椎间盘部件由底板、弧形侧板与圆柱状突起构成，底板上设有圆锥状齿突，弧形侧板上设有两个不在同一水平面上的螺孔，圆柱状突起末端为带有两个弧形突起的近半球壳结构。该连接复合体中椎间盘部件上的近半球壳结构与椎体部件上的大半球体结构相配合构成防脱球窝关节，关节面进行抛光处理，复合体中与骨面接触处有羟基磷灰石涂层。本实用新型不但可以替代山羊腰椎手术中取掉的椎体及邻近的椎间盘，而且保留了椎间盘的旋转、屈伸功能，并且整个结构设有防脱装置，既保证了术后的稳定性，又保留了腰椎的活动性，在仿生学上更接近山羊生理状态，可以作为人用假体的安全性评估模型。
【主权项】
1.一种仿生防脱位山羊腰椎连接复合体，其特征在于:该山羊腰椎连接复合体包括椎体部件以及设置于椎体部件两端的椎间盘部件，所述椎体部件包括K字形几何体(I)，所述椎间盘部件包括分别与腰椎椎体的终板以及侧面形状相应的底板(2)以及弧形侧板(3)，所述弧形侧板(3)设置于所述底板(2)上，所述椎间盘部件的底板(2)与K字形几何体(I)的对应侧端面之间通过球窝关节(4)相连。2.根据权利要求1所述一种仿生防脱位山羊腰椎连接复合体，其特征在于:所述底板(2)的边缘由椭圆弧段(6)以及与该椭圆弧段(6)的两端连接的线段(7)组成，所述椭圆弧段(6)与线段(7)的连接处圆滑处理，所述椭圆弧段(6)以对应椭圆的长轴对称，所述弧形侧板(3)设置于所述底板(2)边缘的椭圆弧段(6)上，所述弧形侧板(3)向内倾斜并与所述底板(2)呈60?70度夹角，所述弧形侧板(3)上设置有螺孔(9)。3.根据权利要求2所述一种仿生防脱位山羊腰椎连接复合体，其特征在于:所述螺孔(9)为两个，两个螺孔(9)不在同一水平面上。4.根据权利要求1所述一种仿生防脱位山羊腰椎连接复合体，其特征在于:所述底板(2)上设置有圆锥状齿突(10)及圆柱状突起(11)，圆锥状齿突(10)与所述弧形侧板(3)位于所述底板(2)的同一侧表面，圆锥状齿突(10)沿椭圆线间隔分布于所述底板(2)上，圆柱状突起(11)位于所述底板(2)的另一侧表面上，圆柱状突起(11)的中心线与所述底板(2)平面中心重合。5.根据权利要求1所述一种仿生防脱位山羊腰椎连接复合体，其特征在于:所述K字形几何体(I)的侧面包括沿冠状面延伸的矩形平面以及与所述矩形平面相连的鞍状曲面，所述K字形几何体(I)内设置有空腔(12)，所述K字形几何体(I)的侧面上设置有若干个圆槽(13)以及与所述空腔(12)连通的矩形贯通槽(14)，所述K字形几何体(I)的两个端面上设置有开口为圆形的凹槽，所述凹槽内设置有用于作为球窝关节关节头的球体，所述球体与所述凹槽之间留有间隙。6.根据权利要求5所述一种仿生防脱位山羊腰椎连接复合体，其特征在于:所述圆槽(13)随机分布于所述K字形几何体(I)的侧面上，所述矩形贯通槽(14)分别沿矢状面及冠状面方向走行并关于中间水平面对称地分布于所述K字形几何体(I)上，所述球体高出所述K字形几何体(I)对应侧端面，所述间隙内设置有与所述球体配合的用于作为球窝关节关节窝的球壳(19)，所述球壳(19)与设置于所述底板(2)上的圆柱状突起(11)相连。7.根据权利要求6所述一种仿生防脱位山羊腰椎连接复合体，其特征在于:所述球壳(19)的开口边缘处设置有两个弧形突起(20)，所述两个弧形突起(20)位置相对，并且关于正中矢状面对称分布，所述凹槽的壁面上设置有两个缺口(18)，两个缺口(18)位置相对并关于冠状面对称分布，两个弧形突起(20)的外壁面的间距小于或者等于所述两个缺口(18)之间的距离，并且大于所述凹槽开口处的直径。8.根据权利要求1所述一种仿生防脱位山羊腰椎连接复合体，其特征在于:所述椎体部件及椎间盘部件均采用一体成型。9.根据权利要求1所述一种仿生防脱位山羊腰椎连接复合体，其特征在于:所述山羊腰椎连接复合体采用医用钛合金材质，所述椎体部件的侧面及椎间盘部件上与骨面直接接触的表面均设置有羟基磷灰石涂层。10.根据权利要求1所述一种仿生防脱位山羊腰椎连接复合体，其特征在于:所述球窝关节的关节面采用抛光处理。
【文档编号】A61F2/44GK205626206SQ201620389169
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】贺西京, 刘俭涛, 贺高乐, 张峰
【申请人】西安交通大学第二附属医院