1.本发明涉及医用材料技术及应用领域。具体而言，涉及一种个性化动态监测成骨活性脊柱融合系统。
背景技术：
2.随着社会的发展，人们生活工作方式发生改变以及人口逐渐老龄化，退变性腰椎侧凸、管狭窄等患者数量不断增多。多数患者保守治疗效果欠佳，严重影响生活质量，往往需要手术治疗。手术治疗腰椎管狭窄症通常是通过切除椎板和椎管周围软组织来缓解脊髓或脊神经的压力，对合并脊柱不稳的患者减压后应进行椎间融合。silverstre等系统报告并首次命名小切口斜外侧椎间融合术(olif)，与极外侧腰椎椎间融合术(xlif)相比可大大降低神经损伤并发症的发生率。
3.骨科内植物与周围骨界面的匹配程度是决定内植物植入后临床效果的关键因素。内植物植入患者体内后，骨生长、成骨分化、血管化及机械稳定性等骨整合过程都十分重要。目前临床常用的金属、陶瓷、聚合物及复合材料等均不具备自发性诱导骨长入和促进植入物-骨界面整合的作用。同时，市面上的椎间融合器一般为无源产品，植入人体后无法对其服役状态进行监测，难以进行临床治疗。
4.综上所述，目前亟需开发一种个性化动态监测成骨活性脊柱融合系统，其将具有精准匹配植骨界面、强化应力终板并改善融合器植骨界面以及遥感动态监测力学与融合关系等特点，对不同层级医院的应用推广临床路径差异化进行应用方案研究，形成临床治疗指南和技术操作规范，为脊柱退变疾病提供新的个性化解决方案。
技术实现要素：
5.本发明正是基于现有技术的上述需求而提出的，本发明要解决的技术问题是提供一种个性化动态监测成骨活性脊柱融合系统。
6.为了解决上述问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
7.一种个性化动态监测成骨活性脊柱融合系统，其特征在于，通过结合电子计算机断层扫描、三维建模、有限元分析以及选择性激光熔化快速成型技术制得模具，将以石墨烯和聚醚醚酮复合材料为主体材料，并且当主体材料融合时加入的压力传感器注入到模具中，所述融合系统采用如下方式得到：
8.步骤一、个性化注塑模具设计：结合电子计算机断层扫描与三维建模软件对预植入融合器系统进行建模，通过有限元分析软件对模型进行优化；
9.步骤二、个性化注塑模具制备：结合选择性激光熔化快速成型技术，将优化后的模型经切片软件处理后导入3d打印机，直接制备注塑模具；
10.步骤三、个性化融合器系统的制备：将熔融状态下的聚醚醚酮与石墨烯搅拌混合均匀，注入个性化注塑模具，将压力传感装置与主体结合，得到个性化动态监测成骨活性脊柱融合系统，对融合器系统进行表面处理。
11.可选地，所述系统的压缩刚度≥22000n/mm，压缩剪切强度≥11000 n/mm，扭转刚度≥5n
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12.可选地，注塑模具的材料可为熔点高于聚醚醚酮熔点的金属材料和无机非金属材料。
13.可选地，所述系统还包括压力感应部件、数据无线传输部件和电源。
14.可选地，压力传感装置在石墨烯/聚醚醚酮主体复合材料处于熔融状态时与主体材料复合，压力传感装置半包埋或完全包埋于主体材料中。
15.可选地，通过3d打印注塑模具制得的融合器系统表面有一定的层状效应，需对其进行表面抛光处理。
16.可选地，压力感应部件可为多点式感应部件，按监测需求在压力感应部件与石墨烯/聚醚醚酮主体复合材料在熔融状态下固定在相应的位置及深度，可实现多点压力实时监控。
17.可选地，压力感应部件可为平面式感应部件，按监测需求在压力感应输出部件与石墨烯/聚醚醚酮主体复合材料在熔融状态下固定在相应的深度，可实现整个受力面的压力分布实时监控。
18.与现有技术相比，本发明以石墨烯/聚醚醚酮主体复合材为主体材料，使得融合器系统在植入服役过程中促进骨质细胞的增殖及成骨分化，降低手术风险，提高手术的成功率；通过结合电子计算机断层扫描、三维建模、有限元分析以及选择性激光熔化快速成型技术制得。实现了融合器系统与预植入位置界面的贴合，大大提高融合器系统的融合成功率；通过在融合器系统中复合压力感应与传感装置，实现融合器系统在服役的全生命周期内的实时监控。
19.具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术 方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.为便于对本发明实施例的理解，下面将具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构 成对本发明实施例的限定。
22.本具体实施方式提供了一种个性化动态监测成骨活性脊柱融合系统，具体而言，其应用范围包括用于脊柱融合术的融合器系统，特别是斜外侧椎间融合术。
23.所述一种个性化动态监测成骨活性脊柱融合系统通过结合电子计算机断层扫描、三维建模、有限元分析以及选择性激光熔化快速成型技术制得模具，将以石墨烯和聚醚醚酮复合材料为主体材料，并且当主体材料融合时加入的压力传感器注入到模具中，所述融合系统采用如下方式得到：
