TWI813518B - 相異模數骨固定物 - Google Patents
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Abstract
一種相異模數骨固定物，其包含一植入體，該植入體包含有用於植入骨骼的皮質骨的一第一植入段及用於植入骨骼的鬆質骨的一第二植入段，該第二植入段位於第一植入段的下方，第一植入段的第一楊氏模數小於第二植入段的第二楊氏模數；由於用於植入皮質骨的第一植入段的第一楊氏模數小於用於植入鬆質骨的第二植入段的第二楊氏模數，當該相異模數骨固定物受到外力時，可將受力均勻的分散，避免應力集中在骨骼的皮質骨。
Description
本發明關於一種人體植入物，特別關於一種用於植入骨骼的骨固定物。
骨固定物，如骨釘(bone screw)或植體(implant)，主要用於植入骨骼，而與骨骼組織結合。其中，骨骼的表層是皮質骨(cortical bone)，皮質骨的內側為鬆質骨(cancellous bone)，皮質骨的質地堅硬緻密，鬆質骨的骨密度低於皮質骨，而富有彈性。
請參考圖8，植體90主要是使用金屬製成的實心體，植體90植入齒槽骨80時，會由齒槽骨80表層的皮質骨81穿入，並且伸入齒槽骨80的鬆質骨82內，待齒槽骨80與植體90骨整合後，會在植體90上連接支台體(abutment)及牙冠(crown)。
由於植體90用於支撐牙冠，並且承受咬合力，當植體90受力時，如圖7所示的應力分布70，與植體90上段91接觸的皮質骨81會承受較大的應力，而與植體90下段92接觸的齒槽骨80的鬆質骨82則幾乎沒有承受應力，造成植體90受壓所造成的應力無法均勻分散，植體90上段91周圍的皮質骨81骨質亦會因為應力集中，而過度負荷而流失，影響植體90植入齒槽骨80的穩定性，長期下來，亦容易導致植體90鬆脫。
本發明的主要目的在於提供一種骨固定物，其具有相異模數，而讓受力可均勻分散，改善應力集中在皮質骨的問題。
本發明所提供的相異模數骨固定物，其用於植入一骨骼，該相異模數骨固定物包含有：一植體，該植體包含有一植入體，該植入體包含有：一第一植入段，該第一植入段用於植入該骨骼的皮質骨，並且具有一第一楊氏模數；以及一第二植入段，該第二植入段用於植入該骨骼的鬆質骨，位於該第一植入段的下方，並且具有一第二楊氏模數，其中該第一植入段的第一楊氏模數小於該第二植入段的第二楊氏模數；其中該植入體的第一植入段的第一楊氏模數為0.01十億帕斯卡(GPa)至40十億帕斯卡(GPa)；該植入體的第二植入段為實心體，該植入體的第一植入段具有多孔結構，或該植入體的第一植入段包含一多孔本體及一填充物，該多孔本體具有多孔結構，該填充物為高分子填充材料，並且填入該多孔本體的多孔結構內。
由於用於植入皮質骨的第一植入段的第一楊氏模數小於用於植入鬆質骨的第二植入段的第二楊氏模數，當本發明的相異模數骨固定物受到外力時，可將受力均勻的分散，避免應力集中在骨骼的皮質骨，進而提升本發明的相異模數骨固定物與骨骼結合的穩固性。
100,100A,100B:骨固定物
10,10A,10B:植入體
11,11A,11B:第一植入段
111:多孔本體
112:填充物
12,12A,12B:第二植入段
20:螺紋
30:安裝部
32:連接槽
40:應力分布
50:骨骼
51:皮質骨
52:鬆質骨
70:應力分布
80:齒槽骨
81:皮質骨
82:鬆質骨
90:植體
91:上段
92:下段
圖1為本發明的第一較佳實施例的側視圖。
圖2為本發明的第一較佳實施例的剖面側視圖。
圖3為本發明的第一較佳實施例的使用狀態剖面側視圖。
圖4為本發明的第二較佳實施例的剖面側視圖。
圖5為本發明的第三較佳實施例的剖面側視圖。
圖6為本發明的第一較佳實施例植入骨骼內，受到垂直向下的力量之應力分布示意圖。
圖7A為本發明第一較佳實施例植入骨骼內，受到斜向施力，鬆質骨區域的有限元素分析圖。
圖7B為現有的植體植入骨骼內，受到斜向施力，鬆質骨區域的有限元素分析圖。
圖7C為骨固定物的植入體植入皮質骨的第一植入段的楊氏係數大於植入鬆質骨的第二段的楊氏係數的實施例，受到斜向施力，鬆質骨區域的有限元素分析圖。
圖8為現有的植體植入齒槽骨內，受到垂直向下的力量之應力分布示意圖。
