[发明专利]三D生物力传导人工假体

说明书

技术领域：本发明属于医疗领域的手术假体，特别是三D生物力传导人工假体。

背景技术：近半个世纪以来，人工植入假体的需要和应用得到广泛应用，尤其是骨内支撑植入假体的研究和应用给人类带来了很大方便，如义齿、义肢和人工关节假体等。但是所有骨内植入性假体因为二D表面骨整合后，肢体生物力传导面积比较局限，其程度无法得到长期的稳定性，最终导致假体周围的骨溶解、骨吸收、骨质疏松和骨萎缩，使假体松动而失败。而随着科学技术的发展，生物相容性优良的生物材料陆续问世并进入到临床应用后，人们又逐渐认识到骨内植入假体的失败也多与力学因素有关。因此，近年来人们开始强调评价人工假体等植入假体的性能需要包括生物相容性与生物力学相容性两个方面。但是生物力学相容性主要包括六个方面：(1)植入假体要能够承受功能载荷，有足够的强度，保证不发生严重变形或断裂破坏；(2)植入假体行驶功能时要对周围骨组织产生足够的应力传递，避免骨废用性萎缩；(3)植入假体对周围骨组织产生的应力传递不能超过生理限度，以防止骨创伤造成的骨吸收与骨萎缩。(4)容易忽视的如何应对伴随人体衰老出现的自然骨质疏松、骨萎缩和骨吸收后的植入假体长久的有效维持。(5)尤其是更容易忽视的是只考虑了二D表面骨整合的二维平面间的力传导，却完全忽视了骨内骨整合的生物立体应力传导生理特性。(6)以及对于植入假体周围持久的营养遮挡性骨质营养障碍性骨萎缩问题。众所周知，植入假体周围的骨适应性反应Wolff定律，骨具有生物性适应性改建的能力，一旦超出了这种能力，适应性改建就遭到了连续不断的破坏。又因为植入假体-骨界面的应力存在，界面上的应力有三种形式：压应力、张应力和剪应力。后两者有四界面连接破坏的趋势。张应力可使界面分离，剪应力可是界面错位，这两种应力都需要界面存在着某种结合力来抗衡。而植入假体往往失去了张应力的结构和生物功能机制的维持基础。如果界面没有结合力或结合力太低，那么界面上的张应力和剪应力水平，还没有升高到可使骨吸收破坏的程度，此处界面连接就已经被破坏，形成了应力中断，载荷只能转移到界面其他区域，使那里出现应力集中。在压力区存在的界面区应力水平过高，尤其是超大负荷的偶发性应力创伤，大大超过骨的耐受生理限度，就要发生微骨折使骨吸收，继而导致植入假体松动，进一步加剧应力集中和骨创伤，更由于骨细胞在不断而缓慢的新陈代谢过程中，超大压应力必然迫使新生骨细胞只能退位回缩生长替代，骨面与植入假体面间隙必然逐渐增大而松动，最终导致植入假体的失败。又因为所有植入假体都失去了张应力的持续维持结构基础和功能，即张应力障碍，一旦压应力侧骨整合界面的骨质发生一定量的骨质吸收，张力侧势必出现一定间隙而开始松动；以及植入假体造成了骨整合面的营养遮挡而使骨质的营养不良，进一步导致骨质疏松和吸收。因此假体松动都是因为骨内植入假体表面骨整合的二D平面力学传导稳定性不足，因之植入假体周围的骨溶解、骨吸收和骨萎缩等导致假体松动而失败。因此需要开创制造出三D骨内纵深生物力学传导高稳定性的植入假体，才能使植入假体维持更长时间的稳定性，甚至是终生性稳定性。