植骨体及生物活性玻璃的植骨体、及其制备方法、以及生物活性玻璃用于制备植骨体的用途与流程

本申请涉及一种植骨体及生物活性玻璃的植骨体、及其制备方法，以及生物活性玻璃用于制备植骨体的用途。

背景技术：
发育性髋关节脱位(DevelopmentalDislocationoftheHip,简称DDH)是儿童最常见的下肢骨关节畸形之一。由于髋臼发育缺陷造成髋臼对股骨头覆盖不良，导致长期生物力学异常。早期治疗是目前处理DDH的基本原则，对于发现晚、年龄超出保守治疗范围的患儿，手术是常规的治疗方法，可以恢复股骨头和髋臼的正常对应关系，有利于髋关节的正常发育。常规的手术方式需要进行髋臼截骨，截骨后出现的空隙需要植骨填充，如图1所示。目前临床上一般选择自体髂骨。但是幼龄儿童的髂骨较小、骨板较薄使供量有限,大龄儿童病史长、畸形重、髋臼缺损大使需求量增大，自体髂骨的骨量及骨强度往往不足，难以满意的填充截骨区，使髋臼抗压性不足，术后易导致截骨角度部分丢失或髋臼外缘吸收，出现半脱位或内侧间隙增宽等问题，影响最终的治疗效果。由于自体髂骨骨材有限，因此常用补充异体骨材满足植骨需要。异体骨移植愈合过程是移植骨再血管化、新骨生成、宿主与移植物连接而实现骨长入的过程。但应用不同类型异体骨后常伴有不良反应，如颗粒状骨的移位、粉液混合成型骨的局部刺激和成型后形状不确定，植入后难以调整等现象，少部分同种异体骨还会出现排异反应，造成愈合过程缓慢，发生骨不连接或延迟连接，移植骨吸收、机械强度下降等问题。如何寻找一种自体骨替代材料，具有可靠的生物力学强度，在截骨空间中起到良好的支撑作用，同时具有骨传导及骨激发作用，能够为新生骨组织生长提供一个有效的空间框架结构，促进截骨区域的骨修复过程，是目前临床上需要解决的问题。自1971年Hench首次报道生物活性玻璃能与骨组织成键结合(1)以来，生物活性玻璃的研究已有40多年的历史。作为骨缺损填充修复在临床上使用已15多年。成功的临床应用来源于它不仅有骨传导性，即由于其良好的生物相容性使新骨在其表面爬行生长；而且还具有骨激发性，即能促进骨组织生长。最近很多研究表明(2,3)，生物活性玻璃的降解产物能促进生长因子的生成、促进细胞的繁衍、活化成骨细胞的基因表达。这些独特的特性，使生物活性玻璃作为医疗器械在临床上应用具有巨大的潜在价值。因其特有的生物活性、优越的生物相容性和促进骨生成能力，已被临床证实能加速骨折愈合和骨缺损的修复，从而增加植骨区域的稳定性，但其在需要一定骨强度支撑的领域还没有开发应用。

技术实现要素：
发明要解决的问题为了解决上述现有技术的缺陷，提出了本申请。本申请的目的在于提供一种植骨体，其结构简单、术后与关节连接牢固，能够增加植骨区域的稳定性，使得关节塑性良好。另外，该植骨体可以不需要额外的内固定。医生可根据实际手术需要进行调整选择，使用方便、安全可靠，且减少对患儿自身的取骨损伤。提高了患儿的生活质量，减少术后并发症的发生，保证了手术效果。另外，本申请的植骨体还适用于髋关节，其能够替代自体骼骨对髋关节如儿童的髋关节进行手术。此外，本申请还涉及一种生物活性玻璃的植骨体、植骨体的制备方法，以及生物活性玻璃的用于制备植骨体的用途。用于解决问题的方案为了实现上述目的，本申请采用如下的技术方案。1.一种植骨体，其用于髋关节，其特征在于，所述植骨体包括用于插入所述髋关节以替代自体骼骨的植骨体主体部以及用于将所述植骨体主体部固定到所述髋关节的固定件。2.根据项1所述的植骨体，其特征在于，所述固定件包括在所述植骨体主体部上设置的用于与所述髋关节卡接的固定结构，所述固定结构与所述植骨体主体部分别形成为单独体，或者所述固定结构与所述植骨体主体部一体成型。3.根据项2所述的植骨体，其特征在于，所述固定结构为在所述植骨体主体部插入所述髋关节时与所述髋关节接触的接触面上设置的至少一个倒钩齿。4.根据项3所述的植骨体，其特征在于，在所述接触面上等间距设置多个倒钩齿，所述倒钩齿延伸过所述接触面的宽度方向的整个区域。5.根据项3或4所述的植骨体，其特征在于，所述植骨体主体部为三棱柱体，所述三棱柱体的一条侧棱形成用于插入所述髋关节的圆角插入部，形成所述圆角的两个侧面为用于与所述髋关节接触的所述接触面。