[发明专利]一种防松动骨固定植入物及其设计方法

说明书

本发明公布了一种防松动骨固定植入物及其设计方法，涉及骨科医疗器械领域。本发明一种防松动骨固定植入物，包括：骨固定植入本体；所述骨固定植入本体是由负泊松比单胞和正泊松比单胞呈空间分散布置构成的多孔梯度结构，且根据受力情况，植入本体受拉力一侧布置负泊松比单胞，受压力一侧布置正泊松比单胞；其中，所述负泊松比单胞和正泊松比单胞均为三维多孔结构，多孔梯度结构是沿轴向及径向负泊松比单胞和正泊松比单胞的布置使得骨植入本体的弹性模量呈梯度分布。本发明可以达到防止松动、脱落，及提高疲劳强度的效果，且有利于骨长入和骨整合，有利于提高植入物的稳定性和寿命。

技术领域

本发明属于骨科医疗器械领域，特别涉及一种防松动骨固定植入物及其设 计方法。

背景技术

随着人工植入物普及，每年有许多植入物存在寿命问题需要翻新。据统计， 需要进行关节置换手术的患者高达200万，而有10-15％的患者在十年内需要接 受植入物二次翻修手术。究其原因，因为植入物微动摩擦造成的无菌性松动问 题占需翻新植入物案例的大多数，此外植入物弹性模量远高于人骨弹性模量产 生应力屏蔽现象导致骨溶解和疲劳断裂造成的植入物断裂，亦导致植入物二次 翻新问题。

通过合理设计多孔结构，可以在降低植入物弹性模量的同时促进骨细胞与 骨固定植入物整合。通过分析计算骨固定各部分在体内受力的等效弹性模量， 梯度设计弹性模量，可以保证骨固定的支撑治疗效果。

拉胀材料即负泊松比材料。当其受拉伸时，材料在弹性范围内横向会发生 膨胀；而受压缩时，材料的横向反而会发生收缩。这种现象被称作拉胀效应， 即负泊松比效应，这有异于自然界中的绝大部分天然材料。拉胀材料的机械性 能在一些方面优于普通材料，例如剪切模量、断裂韧性、热冲击、强度和疲劳 耐久性等，其减震性能也由于其他普通材料。通过设计单元结构的拓扑结构可 以实现拉胀效应。但是这种结构通常来说非常复杂，常见的制造工艺难以实现， 但通过3D打印工艺可以实现这种结构。骨固定植入物在体内时，端部受力，导 致沿中性轴一侧拉伸，一侧压缩。常规的正泊松比骨固定植入物受拉伸一侧会离开骨界面，导致无菌性松动和磨粒磨损的情况。根据骨固定植入物的不同位 置形变情况，在拉伸一侧布置负泊松比单元，在压缩一侧布置正泊松比单元， 可以使植入物整体膨胀，防止植入物在体内出现松动的同时亦减少了磨屑进入 骨界面的可能性。

随着研究和治疗方法的深入发展，传统的标准化植入物已不能满足患者的 治疗需求。结合增材制造工艺快速成型特点，利用CT、BR等影像技术，重建 骨能的三维图像，然后采用分层实体制造技术获得骨骼的原型。这种技术优势 是形状结构个性化程度高，可实现产品个性化设计。如用于精准的辅助术前诊 断、术前规划和模拟手术等的骨模型，实现个性化手术的匹配、提高手术精准 度的个性化手术导向模板，为达到更好治疗效果而依据患者的特定需求生产的 个性化骨科植入物。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种防松动骨固定植入物及其设计方法，本发明 的骨固定植入物可以有效地防止骨固定植入物松动、脱落。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种防松动骨固定植入物，包括：骨固定植入本体；

所述骨固定植入本体是由负泊松比单胞和正泊松比单胞呈空间分散布置构 成的多孔梯度结构，且根据受力情况，骨植入本体受拉力一侧布置负泊松比单 胞，受压力一侧布置正泊松比单胞；

其中，所述负泊松比单胞和正泊松比单胞均为三维多孔结构，多孔梯度结 构是沿轴向及径向负泊松比单胞和正泊松比单胞的布置使得骨植入本体的弹性 模量呈梯度分布。

作为本发明的进一步改进，所述负泊松比单胞为三维拉胀结构单元，三维 拉胀结构单元是由拉胀几何单元结构在二维方向上增厚、叠加所形成的内凹多 边形结构。