阅读说明：本技术 一种变密度结构单元及骨小梁植入体 (Variable density structural unit and trabecular bone implant ) 是由 李发发 于 2019-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种变密度结构单元及骨小梁植入体,变密度结构单元为由多个三角形基本结构单元向不同空间方向规律拼接构成的空间立体结构；三角形基本结构单元由三个丝柱呈三角形连接构成,两个相邻的三角形基本结构单元的丝柱共边；三角形基本结构单元的面积沿着变密度结构单元的竖直方向由上至下梯度减小。骨小梁植入体由至少一个变密度结构单元阵列拼接构成。变密度结构单元,呈非对称结构,具有梯度密度变化,其孔隙率大,便于骨的长入,更趋近于人体真是骨小梁的分布情况。骨小梁植入体具有孔径梯度变化,孔隙率大,便于骨长入,能够实现术后快速的生物固定,受力分布均匀,能承受各个方向的外部载荷,植入后更稳定,降低骨溶解的概率。(The invention provides a variable density structural unit and a trabecular bone implant, wherein the variable density structural unit is a spatial three-dimensional structure formed by regularly splicing a plurality of triangular basic structural units in different spatial directions; the triangular basic structure unit is formed by connecting three wire columns in a triangular manner, and the wire columns of two adjacent triangular basic structure units are arranged on the same side; the area of the triangular basic structure unit is gradually reduced from top to bottom along the vertical direction of the variable-density structure unit. The trabecular bone implant is formed by splicing at least one variable density structural unit array. The variable density structural unit is in an asymmetric structure, has gradient density change, has large porosity, is convenient for bone growth, and is closer to the distribution condition of the trabecula of the human body. The trabecular bone implant has the advantages of gradient change of pore diameter, high porosity, convenience for bone growth, capability of realizing quick biological fixation after operation, uniform stress distribution, capability of bearing external loads in all directions, stability after implantation and capability of reducing the probability of bone dissolution.)

一种变密度结构单元及骨小梁植入体

技术领域

本发明涉及假体领域，特别是指一种变密度结构单元及骨小梁植入体。

背景技术

目前，现有的骨小梁结构设计的方法是，利用均一对称的结构单元1进行镂空，均一对称的结构单元1的结构示意图如图1所示，均一对称的结构单元1的俯视图如图2所示，或者进行无序的随机分布。由均一对称的结构单元1构成的现有的骨小梁植入体2的俯视图如图3所示、侧视图如图4所示，现有的骨小梁植入体2的密度均布，不呈梯度变换，现有的骨小梁植入体2无法模拟真实人体骨头内部的骨小梁变密度的分布情况。现有的骨小梁植入体2植入人体后的应力分布不能够梯度变化，结构的弹性模量也无法像真实人体骨头那样变化分布。容易造成应力遮挡，发生骨溶解等不良症状。

综上所述，如何有效地解决目前骨小梁植入人体后，植入体的应力分布不均匀、植入体的弹性模量不能模拟人体的弹性模量和易发生骨溶解的技术问题，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变密度结构单元及骨小梁植入体，用于解决现有技术中骨小梁植入体植入人体后植入体的应力分布不均匀和易发生骨溶解的问题。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种变密度结构单元，所述变密度结构单元为由多个三角形基本结构单元向不同空间方向规律拼接构成的空间立体结构；

所述三角形基本结构单元由三个丝柱呈三角形连接构成，两个相邻的所述三角形基本结构单元的丝柱共边，相邻丝柱之间形成孔隙；

所述三角形基本结构单元的面积沿着所述变密度结构单元的竖直方向由上至下梯度减小。

其中，所述三角形基本结构单元的丝柱的丝径为0.25mm。

其中，所述变密度结构单元的材料为Ti6Al4V。

其中，所述三角形基本结构单元的孔径由上至下梯度减小。

其中，所述三角形基本结构单元的弹性模量由上至下梯度减大。

其中，所述变密度结构单元的体积为3mm*3mm*3mm；

所述变密度结构单元的最大孔径为2mm、最小孔径为200μm；

所述变密度结构单元的孔隙率为88.7％。

一种骨小梁植入体，所述骨小梁植入体由至少一个所述变密度结构单元阵列拼接构成。

其中，所述骨小梁植入体的不同所述丝柱之间的连接处形成节点，所述节点包括至少四条空间规律分布的丝柱。

其中，所述骨小梁植入体竖直方向的上部连接截骨；

所述骨小梁植入体的顶端呈锥形结构。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，

(1)本实施例的提供的变密度结构单元，呈非对称结构，具有梯度密度变化，其孔隙率大，便于骨的长入；

(2)本实施例的提供的变密度结构单元，具有梯度变化的孔径和弹性模量，更趋近于人体真是骨小梁的分布情况；

(3)本实施例的提供的骨小梁植入体，具有孔径梯度变化，孔隙率大，便于骨长入，能够实现术后快速的生物固定；

(4)本实施例的提供的骨小梁植入体，由变密度结构单元阵列构成，其设计简单；

(5)本实施例的提供的骨小梁植入体，其每个节点处都至少有四条丝柱相连接，受力分布均匀，能承受各个方向的外部载荷；

(6)本实施例的提供的骨小梁植入体，其连接截骨的一端呈锥形结构，其锥形结构的锥尖可扎入接骨面，骨小梁植入体与骨头连接更稳定，降低骨溶解的概率。

附图说明

图1为现有的均一对称的结构单元的结构示意图；

图2为现有的均一对称的结构单元的俯视图；

图3为现有的骨小梁植入体的俯视图；

图4为现有的骨小梁植入体的侧视图；

图5为本发明的变密度结构单元的结构示意图；

图6为本发明的变密度结构单元的主视图；

图7为本发明的变密度结构单元的左视图；

图8为本发明的变密度结构单元的俯视图；

图9为本发明的骨小梁植入体的结构示意图；

图10为本发明的骨小梁植入体的侧视图。

附图标记：

1、均一对称的结构单元；2、现有的骨小梁植入体；3、变密度结构单元；4、骨小梁植入体。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的骨小梁植入体植入人体后植入体的应力分布不均匀和易发生骨溶解的问题，提供一种变密度结构单元及骨小梁植入体。

