[發明專利]一種防松動骨固定植入物及其設計方法

在審

• 申請號: 202110449286.1
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113332003A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 高琳;同治強;田澤水;梁智美;申澤宇;劉尚飛;呂佳僑;李滌塵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: A61F2/28
• 分類號: A61F2/28;A61F2/30
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.一種防松動骨固定植入物，其特征在于，包括：骨固定植入本體；

所述骨固定植入本體是由負泊松比單胞(1)和正泊松比單胞(2)呈空間分散布置構成的多孔梯度結構，且根據受力情況，植入本體受拉力一側布置負泊松比單胞(1)，受壓力一側布置正泊松比單胞(2)；

其中，所述負泊松比單胞(1)和正泊松比單胞(2)均為三維多孔結構，多孔梯度結構是沿軸向及徑向負泊松比單胞(1)和正泊松比單胞(2)的布置使得骨固定植入本體的彈性模量呈梯度分布。

2.根據權利要求1所述的一種防松動骨固定植入物，其特征在于，所述負泊松比單胞(1)為三維拉脹結構單元，三維拉脹結構單元是由拉脹幾何單元結構(100)在二維方向上增厚、疊加所形成的內凹多邊形結構(10)。

3.根據權利要求2所述的一種防松動骨固定植入物，其特征在于，所述拉脹幾何單元結構(100)包括第一豎邊(101)、第一斜邊(102)、第二豎邊(103)、第二斜邊(104)、第三豎邊(105)、第三斜邊(106)、第四豎邊(107)、第四斜邊(108)和第五豎邊(109)；第一豎邊(101)與第一斜邊(102)連接，第二豎邊(103)與第二斜邊(104)連接，第三豎邊(105)與第三斜邊(106)連接，第四豎邊(107)與第四斜邊(108)連接，第一斜邊(102)、第二斜邊(104)、第三斜邊(106)、第四斜邊(108)均和第五豎邊(109)連接，形成軸對稱結構。

4.根據權利要求1所述的一種防松動骨固定植入物，其特征在于，所述負泊松比單胞(1)和正泊松比單胞(2)兩種結構沿骨固定植入本體中性軸對稱分布。

5.根據權利要求(1)所述的一種防松動骨固定植入物，其特征在于，所述植入本體的互通孔隙率為75％-85％，孔徑為400-600μm。

6.根據權利要求(1)所述的一種防松動骨固定植入物，其特征在于，所述正泊松比單胞(2)為三維圓孔單元，三維圓孔單元包括單胞立方體(20)，單胞立方體(20)每個面上均設置有圓孔(21)，多個圓孔(21)在單胞立方體(20)內部連通形成多孔結構。

7.根據權利要求1所述的一種防松動骨固定植入物，其特征在于，所述正負泊松比單胞均具有自支撐結構，并采用3D打印制成。

8.根據權利要求1所述的一種防松動骨固定植入物，其特征在于，所述骨固定植入本體外表面沿軸向依次包括螺紋部(3)和多孔級部(4)，且由螺紋部(3)向多孔級部(4)，負泊松比單胞(1)和正泊松比單胞(2)的大小、內部結構直徑、分散比例均呈漸變狀態。

9.根據權利要求1所述的一種防松動骨固定植入物，其特征在于，所述骨固定植入本體的彈性模量與人體骨骼的彈性模量一致。

10.如權利要求1所述的防松動骨固定植入物的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

根據CT斷層掃描結果對骨固定植入物的進行建模，得到原始設計數據；

根據植入物受力特點，設計植入物的正負泊松比結構分配；根據大數據對骨植入物的結構進行空間拓撲優化獲得具有梯度分布特性三維模型；

對三維模型進一步優化，調整部分結構使得所有結構具備子支撐特性和力學性能結構；

利用最終3D模型進行打印，得到骨固定植入本體。