6.根据项5所述的植骨体，其特征在于，所述至少一个倒钩齿为三角形的倒钩齿。7.根据项6所述的植骨体，其特征在于，所述倒钩齿的外表面与所述接触面形成的锐角为40度至70度，并且/或者所述倒钩齿的顶端部的夹角为30度至60度。8.根据项6所述的植骨体，其特征在于，所述倒钩齿的外表面与所述接触面形成的锐角为55度，并且/或者所述倒钩齿的顶端部的夹角为45度。9.据项6所述的植骨体，其特征在于，所述倒钩齿从所述接触面向外突出的最大突出量为0.6mm至1.0mm，相邻两个所述倒钩齿之间的距离为3mm至5mm。10.根据项5所述的植骨体，其特征在于，所述圆角的两个侧面的延长线之间的夹角为20度至30度，所述圆角的曲率半径为1mm至2mm。11.根据项10所述的植骨体，其特征在于，所述三棱柱体的另外两条侧棱形成圆倒角，所述圆倒角的曲率半径为0.3mm至0.7mm。12.根据项3或4所述的植骨体，其特征在于，在每个所述接触面上设置3至8个所述倒钩齿。13.根据项1至3中的任一项所述的植骨体，其特征在于，所述植骨体的抗压强度为1MPa至20MPa。14.根据项1至3中的任一项所述的植骨体，其特征在于，所述植骨体的抗压强度为3MPa至8MPa。15.一种生物活性玻璃的植骨体，其特征在于，采用生物活性玻璃来制备根据项1-14的任一项所述的植骨体；所述生物活性玻璃组成是质量百分比为24-45的CaO、34-50的SiO2、0-25的Na2O、5-17的P2O5、0-5的MgO以及0-1的CaF2。16.根据项15所述的生物活性玻璃的植骨体，其特征在于，所述生物活性玻璃的孔隙率体积百分数为20-80％；所述生物活性玻璃的孔径范围为50-600微米，且孔是相互连通的；所述生物活性玻璃含有磷酸钙和/或硅酸钙结晶析出。17.一种制备根据项1-14的任一项所述的生物活性玻璃的植骨体的方法，其由下述两种方法的任意一种制备：干压方法制备工艺为(1)先按质量百分比为24-45的CaO、34-50的SiO2、0-25的Na2O、5-17的P2O5、0-5的MgO以及0-1的CaF2组成称量，混匀后在1380-1480℃熔融，再经冷却、粉碎、过筛制得粒度为40-300微米的玻璃粉体，以此为所述生物活性玻璃的主要原料；(2)在玻璃粉体中加入基于所述玻璃粉体的质量百分比为20-70的造孔剂，造孔剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、石蜡或聚苯乙烯-二乙烯苯中的一种或两种，与步骤(1)中的玻璃粉体均匀混合；(3)在步骤(2)的混合料中加入基于所述步骤(2)的混合料的质量百分比为1-5，质量百分浓度为5-10％的聚乙烯醇粘结剂混匀后，在钢模中以2-20MPa压力成型，最后在750-900℃煅烧1-5小时；凝胶注模成型方法制备工艺为(1)先按质量百分比为24-45的CaO、34-50的SiO2、0-25的Na2O、5-17的P2O5、0-5的MgO以及0-1的CaF2组成称量，混匀后在1380-1480℃熔融，再经冷却、粉碎、过筛制得粒度为40-250微米的玻璃粉体，以此为所述生物活性玻璃的主要原料；(2)在玻璃粉体中加入基于所述玻璃粉体的质量百分比为20-70的造孔剂，造孔剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、石蜡或聚苯乙烯-二乙烯苯中的一种或两种，与步骤(1)中的玻璃粉体均匀混合；(3)将含质量百分比浓度为20的丙烯酰胺单体、质量百分比浓度为1-3的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂和质量百分比浓度为5-10的聚丙烯酰胺分散剂的水溶液以基于所述步骤(2)的混合料的体积百分比30-60的比例与步骤(2)的混合料混合均匀；(4)在步骤(3)所得的混合料中，加入质量百分比浓度为1-5的过硫酸铵、质量百分比浓度为1-5的N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、从而能够搅拌成均匀浆料，倒入模具内凝胶注模成型，于30-80℃温度下引发单体交联反应后90-130℃下干燥5-15小时制成素坯；(5)将步骤(4)所得的素坯先在400℃排塑1-5小时，最后在750-900℃煅烧1-5小时。