如图5-8所示的，图5-8分别为变密度结构单元3的结构示意图、主视图、左视图和俯视图，本发明实施例提供了一种变密度结构单元3，变密度结构单元3为由多个三角形基本结构单元向不同空间方向规律拼接构成的空间立体结构；三角形基本结构单元由三个丝柱呈三角形连接构成，两个相邻的三角形基本结构单元的丝柱共边，相邻丝柱之间形成孔隙；三角形基本结构单元的面积沿着变密度结构单元3的竖直方向由上至下梯度减小。

本实施例的变密度结构单元3是一种空间立体单元，其密度竖直方向密度由上至下梯度变小。其结构由三角形基本结构单元组成，三角形基本结构单元沿着空间不同方向规律的拼接构成变密度结构单元3。变密度结构单元3的三角形基本结构单元的面积沿着变密度结构单元3的竖直方向，由上至下梯度减小，构成变密度结构单元3的丝柱的密度也随之梯度增大，形成梯度密度变化，故变密度结构单元3的孔径沿着变密度结构单元3的竖直方向上至下梯度减小，变密度结构单元3孔隙率大。由变密度结构单元3构成的植入体易于骨长入，能够实现术后快速的生物固定，力学性能优异。

进一步地，三角形基本结构单元的丝柱的丝径为0.25mm。变密度结构单元3的体积为3mm*3mm*3mm；变密度结构单元3的最大孔径为2mm、最小孔径为200μm；变密度结构单元3的孔隙率为88.7％。

进一步地，变密度结构单元3的材料为Ti6Al4V。

进一步地，三角形基本结构单元的孔径由上至下梯度减小。三角形基本结构单元的弹性模量由上至下梯度减大。

本实施例的变密度结构单元3的孔径由上至下梯度减小，结构弹性模量梯度变化，更趋近于人体真实骨小梁分布情况。本实施例的变密度结构单元3的三维结构为不规则的六面体形。

如图9-10所示的，一种骨小梁植入体4，骨小梁植入体4由至少一个变密度结构单元3阵列拼接构成。

本实施例的骨小梁植入体4由至少一个变密度结构单元3阵列拼接构成。骨小梁植入体4的孔径密度变化，沿着骨小梁植入体4得竖直方向、三角形基本结构单元的孔径逐渐变小，骨小梁植入体4上端的三角形基本结构单元的孔径大，骨小梁植入体4下端的三角形基本结构单元的孔径小，孔隙率大。当骨小梁植入体4植入到人体内，骨小梁植入体4易于骨长入，能够实现术后快速的生物固定。由于构成骨小梁植入体4的变密度结构单元3具有梯度密度变化，骨小梁植入体4的设计，无需控制需要骨小梁结构设计的模型不同位置的结构单元的大小。利用变密度结构单元3阵列填充即可达到变密度的骨小梁结构设计。骨小梁植入体4的微观呈桁架结构，骨小梁植入体4的力学性能优异。

进一步地，骨小梁植入体4的不同丝柱之间的连接处形成节点，节点包括至少四条空间规律分布的丝柱。

本实施例的骨小梁植入体4的每个节点处都至少有四条丝柱相连接，且四条金属丝柱规律空间分布，受力分布均匀，结构能承受各个方向的外部载荷。

进一步地，骨小梁植入体4竖直方向的上部连接截骨；骨小梁植入体4的顶端呈锥形结构。

本实施例的骨小梁植入体4与截骨连接时，骨小梁植入体4的竖直方向的上部连接植入体，由于构成骨小梁植入体4的变密度结构单元3是由三角形基本结构单元构成，且三角形基本结构单元的面积由上至下递减，故骨小梁植入体4与截骨连接端的三角形基本结构单元的孔径大，丝柱的密度小，骨小梁植入体4的顶端为向外支出的三角形基本结构单元，骨小梁植入体4的顶端呈锥形结构，且具有锥尖，该锥尖为三角形基本结构单元的两丝柱连接的交点。骨小梁植入体4与截骨面过盈配合时，该锥尖可以扎入截骨面，从而达到使假体与骨头更加稳定的结合，也有利于骨长入。

上述方案中，本实施例的提供的变密度结构单元3，呈非对称结构，具有梯度密度变化，其孔隙率大，便于骨的长入；本实施例的提供的变密度结构单元3，具有梯度变化的孔径和弹性模量，更趋近于人体真是骨小梁的分布情况；本实施例的提供的骨小梁植入体4，具有孔径梯度变化，孔隙率大，便于骨长入，能够实现术后快速的生物固定；本实施例的提供的骨小梁植入体4，由变密度结构单元3阵列构成，其设计简单；本实施例的提供的骨小梁植入体4，其每个节点处都至少有四条丝柱相连接，受力分布均匀，能承受各个方向的外部载荷；本实施例的提供的骨小梁植入体4，其连接截骨的一端呈锥形结构，其锥形结构的锥尖可扎入接骨面，骨小梁植入体4与骨头连接更稳定，降低骨溶解的概率。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。固定连接可以为焊接、螺纹连接和加紧等常见技术方案。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。