[发明专利]一种具有分区骨小梁结构的个性化胫骨植入物

说明书

本发明公开了一种具有分区骨小梁结构的个性化胫骨植入物，包括胫骨托和胫骨茎，胫骨茎由若干骨小梁层组成，不同骨小梁层根据胫骨骨骼不同区域的弹性模量划分，选择与弹性模量匹配的骨小梁结构单元连续梯度填充，骨小梁结构的孔隙率由其支杆直径调控。本发明设计了符合人体膝关节解剖结构的胫骨植入物，根据其胫骨骨骼皮质骨的CT值(也称亨氏值，Hounsfield Unit,HU)划分骨小梁层，可以根据骨骼的异质性获得不同的弹性模量值；根据不同区域骨骼的弹性模量将相应孔隙率的骨小梁结构单元连续梯度填充骨小梁层，可以消除相邻骨小梁层支杆直径的变化引起的阶梯效应，从而减少植入物应力集中等问题，与人体真实骨小梁的力学性能更接近；减少应力遮挡现象，提高植入后患者的舒适度。

技术领域

本发明涉及增材制造骨科植入体技术领域，更具体涉及一种具有分区骨小梁结构的个性化胫骨植入物。

背景技术

膝关节作为下肢活动的枢纽，在股骨、胫骨和腓骨三个长骨之间，可以承受高强度的载荷，对维持人体正常的生理活动起重要作用。近年来，膝关节疾病患者日趋增多，目前解决这个问题的有效治疗措施是全膝置换手术。然而目前的胫骨植入物多为批量规格型号，并且植入物的胫骨茎多为致密Ti6Al4V合金，其弹性模量远远高于人体骨骼，使得植入物与人体骨骼之间会产生应力遮挡现象，因此会出现皮质骨逐渐变薄，引发植入物松动等问题。

随着计算机辅助设计和增材制造技术的不断发展，三维数字化建模结合增材制造成为解决分区骨小梁个性化胫骨植入物的最佳选择。Ti6Al4V材料具有很好的生物相容性，常作为植入物材料。通过建立个性化胫骨植入物模型、根据弹性模量对胫骨茎进行区域划分、选择不同孔隙率的骨小梁结构连续梯度填充胫骨茎各区域、最后采用选区激光熔融技术制备具有分区骨小梁结构的个性化胫骨植入物，来解决上述问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是现有批量生产的致密Ti6Al4V胫骨植入物与人体骨骼弹性模型不匹配问题，提供一种具有分区骨小梁的个性化胫骨植入物。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种具有分区骨小梁结构的个性化胫骨植入物，包括符合人体胫骨结构的个性化胫骨植入物；个性化胫骨植入物由胫骨托和胫骨茎组成，胫骨茎由不同骨小梁层组成；骨小梁层根据胫骨骨骼弹性模量划分；选择合适孔隙率的骨小梁结构对各个区域进行填充；骨小梁结构的孔隙率由其支杆直径调控。

进一步的，个性化胫骨植入物根据全膝置换手术规则，模拟胫骨近端截骨，根据胫骨近端模型形态参数设计符合人体胫骨结构的个性化植入物。

进一步的，胫骨植入物包括胫骨托和胫骨茎，材料全部采用Ti6Al4V合金。

进一步的，胫骨茎不同骨小梁层的弹性模量根据其胫骨皮质骨的CT值进行分区划分，多层CT图像的CT值变化超过100HU定为一个阈值区间，计算每个CT阈值区间内最大和最小CT值，确定其阈值区间所对应的弹性模量值。

进一步的，骨小梁结构的孔隙率范围为60%-90%，孔隙率由其支杆直径调控。

进一步的，不同孔隙率的骨小梁结构通过有限元压缩仿真实验获得对应的弹性模量值，弹性模量由其孔隙率调控。

进一步的，根据各个骨小梁层的弹性模量区间，通过调整骨小梁结构的支杆直径来改变孔隙率，将不同孔隙率的骨小梁结构连续梯度填充骨小梁层。

进一步的，胫骨植入物采用选区激光熔融技术进行制备，成型工艺参数为：激光功率200W、扫描速度1200mm/s、扫描间距140μm、铺粉层厚30μm，以及99.99%纯度的氩气作为保护气体，保持成型仓内的氧含量低于1000ppm。

进一步优化技术方案，上述所述的一种具有分区骨小梁结构的个性化胫骨植入物，包括以下具体步骤：