18.生物活性玻璃的用于制备根据项1至14的任一项所述的植骨体的用途，其特征在于，所述生物活性玻璃组成是质量百分比为24-45的CaO、34-50的SiO2、0-25的Na2O、5-17的P2O5、0-5的MgO以及0-1的CaF2。19.根据项18所述的用途，其特征在于，所述生物活性玻璃的孔隙率体积百分数为20-80％；所述生物活性玻璃的孔径范围为50-600微米，且孔是相互连通的；所述生物活性玻璃含有磷酸钙和/或硅酸钙结晶析出。需要说明的是，“固定结构与植骨体主体部分别形成为单独体”表示固定结构与植骨体主体部分别单独成形，然后再组装到一起；另外，本申请的倒钩齿的形状不限于三角形。发明的效果通过采用上述的技术方案，本申请提供了一种植骨体，其能够替代自体截骨(如，替代自体骼骨从而对髋关节如儿童的髋关节进行手术)，其结构简单、术后与关节连接牢固，能够增加植骨区域的稳定性，使得关节塑性良好。该植骨体可以不需要额外的内固定。医生可根据实际手术需要进行调整选择，使用方便、安全可靠，且减少对患儿自身的取骨损伤。提高了患儿的生活质量，减少术后并发症的发生，保证了手术效果。植骨体有不同角度构型可以调节，从而满足不同截骨纠正角度的需要；植骨体表面有逆向螺纹(即，倒钩齿)设计，可以有效减少复位丢失的风险，在成角稳定性上，保证了大部分患者不需要额外的内固定(内固定为金属物质，无内固定意味着手术后将没有金属外来物遗留在人体中，减少很多隐患如排异、感染等)。附图说明图1为儿童髋臼发育不良的常规手术方式示意图。图2中示出的是根据本申请一实施方式的植骨体的立体图；图3中示出的是图1中植骨体的主视示意图；图4中示出的是图1中植骨体的侧视示意图；图5中示出的是图1中植骨体的俯视示意图。图6显示了一个7岁患儿的右髋关节髋臼发育不完善(见箭头)的x光片图。图7显示了用所设计的植骨体进行髋臼重建手术(见箭头处)后当天的x光片图。图8显示了术后8周后的x光片图。附图标记说明1植骨体主体部2倒钩齿11插入部S接触面D插入方向W宽度方向具体实施方式本申请在于提供一种植骨体。下面结合附图对本申请的具体实施方式进行详细的说明。图2中示出的是根据本申请一实施方式的植骨体的立体图。在本实施方式中，该植骨体包括用于沿着插入方向D插入关节以替代自体骼骨的植骨体主体部1以及作为用于将植骨体主体部1固定到关节的固定件的倒钩齿2。在本实施方式中，倒钩齿2与植骨体主体部1可以通过模具一体成型，当然倒钩齿2和植骨体主体部1也可以单独成形，然后再组装到一起，本申请不限于此。本申请的植骨体可以取代自体截骨来插入相关的部位(如，关节)。优选地，本申请的植骨体还适用于髋关节，其能够替代自体骼骨对髋关节如儿童的髋关节进行手术。另外，在本实施方式中，该植骨体主体部1为三棱柱体，其中三棱柱体的一条侧棱形成用于插入关节的圆角插入部11，形成圆角的两个侧面为用于与关节接触的接触面S。另外，倒钩齿2为三角形的倒钩齿。在植骨体主体部1沿着插入方向D插入关节时与关节接触的两个接触面S上分别设置5个这样的倒钩齿2，实际上本申请中在每个接触面S上设置的倒钩齿2的数量可以根据需要进行变化，优选地在3至8个的范围内。这些倒钩齿2分别在接触面S上以等间距设置，另外倒钩齿2优选地延伸过接触面S的宽度方向W的整个区域，当然，倒钩齿2也可以在接触面S的宽度方向W的部分区域(例如中部区域)延伸，本申请不限于此。图3中示出的是图2中植骨体的主视示意图；图4中示出的是图2中植骨体的侧视示意图；图5中示出的是图2中植骨体的俯视示意图。根据上述附图，在本实施方式中，倒钩齿2的外表面与接触面S形成的锐角a为55度，并且倒钩齿2的顶端部的夹角b为45度。根据需要，倒钩齿2的外表面与接触面S形成的锐角a可以在40度至70度的范围内，并且倒钩齿2的顶端部的夹角b可以在30度至60度的范围内。