CN107049562B - 一种双动关节颈椎假体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双动关节颈椎假体，由椎体部件、两个下上对称设置的固定部件和两个连接杆组成，椎体部件的两端通过连接杆分别与固定部件连接，还包括支撑座、套环、椎体垫和卡环，椎体部件两端设有第一凹槽，套环固定在第一凹槽内，椎体垫置于第一凹槽底部；本发明的球臼关节结构可绕球心做任意方向偏摆，偏摆角度为±8°，最佳偏摆角度优选±4°，这样的设计便可以在双动关节的基础上允许各相邻节段间实现±16°的活动度，±8°的最佳活动度。实现了最大限度的接近颈椎各相邻节段间的生理活动度。本发明在重建颈椎稳定性的同时，保留了颈椎的生理活动度，实现了颈椎的生理性重建，避免了传统融合固定方式的缺点和弊端。

Description

一种双动关节颈椎假体
技术领域
本发明属于一种颈椎椎体次全切除术后进行颈椎重建的装置，具体涉及一种双动关节颈椎假体。
背景技术
自1911年脊柱融合技术首次应用于脊柱外科以来，脊柱融合术已经逐渐成为脊柱外科最常用的手术治疗方法。其理论依据是：通过坚强内固定，限制脊柱节段间异常活动，缓解由此带来的相关症状。但随着对脊柱生理功能研究的不断深入，人们逐渐认识到脊柱融合后发生的运动功能丧失同样会影响脊柱的正常功能。融合节段相邻节段退变或加速原有退变、融合部位假关节形成、供骨区域疼痛等并发症依然困扰着脊柱外科医生。这些问题提示脊柱融合术并非是最理想的选择，为了避免上述并发症，非融合动态固定的理念和方法应运而生。
非融合技术的设计初衷是通过模拟脊柱正常的生物力学功能，在消除脊柱病变的同时，防止出现脊柱融合技术所带来的并发症。该技术与脊柱正常解剖结构一起发挥作用，协助正常结构、分担脊柱应力，具有保留运动节段功能、改善载荷传递和防止相邻节段应力集中的优势。目前，非融合技术主要分为：人工髓核置换、人工全椎间盘置换、经椎弓根固定的动态***、棘突间撑开装置以及县关节成形装置等5种类型。
对于颈椎病变，如椎体感染、肿瘤或退行性病变，往往需要进行颈椎椎体次全切除，并且需要对切除的节段进行重建。目前，临床上常见的重建方法主要有两种：融合手术和人工椎体置换。融合手术主要包括前路椎间盘切除植骨融合术及前路椎体次全切除植骨融合术。融合手术不仅实现了对椎管的彻底减压、也能很好地重建颈椎稳定性。然而，融合手术属于非生理性的固定方式，降低了相应节段的活动度，导致术后颈椎活动度受限；同时融合手术还可能会引发相邻节段负荷增加、椎间盘退变加速。人工椎体至今已有多种设计，但需要通过植骨融合、自固定或者附加内固定的方式，来重建颈椎的稳定性，这同样会造成相关节段活动丧失，相邻节段脊柱退变，都不是真正意义上的生理性重建。少数体现生理性重建理念的人工椎体，皆因为其运动方式与脊椎生理情况下的运动方式不同，或者稳定性差而最终失败。对于颈椎次全切除术后的非融合重建，目前还没有特别令人满意的产品。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种双动关节颈椎假体，该双动关节颈椎假体既能够恢复颈椎解剖序列和稳定性，又保留了颈椎的生理活动度，实现了颈椎的生理性重建。同时解决了伴随颈椎融合而来的相邻节段病变、融合部位假关节形成、供骨区疼痛等现有技术中存在的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种双动关节颈椎假体，包括椎体部件、两个下上对称设置的固定部件和两个连接杆，所述的椎体部件的两端通过连接杆分别与固定部件连接，还包括支撑座、套环、椎体垫和卡环；