請參考圖1至圖3，本發明的相異模數骨固定物100的第一較佳實施例，其用於植入一骨骼50，該骨骼50包含形成於表層的皮質骨51及形成於皮質骨51內側的鬆質骨52，該相異模數骨固定物100包含有一植入體10，該植入體10包含有一第一植入段11及一第二植入段12，該第一植入段11用於植入該骨骼50的皮質骨51，並且具有一第一楊氏模數，該第二植入段12用於植入該骨骼50的鬆質骨52，位於該第一植入段11的下方，並且具有一第二楊氏模數，該第一植入段11的第一楊氏模數小於該第二植入段12的第二楊氏模數；較佳的是，該植入體10的第一植入段11的第一楊氏模數為0.01十億帕斯卡(GPa)至40十億帕
斯卡(GPa)，又以0.01十億帕斯卡(GPa)至14十億帕斯卡(GPa)為佳；該第二植入段12的第二楊氏模數可為80十億帕斯卡(GPa)。
於第一較佳實施例中，該第二植入段12是實心體，如實心的金屬材質，該第一植入段11可以具有多孔結構，如具有多孔結構的金屬材質，該第一植入段11及該第二植入段12可以是相同的金屬材質，例如鈦金屬、鈦合金、鉭合金等，並且利用該第一植入段11的多孔結構，使該第一植入段11的第一楊氏模數小於該第二植入段12的第二楊氏模數，可以使用3D列印技術製造該相異模數骨固定物100，而使該第一植入段11形成多孔結構，且該第二植入段12形成實心結構，由於該第一植入段11為多孔結構，而有利於與皮質骨51的骨細胞結合。
請參考圖4，本發明的第二較佳實施例的相異模數骨固定物100A中，該植入體10A的第二植入段12A為實心體，該植入體10A的第一植入段11A包含有一多孔本體111及一填充物112，該多孔本體111具有多孔結構，並且可以與該第二植入段12A為相同材質，該填充物112為高分子填充材料，並且填入該多孔本體111的多孔結構內，且該第一植入段11的第一楊氏模數仍然小於該第二植入段12的第二楊氏模數；而可以利用該填充物112增加該第一植入段11的結構強度。
請參考圖5，本發明的第三較佳實施例的相異模數骨固定物100B，該植入體10B的第一植入段11B及第二植入段12B皆為實心體，且該第一植入段11B及該第二植入段12B為相異材料，其中該第一植入段11B可以是鉭合金的實心體，該第二植入段12B可以是鈦合金的實心體，而利用不同的材質，使該第一植入段11B的第一楊氏模數小於該第二植入段12B的楊氏模數。
請參考圖1至圖3，該相異模數骨固定物100還包含一螺紋20、一安裝部30，及一連接槽32，該螺紋20螺旋環繞於該植入體10的外周，該安裝部
30形成於該植入體10的頂端，其用於支撐支台體，該連接槽32自該安裝部30的頂端向下延伸，並且延伸至該植入體10內，該連接槽32用於與該支台體連接，該連接槽32內亦可設有內螺紋。
請參考圖6，當該相異模數骨固定物100植入骨骼50內，並且對該相異模數骨固定物100施予垂直向下的力量，如圖6所示的應力分布40，與該植入體10的第一植入段11接觸的皮質骨51及與該植入體10的第二植入段12接觸的鬆質骨52的周圍的皆有承受應力，因此該相異模數骨固定物100的受力可以分散至該鬆質骨52，而避免應力集中在該皮質骨51。
請參考圖6和圖7A，將本發明的相異模數骨固定物100植入骨骼50內，並且對該相異模數骨固定物100施予斜向力量時(150牛頓的垂直向下施力加上20牛頓的側向施力)，本發明的相異模數骨固定物100植入皮質骨51的第一植入段11所受到的最大應力為35.885MPa，植入鬆質骨52的第二植入段12所受到的最大應力為5.456Mpa，如圖7A所示，應力均勻地分布在本發明的相異模數骨固定物整體的外部；請參考圖7B和圖8，如果以相同的方式(150牛頓的垂直向下施力加上20牛頓的側向施力)對如圖8所示現有的植體90進行測試，該植體90植入皮質骨81的上段91所受到的最大應力為82.604MPa，植入鬆質骨82的下段92所受到的最大應力為9.9717MPa，如圖7B所示，最大應力在鬆質骨與皮質骨交界的螺紋上，應力集中在單側，不平均；請參考圖7C，如以相同的方式(150牛頓的垂直向下施力加上20牛頓的側向施力)對骨固定物，其植入皮質骨的第一植入段的楊氏模數大於植入鬆質骨的第二植入段的楊氏模數，進行測試，該骨固定物植入皮質骨的第一植入段所受到的最大應力為75.215MPa，植入鬆質骨的第二植入段所受到的最大應力為8.797Mpa，如圖7C所示，最大應力在鬆質骨與皮質骨交界的螺紋上，應力集中在單側，不平均。