24.步骤一、个性化注塑模具设计：结合电子计算机断层扫描(computedtomography，ct)与三维建模软件对预植入融合器系统进行建模，通过有限元分析软件对模型进行优化。
25.在本步骤中，包括：
26.首先，通过电子计算机断层扫描，获取预植入融合器的二维图像，包括对所述预植入融合器内部的目标结构的扫描，所述电子计算机断层扫描ct是利用精确准直的x线束、γ射线、超声波等，与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描，具有扫描时间快，图像清晰等特点，可用于多种疾病的检查。
27.然后，将所述二维图像通过多层面重建、最大密度投影、表面阴影遮盖、容积漫游技术、曲面重建等方式，建立预植入融合器三维模型。
28.最后，运用有限元分析软件对预植入融合器三维模型进行优化。
29.有限元分析软件包括三部分，分别为前处理部分、有限元分析部分和后处理部分；所述前处理部分，实现生成离散模型的数据文件，并以网格图的形式输出供用户查看与修改；所述有限元分析部分，根据离散模型的数据文件进行有限元计算；所述后处理部分，以图像的形式表达有限元计算结果。
30.通过有限元分析软件对模型进行优化，可以将模型中交错的部分及不合理的形状去除，修复模型表面。
31.步骤二、个性化注塑模具制备：结合选择性激光熔化快速成型技术，将优化后的模型经切片软件处理后导入3d打印机，直接制备注塑模具。
32.将优化后的模型进行切片处理得到实体模型的多层二维剖面，并保存为 stl文件，将stl文件的数据传送给使用选择性激光熔化快速成型技术的3d 打印机，制备得到注塑模具。
33.进一步地，通过3d打印注塑模具制得的融合器系统表面有一定的层状效应，需对其进行表面抛光处理。
34.可选地，注塑模具的材料可为熔点高于聚醚醚酮熔点的金属材料和无机非金属材料。
35.步骤三、个性化融合器系统的制备：将熔融状态下的聚醚醚酮与石墨烯搅拌混合均匀，注入个性化注塑模具，将压力传感装置与主体结合，得到个性化动态监测成骨活性脊柱融合系统，对融合器系统进行表面处理。
36.所述熔融状态下的聚醚醚酮与石墨烯是采用下述方式制备得到：
37.以可溶性盐作为填充颗粒，再通过熔融共混，制备多孔peek；形成多孔 peek后再在超声反应器中进行磺化处理，最后用丙酮和蒸馏水洗涤；利用错流膜过滤法制备了浓度可控的高分散氧化石墨烯；将磺化后的peek浸泡在氧化石墨烯水溶液中，最后干燥；所述材料的内部无中空结构，不需要进行内部植骨。
38.进一步地，压力传感装置在石墨烯/聚醚醚酮主体复合材料处于熔融状态时与主体材料复合，压力传感装置半包埋或完全包埋于主体材料中。
39.所述系统还包括压力感应部件、数据无线传输部件和电源，与压力传感器配合实现融合器系统在服役的全生命周期内的实时监控。
40.可选地，压力感应部件为多点式感应部件，按监测需求在压力感应部件与石墨烯/聚醚醚酮主体复合材料在熔融状态下固定在相应的位置及深度，可实现多点压力实时监控。
41.可选地，压力感应部件为平面式感应部件，按监测需求在压力感应输出部件与石墨烯/聚醚醚酮主体复合材料在熔融状态下固定在相应的深度，可实现整个受力面的压力
分布实时监控。
42.通过上述步骤得到的个性化动态监测成骨活性脊柱融合系统的压缩刚度≥22000n/mm，压缩剪切强度≥11000n/mm，扭转刚度≥5n
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43.主体材料
44.本发明以石墨烯/聚醚醚酮主体复合材为主体材料，是一种具备聚醚醚酮耐高温、耐腐蚀、高温灭菌稳定等优点的同时兼具石墨烯促进人源性基质干细胞成骨分化潜力的优异生物学特性，使得融合器系统在植入服役过程中促进骨质细胞的增殖及成骨分化，降低手术风险，提高手术的成功率。
45.个性化设计
46.本发明通过结合电子计算机断层扫描、三维建模、有限元分析以及选择性激光熔化快速成型技术制得。实现了融合器系统与预植入位置界面的贴合，与市场上普遍通用的型号相比具有服役受力更均衡以及植骨界面贴合不易脱出的优点，大大提高融合器系统的融合成功率。
47.动态监测
48.本发明通过在融合器系统中复合压力感应与传感装置，实现融合器系统在服役的全生命周期内的实时监控，有利于研究人员对临床实用路径差异化进行应用研究，形成临床治疗和技术操作规范，为脊柱退变疾病提供新的个性化解决方案。
49.本发明正是为了解决现有技术中的上述需求，针对目前市面上现有脊柱融合器融合效果不佳并无法进行实时服役监控，提出了一种个性化动态监测成骨活性脊柱融合系统，其具有精准匹配植骨界面、强化应力界面的特点，同时对融合器系统在服役过程中受力大小与分布情况进行遥感实时监控，实现内植物服役全周期的监测与研究，为脊柱退变疾病提供新的个性化解决方案。
50.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。