所述的椎体部件为方形结构，椎体部件两端设有第一凹槽，所述的第一凹槽沿椎体部件轴线中心方向，所述的套环设于第一凹槽内，所述的第一凹槽壁上加工有定位孔，所述的套环上也加工有定位孔，第一凹槽壁上的定位孔和套环上的定位孔中均设有定位销，通过定位销将套环固定在第一凹槽内；所述的椎体垫置于第一凹槽底部，所述的椎体垫的一端面设有弧形凸起；
所述的固定部件为方形结构，所述的固定部件上设有第二凹槽，所述的支撑座置于第二凹槽中，沿第二凹槽周向设有环形槽，所述的卡环置于环形槽中；
所述的支撑座为多边形柱体结构，所述的支撑座内腔为球臼型结构，所述的支撑座腔壁上均布有多个槽；
所述的连接杆一端呈球形，连接杆另一端设有球形凹面，所述的连接杆的球形端置于支撑座的球臼型内腔中形成球臼关节结构，所述的球形凹面与椎体垫的弧形凸起接触；
所述的固定部件上设有两个第一螺纹孔，所述的两个第一螺纹孔贯通固定部件，所述的两个第一螺纹孔的轴线在固定部件的一侧面上相交；所述的椎体部件的两对应侧面上分别设有两个凸起，每个凸起上均加工有第二螺纹孔，第二螺纹孔从凸起的一端面贯通至另一端面。
本发明还具有如下区别技术特征：
所述的椎体部件和固定部件表面为均为多孔结构，孔隙率为60％～80％，孔的直径大小0.2～0.8mm；所述的多孔结构的椎体部件和固定部件采用钛合金3D打印加工完成。
所述的套环为空心圆柱结构，所述的套环壁的开口处设有第四凹槽，所述的连接杆的另一端沿连接杆径向设有突起结构，所述的第四凹槽与连接杆的突起结构的形状匹配。
所述的两个第一螺纹孔从固定部件侧面的中心位置沿两个不同的方向贯通，两个第一螺纹孔对称，第一螺纹孔的轴线与第二凹槽轴线的夹角为10°～35°，第一螺纹孔的轴线与第二凹槽横截面的夹角为5°～35°。
所述的连接杆置于支撑座的球臼型内腔中形成球臼关节结构，所述的连接杆与椎体垫之间也形成球臼关节结构，这两个球臼关节结构均可绕球心做任意方向偏摆，偏摆角度为±8°。
所述的球形凹面与椎体垫的接触弧面对应的圆心角为60°，所述的球形端与支撑座的接触弧面对应的圆心角为250°。
所述的固定部件和连接杆之间可绕假体纵轴旋转，旋转角度范围为0～360°；所述的连接杆和椎体部件之间可绕假体纵轴旋转，旋转角度范围为0～360°。
所述的椎体部件设有第二螺纹孔的侧面上还设有第三螺纹孔，所述的第三螺纹孔位于该侧面的中心位置；所述的椎体部件上设有夹持槽，所述的夹持槽位于第三螺纹孔的两侧。
所述的第二凹槽为多边形凹槽，与支撑座的外部形状相匹配。
所述的连接杆、支撑座、套环、卡环和定位销均采用钴铬钼材料加工；所述的椎体垫采用超高分子量聚乙烯材料加工。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的连接杆的球形端与支撑座的球臼型内腔之间形成球臼关节结构，连接杆与椎体垫之间也形成球臼关节结构，各球臼关节可绕球心做任意方向偏摆，偏摆角度为±8°，这样的设计便可以在双动关节的基础上允许各相邻节段间实现±16°的活动度，实现了最大限度的接近颈椎各相邻节段间的生理活动度。
(2)本发明的固定部件与椎体部件表面的多孔结构通过3D打印技术形成，第一可以增加摩擦力，增加即时固定的稳定效果；第二有利于新生骨组织的长入，提升长期稳定效果；第三可减轻假体的重量；实现假体与人体的良好生物相容性。
(3)本发明在重建颈椎稳定性的同时，保留了颈椎的生理活动度，实现了颈椎的生理性重建，避免了传统融合固定方式的缺点和弊端，是颈椎非融合固定手术领域的一次创新性突破。
附图说明
图1是发明的整体结构矢状剖面图。
图2是本发明的整体结构示意图。
图3是本发明的椎体部件的结构示意图。
图4是本发明的固定部件的结构示意图。
图5是本发明的支撑座的结构示意图。
图6是本发明的连接杆的结构示意图。
图7是本发明的套环的结构示意图。
图8是本发明的椎体垫的结构示意图。
图9是本发明的卡环的结构示意图。
图中各标号表示为：1-椎体部件，2-固定部件，3-连接杆，4-支撑座，5-套环，6-椎体垫，7-卡环；