進一步，如果對本發明的相異模數骨固定物100及該植體90施予相同的垂直向下力量或相同的斜向力量，可以發現植入本發明的相異模數骨固定物100的皮質骨51所受到的最大應力皆小於植入現有的植體90的皮質骨81所受到的最大應力。
由前述的實驗可以推測，由於該第一植入段11的第一楊氏模數小於該第二植入段12的第二楊氏模數，而可以將該第一植入段11所受到的應力平均分散出去，而讓本發明的相異模數骨固定物100植入皮質骨51的第一植入段11受到的應力小於現有的植體90植入皮質骨81的上段91；此外，由於該第二植入段12的應力可以均勻的分散至鬆質骨52，而使本發明的相異模數骨固定物100植入鬆質骨52的第二植入段12受到的應力小於現有的植體90植入鬆質骨82的下段92。
因此，本發明的相異模數骨固定物100具有較佳的應力分布，且與現有的植體90相比，受到較低的應力，可以將受力均勻的分散，避免應力集中在皮質骨51，進而提升本發明的相異模數骨固定物100與骨骼結合的穩固性。
100:骨固定物
10:植入體
11:第一植入段
12:第二植入段
20:螺紋
30:安裝部
Claims (6)
- 一種相異模數骨固定物，其用於植入一骨骼，該相異模數骨固定物包含有：一植入體，該植入體包含有：一第一植入段，該第一植入段用於植入該骨骼的皮質骨，並且具有一第一楊氏模數；以及一第二植入段，該第二植入段用於植入該骨骼的鬆質骨，位於該第一植入段的下方，並且具有一第二楊氏模數，其中該第一植入段的第一楊氏模數小於該第二植入段的第二楊氏模數；其中該植入體的第一植入段的第一楊氏模數為0.01十億帕斯卡(GPa)至40十億帕斯卡(GPa)；該植入體的第二植入段為實心體，該植入體的第一植入段具有多孔結構。
- 如請求項1所述之相異模數骨固定物，其中該植入體的第一植入段的第一楊氏模數為0.01十億帕斯卡(GPa)至14十億帕斯卡(GPa)。
- 如請求項1或2所述之相異模數骨固定物，其中該相異模數骨固定物包含有一螺紋，該螺紋螺旋環繞於該植入體的外周。
- 一種相異模數骨固定物，其用於植入一骨骼，該相異模數骨固定物包含有：一植入體，該植入體包含有：一第一植入段，該第一植入段用於植入該骨骼的皮質骨，並且具有一第一楊氏模數；以及一第二植入段，該第二植入段用於植入該骨骼的鬆質骨，位於該第一植入段的下方，並且具有一第二楊氏模數，其中該第一植入段的第一楊氏模數小於該第二植入段的第二楊氏模數；其中 該植入體的第一植入段的第一楊氏模數為0.01十億帕斯卡(GPa)至40十億帕斯卡(GPa)；該植入體的第二植入段為實心體，該植入體的第一植入段包含一多孔本體及一填充物，該多孔本體具有多孔結構，該填充物為高分子填充材料，並且填入該多孔本體的多孔結構內。
- 如請求項4所述之相異模數骨固定物，其中該植入體的第一植入段的第一楊氏模數為0.01十億帕斯卡(GPa)至14十億帕斯卡(GPa)。
- 如請求項4或5所述之相異模數骨固定物，其中該相異模數骨固定物包含有一螺紋，該螺紋螺旋環繞於該植入體的外周。
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Citations (4)
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| US8333590B2 (en) * | 1998-07-17 | 2012-12-18 | Astra Tech Ab | Implant having circumferentially oriented roughness |
| CN105232169A (zh) * | 2015-10-16 | 2016-01-13 | 福建中科康钛材料科技有限公司 | 多段式种植体组件及其制备方法 |
| TWI687197B (zh) * | 2018-12-28 | 2020-03-11 | 可成生物科技股份有限公司 | 自體植入物 |
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2022
- 2022-12-12 TW TW111147616A patent/TWI813518B/zh active
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