另外，在本实施方式中，倒钩齿2从接触面向外突出的最大突出量P为0.8mm(在本实施方式中)，优选地可以在0.6mm至1.0mm的范围内，而相邻两个倒钩齿2之间的距离L为4mm(在本实施方式中)，优选地可以在3mm至5mm的范围内。此外，在本实施方式中，在插入部11处的圆角的两个侧面的延长线之间的夹角为30度(在本实施方式中)，优选地在20度至30度的范围内，该圆角的曲率半径R1为1.45mm(在本实施方式中)，优选地在1mm至2mm之间。更优选地，三棱柱体的另外两条侧棱形成圆倒角，圆倒角的曲率半径R2为0.5mm(在本实施方式中)，优选地在0.3mm至0.7mm之间。本申请的植骨体可以采用本领域技术人员已知的任意适当材料来制得，只要满足本申请的以下结构即可——所述植骨体包括用于插入关节的植骨体主体部以及用于将所述植骨体主体部固定到所述关节的固定件。进一步优选地，本申请采用生物活性玻璃来制备上述植骨体。所述生物活性玻璃可以采用本领域技术人员已知的任意生物活性玻璃，只要可以制备得到本申请的植骨体即可。用生物活性玻璃通过高温处理加工成具有一定强度的一种新型儿童髋关节截骨手术植骨体，是一个高度创新的新系统，是在传统的自体髂骨和生物活性玻璃植骨技术基础上创造的。其应用不仅克服了以上所述的不足，而且适用于小儿骨科包括先天或发育性疾病如髋关节脱位或髋臼发育不良、创伤或感染遗留畸形如继发性髋关节脱位或髋臼缺损、Perthes’病遗留畸形等截骨矫形手术中的稳定。该生物活性玻璃的植骨体如图2基于解剖型设计理念，方便其正确放置，无软组织激惹风险，减少对周围血运的破坏。与传统的自体髂骨或其他植骨材料相比，一方面植骨体有不同角度构型可以调节，从而满足不同截骨纠正角度的需要；另一方面植骨体表面有逆向螺纹设计，可以有效减少复位丢失的风险，在成角稳定性上，保证了大部分患者不需要额外的内固定。医生可根据实际手术需要进行调整选择，使用方便、安全可靠，且减少对患儿自身的取骨损伤，提高了患儿的生活质量，减少术后并发症的发生，保证了手术效果。应用该手术植骨体后促进早期骨修复愈合，提高局部强度及抗压性，截骨角度不丢失不压缩，髋臼对股骨头包容度稳定，使髋臼外缘覆盖股骨头部分良好塑形，设计符合生物力学要求。进一步优选地，按前中国专利技术(一种可降解多孔生物活性玻璃支架及其制备方法，专利公开号:CN1562834,2005.1.12)来制备本申请的生物活性玻璃的植骨体。具体地，本申请的植骨体优选采用以下生物活性玻璃，所述生物活性玻璃组成是质量百分比为24-45的CaO、34-50的SiO2、0-25的Na2O、5-17的P2O5、0-5的MgO以及0-1的CaF2。进一步优选地，所述生物活性玻璃的孔隙率体积百分数为20-80％；所述生物活性玻璃的孔径范围为50-600微米，且孔是相互连通的；所述生物活性玻璃含有磷酸钙和/或硅酸钙结晶析出。本申请还涉及制备植骨体的方法，所述植骨体由下述两种方法的任意一种制备：干压方法制备工艺为(1)先按质量百分比为24-45的CaO、34-50的SiO2、0-25的Na2O、5-17的P2O5、0-5的MgO以及0-1的CaF2组成称量，混匀后在1380-1480℃熔融，再经冷却、粉碎、过筛制得粒度为40-300微米的玻璃粉体，以此为所述生物活性玻璃的主要原料；(2)在玻璃粉体中加入基于所述玻璃粉体的质量百分比为20-70的造孔剂，造孔剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、石蜡或聚苯乙烯-二乙烯苯中的一种或两种，与步骤(1)中的玻璃粉体均匀混合；(3)在步骤(2)的混合料中加入基于所述步骤(2)的混合料的质量百分比为1-5，质量百分浓度为5-10％的聚乙烯醇粘结剂混匀后，在钢模中以2-20MPa压力成型，最后在750-900℃煅烧1-5小时；凝胶注模成型方法制备工艺为(1)先按质量百分比为24-45的CaO、34-50的SiO2、0-25的Na2O、5-17的P2O5、0-5的MgO以及0-1的CaF2