(1-1)-第一凹槽，(1-2)-定位孔，(1-3)-第二螺纹孔，(1-4)-第三螺纹孔，(1-5)-夹持槽，(1-6)-凸起；
(2-1)-第二凹槽，(2-2)-环形槽，(2-3)-第一螺纹孔；
(3-1)-球形端，(3-2)-突起结构，(3-3)-球形凹面；
(4-1)-槽，(5-1)-第四凹槽，(6-1)-弧形凸起。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
本发明在假体植入时，通过固定部件上的第一螺纹孔向相邻正常椎体内植入螺钉，使固定部件2与上下相邻正常椎体稳固固定；通过椎体部件1上的四个第二螺纹孔1-3向次全切的椎体内植入螺钉，使椎体部件1与次全切的椎体稳固固定。这样既实现了对椎间盘和椎体的解剖性重建、恢复了颈椎的稳定性，又保留了椎间关节的活动度，从而达到模拟正常颈椎的运动模式的效果。
本发明的椎体部件的第一凹槽1-1壁上加工有定位孔1-2，套环5上也对应加工有定位孔1-2，定位孔中设有销子，套环5和销子用于固定连接杆3，防止连接杆3从椎体部件中脱出。
本发明的椎体部件1和固定部件2，表面为多孔结构，内部为实体结构，采用钛合金3D打印加工完成。支撑座4、卡环7、连接杆3、销子和套环5均采用钴铬钼材料加工，椎体垫6采用超高分子量聚乙烯材料加工，均采用3D打印技术加工完成。
本发明的支撑座4和连接杆3、连接杆3和椎体垫6之间形成球臼关节结构，由于钴铬钼合金、超高分子量聚乙烯材料等人工关节材料的使用，上述球臼关节面具有有力的承载效果以及良好的耐磨性；同时，椎体垫6所采用超高分子量聚乙烯材料具有良好的弹力性能，这就使本发明具有良好的减震效果，实现了颈椎的生理重建。
本发明的球形凹面3-3与椎体垫6的接触弧面对应的圆心角为60°，球形端3-1与支撑座4的接触弧面对应的圆心角为250°。各球臼关节能绕球心做任意方向偏摆±8°，进一步的，偏摆角度优选±4°，这样的设计便可以在双动关节的基础上允许各相邻节段间实现±16°的活动度，±8°的最佳活动度。
本发明的固定部件2和连接杆3之间可绕假体纵轴旋转，连接杆3和椎体部件1之间也可绕假体纵轴旋转，旋转角度范围均为0～360°，但两者之间不能上下窜动，使得其运动轨迹与颈椎的前屈、后伸、左右侧弯、旋转等生理运动形式相近，活动中心与颈椎的活动中心相近，活动范围与颈椎的活动范围相近。
本发明的固定部件2的上设有两个贯通的第一螺纹孔2-3，第一螺纹孔2-3从固定部件2侧面的中心位置沿两个不同的方向贯通，两个第一螺纹孔2-3左右对称，两个第一螺纹孔的轴线在固定部件2的一侧面上相交，每个第一螺纹孔2-3与第二凹槽2-1轴线的夹角为10°～35°，与第二凹槽2-1横截面的夹角为5°～35°，具体根据人体脊椎确定，第一螺纹孔2-3用于安装螺钉，通过螺钉将本装置的固定部件2固定在人体正常上下相邻椎体上；椎体部件1的两对应侧面上分别设有两个凸起1-6，每个凸起1-6上均加工有第二螺纹孔1-3，第二螺纹孔1-3从凸起1-6的一端面贯通至另一端面，如图1至图3所示，第二螺纹孔1-3中安装螺钉，通过第二螺纹孔将部分螺钉植入人体次全切的椎体上，进而将本装置的椎体部件1稳固固定在次全切的椎体上。
本发明的椎体部件中央的第三螺纹孔1-4及其夹持槽1-5的设计，可与植入工具相匹配，便于安装，本发明的定位孔1-2、第二螺纹孔1-3和第三螺纹孔1-4位于椎体部件的同一侧面上。
本发明在兼顾颈椎稳定性、活动度的基础上，融合3D打印技术设计了一种双动关节颈椎假体，从而真正实现颈椎生理性重建。
椎体在生长发育过程中，椎体上下面的骨骺板骨化停止后形成骨板，呈轻度凹陷，即为骨性终板。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1
如图1至图9所示，本实施例给出一种双动关节颈椎假体，由椎体部件1、两个下上对称设置的固定部件2和两个连接杆3组成，椎体部件1的两端通过连接杆3分别与固定部件2连接，还包括支撑座4、套环5、椎体垫6和卡环7；
椎体部件1为近似长方体结构，椎体部件1两端设有第一凹槽1-1，第一凹槽1-1沿椎体部件1轴线中心方向，套环5设于第一凹槽1-1内，第一凹槽1-1壁上加工有定位孔1-2，套环5上也加工有定位孔1-2，定位孔1-2中设有定位销，通过定位销将套环5固定在第一凹槽1-1内；椎体垫6置于第一凹槽1-1底部，椎体垫6的一端面设有弧形凸起6-1；套环5为空心圆柱结构，套环5壁的开口处设有第四凹槽5-1，第四凹槽5-1与连接杆的突起结构3-2的形状匹配。
固定部件2为近似正方体结构，固定部件2上设有第二凹槽2-1，第二凹槽2-1为正多边形状凹槽，与支撑座4的外部形状相匹配，支撑座4置于第二凹槽2-1中，沿第二凹槽2-1周向设有环形槽2-2；卡环7为不封闭的圆环，置于环形槽2-2中；
支撑座4为正多边形柱状体结构，支撑座4内腔为球臼型结构，支撑座4腔壁上均布有多个槽4-1，可以膨胀后将连接杆3的球形端3-1安装在支撑座4中；
连接杆3一端呈球形，连接杆3另一端设有球形凹面3-3，连接杆3的球形端3-1置于支撑座4的球臼型内腔中，形成球臼关节结构，球形凹面3-3与椎体垫6的弧形凸起6-1接触，也形成球臼关节结构；
固定部件2上设有两个第一螺纹孔2-3，两个第一螺纹孔2-3从固定部件2侧面的中心位置沿两个不同的方向贯通固定部件2，两个第一螺纹孔2-3左右对称，两个第一螺纹孔2-3的轴线在固定部件2的一侧面上相交，在人体椎体中，每个第一螺纹孔2-3与椎体终板的夹角为10°～35°，与椎体正中矢状面的夹角为5°～35°；椎体部件1的两对应侧面上分别设有两个凸起1-6，两两对称布置，第二螺纹孔1-3从凸起1-6的一端面贯通至另一端面，第二螺纹孔1-3中安装螺钉，通过第二螺纹孔将部分螺钉植入人体次全切的椎体上，进而将本装置的椎体部件1稳固固定在次全切的椎体上。
连接杆3的球形端3-1置于支撑座4的球臼型内腔中形成球臼关节结构，连接杆3与椎体垫6之间也形成球臼关节结构，球形凹面3-3与椎体垫6的接触弧面对应的圆心角为60°，球形端3-1与支撑座4的接触弧面对应的圆心角为250°。各球臼关节结构可绕球心做任意方向偏摆，偏摆角度为±4°，这样的设计便可以在双动关节的基础上允许各相邻节段间实现±8°的活动度。固定部件2和连接杆3之间可绕假体纵轴旋转，连接杆3和椎体部件1之间可绕假体纵轴旋转，旋转角度范围均为0～360°。
另一个技术方案与实施例1的区别在于：椎体部件1和固定部件2表面为均为多孔结构，孔隙率为60％～80％，孔的直径大小0.2～0.8mm；椎体部件1和固定部件2采用钛合金3D打印加工完成。
另一个技术方案与实施例1的区别在于：椎体部件1设有第二螺纹孔1-3的侧面上还设有第三螺纹孔1-4，第三螺纹孔1-4位于该侧面的中心位置，第三螺纹孔1-4用于与植入工具匹配。椎体部件1上设有夹持槽1-5，夹持槽1-5位于第三螺纹孔1-4的两侧，定位孔1-2、第二螺纹孔1-3和第三螺纹孔1-4位于椎体部件的同一侧面上。

Claims (10)

1.一种双动关节颈椎假体，包括椎体部件(1)、两个下上对称设置的固定部件(2)和两个连接杆(3)，所述的椎体部件(1)的两端通过连接杆(3)分别与固定部件(2)连接，其特征在于：还包括支撑座(4)、套环(5)、椎体垫(6)和卡环(7)；
所述的椎体部件(1)为方形结构，椎体部件(1)两端设有第一凹槽(1-1)，所述的第一凹槽(1-1)沿椎体部件(1)轴线中心方向，所述的套环(5)设于第一凹槽(1-1)内，所述的第一凹槽(1-1)壁上加工有定位孔(1-2)，所述的套环(5)上也加工有定位孔(1-2)，所述的第一凹槽壁上的定位孔(1-2)和套环上的定位孔(1-2)中均设有定位销，通过定位销将套环(5)固定在第一凹槽(1-1)内；所述的椎体垫(6)置于第一凹槽(1-1)底部，所述的椎体垫(6)的一端面设有弧形凸起(6-1)；