组成称量，混匀后在1380-1480℃熔融，再经冷却、粉碎、过筛制得粒度为40-250微米的玻璃粉体，以此为所述生物活性玻璃的主要原料；(2)在玻璃粉体中加入基于所述玻璃粉体的质量百分比为20-70的造孔剂，造孔剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、石蜡或聚苯乙烯-二乙烯苯中的一种或两种，与步骤(1)中的玻璃粉体均匀混合；(3)将含质量百分比浓度为20的丙烯酰胺单体、质量百分比浓度为1-3的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂和质量百分比浓度为5-10的聚丙烯酰胺分散剂的水溶液以基于所述步骤(2)的混合料的体积百分比30-60的比例与步骤(2)的混合料混合均匀；(4)在步骤(3)所得的混合料中，加入质量百分比浓度为1-5的过硫酸铵、质量百分比浓度为1-5的N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、从而能够搅拌成均匀浆料，倒入模具内凝胶注模成型，于30-80℃温度下引发单体交联反应后90-130℃下干燥5-15小时制成素坯；(5)将步骤(4)所得的素坯先在400℃排塑1-5小时，最后在750-900℃煅烧1-5小时。本申请还涉及生物活性玻璃的用于制备植骨体的用途，所述生物活性玻璃组成是质量百分比为24-45的CaO、34-50的SiO2、0-25的Na2O、5-17的P2O5、0-5的MgO以及0-1的CaF2。优选地，所述生物活性玻璃的孔隙率体积百分数为20-80％；所述生物活性玻璃的孔径范围为50-600微米，且孔是相互连通的；所述生物活性玻璃含有磷酸钙和/或硅酸钙结晶析出。实施例生物活性玻璃的植骨体按前中国专利技术(一种可降解多孔生物活性玻璃支架及其制备方法，专利公开号:CN1562834,2005.1.12)制备。但是根据这一临床应用的具体要求，需要具有一定的抗压强度来支撑这一缺损中的填充而不会在填充后会破碎和塌陷；另外抗压强度不能太高，如太高会使材料太硬，不宜与本体骨组织相融合。生物活性玻璃的植骨体在生物环境或人体组织中强度的变化也是临床成功使用的关键。如果强度在在生物环境或人体组织中下降速度较快，会导致植骨体破碎和塌陷而不能在填充的缺损中起支撑作用。实验一是用国际研究常用的拟人体溶液(SimulatedBodyFluid,SBF)来模拟人体组织环境检测生物活性玻璃的植骨体的抗压强度的变化。(实验一)生物活性玻璃的植骨体的抗压测试结果材料：为符合抗压强度标准测试，样品制备成条状：#0样品(7×8×23mm)抗压强度：1.5±0.5MPa:15条#1样品(7×8×23mm)抗压强度：7.0±1MPa:15条#2样品(7×8×23mm)抗压强度：16.5±1MPa:15条#3样品(7×8×23mm)抗压强度：37.5±2MPa:15条实验每个样品和每个测试条件将选5条进行测试，结果取统计值。每根条状样品放入装有20mlSBF的溶液中进行反应，反应温度为37℃，反应时间为2个星期和4个星期，每星期将更换新鲜的SFB溶液。样品在2星期或4星期反应后取出，用纸巾轻微蘸干样品表面水。然后进行抗压强度测试。其结果如表1。表1通过以上表1中的结果显示，样品一的强度变化最小，因此为理想的材料。因此，在本申请中的生物活性玻璃的植骨体的抗压强度优选地为1MPa到20MPa；更优选地为3MPa到8MPa。这是因为植骨体主体部需要具有一定强度，#0强度太低，#2和3强度虽较高，但气孔率变小，会减慢与本体骨形成结合的速度同时也会减慢植骨体主体部的降解速度。(实验二)用于发育性髋关节脱位儿童髋臼截骨手术的植骨体临床病例图6显示了一个7岁患儿的右髋关节髋臼发育不完善(见箭头)的x光片图。图7显示了用所设计的生物活性玻璃的植骨体进行髋臼重建手术(见箭头处)后当天的x光片图。图8显示了术后8周后的x光片图。术前术后对比可以看到明确地髋臼覆盖改善，所设计的植骨体在术后8周时稳定性，截骨没有丢失(见箭头处)，呈良好临床效果。