所述的固定部件(2)为方形结构，所述的固定部件(2)上设有第二凹槽(2-1)，所述的支撑座(4)置于第二凹槽(2-1)中，沿第二凹槽(2-1)周向设有环形槽(2-2)，所述的卡环(7)置于环形槽(2-2)中；
所述的支撑座(4)为多边形柱体结构，所述的支撑座(4)内腔为球臼型结构，所述的支撑座(4)腔壁上均布有多个槽(4-1)；
所述的连接杆(3)一端呈球形，连接杆(3)另一端设有球形凹面(3-3)，所述的连接杆(3)的球形端(3-1)置于支撑座(4)的球臼型内腔中形成球臼关节结构，所述的球形凹面(3-3)与椎体垫(6)的弧形凸起(6-1)接触；
所述的固定部件(2)上设有两个第一螺纹孔(2-3)，所述的两个第一螺纹孔贯通固定部件(2)；所述的两个第一螺纹孔(2-3)的轴线在固定部件(2)的一侧面上相交；所述的椎体部件(1)的两对应侧面上分别设有两个凸起(1-6)，每个凸起(1-6)上均加工有第二螺纹孔(1-3)，第二螺纹孔(1-3)从凸起(1-6)的一端面贯通至另一端面。
2.如权利要求1所述的双动关节颈椎假体，其特征在于：所述的椎体部件(1)和固定部件(2)表面为均为多孔结构，孔隙率为60％～80％，孔的直径大小0.2～0.8mm；所述的多孔结构的椎体部件(1)和固定部件(2)采用钛合金3D打印加工完成。
3.如权利要求1所述的双动关节颈椎假体，其特征在于：所述的套环(5)为空心圆柱结构，所述的套环(5)壁的开口处设有第四凹槽(5-1)，所述的连接杆(3)的另一端沿连接杆径向设有突起结构(3-2)，所述的第四凹槽(5-1)与连接杆的突起结构(3-2)的形状匹配。
4.如权利要求1所述的双动关节颈椎假体，其特征在于：所述的两个第一螺纹孔(2-3)从固定部件(2)侧面的中心位置沿两个不同的方向贯通，第一螺纹孔(2-3)的轴线与第二凹槽(2-1)轴线的夹角为10°～35°，第一螺纹孔(2-3)的轴线与第二凹槽(2-1)横截面的夹角为5°～35°。
5.如权利要求1所述的双动关节颈椎假体，其特征在于：所述的连接杆(3)置于支撑座(4)的球臼型内腔中形成球臼关节结构，所述的连接杆(3)与椎体垫(6)之间也形成球臼关节结构，这两个球臼关节结构均可绕球心做任意方向偏摆，偏摆角度为±8°。
6.如权利要求5所述的双动关节颈椎假体，其特征在于：所述的球形凹面(3-3)与椎体垫(6)的接触弧面对应的圆心角为60°，所述的球形端(3-1)与支撑座的接触弧面对应的圆心角为250°。
7.如权利要求1所述的双动关节颈椎假体，其特征在于：所述的固定部件(2)和连接杆(3)之间可绕假体纵轴旋转，旋转角度范围为0～360°；所述的连接杆(3)和椎体部件(1)之间可绕假体纵轴旋转，旋转角度范围为0～360°。
8.如权利要求1所述的双动关节颈椎假体，其特征在于：所述的椎体部件(1)设有第二螺纹孔(1-3)的侧面上还设有第三螺纹孔(1-4)，所述的第三螺纹孔(1-4)位于该侧面的中心位置；所述的椎体部件(1)上设有夹持槽(1-5)，所述的夹持槽(1-5)位于第三螺纹孔(1-4)的两侧。
9.如权利要求1所述的双动关节颈椎假体，其特征在于：所述的第二凹槽(2-1)为多边形凹槽，与支撑座(4)的外部形状相匹配。
10.如权利要求1所述的双动关节颈椎假体，其特征在于：所述的连接杆(3)、支撑座(4)、套环(5)、卡环(7)和定位销均采用钴铬钼材料加工；所述的椎体垫(6)采用超高分子量聚乙烯材料加工。
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