变刚度仿生椎间盘转让专利
申请号 : CN202110249706.1
文献号 : CN113017936B
文献日 : 2022-01-11
发明人 : 钱志辉 , 宋广生 , 任雷 , 王坤阳 , 梁威 , 庄智强 , 王振国 , 任露泉 , 王金武
申请人 : 吉林大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种变刚度仿生椎间盘，其特征在于：包括上终板（100）、核心（200）和下终板（300）；
核心（200）一端固定于上终板（100）下表面，另一端固定于下终板（300）上表面，上终板（100）上表面和下终板（300）下表面设置有固定齿（400）；
所述核心（200）包括外层的纤维环（201）和内层的髓核（202），纤维环（201）由胶原纤维板层（00）和胶原纤维（11）构成，胶原纤维（11）附着于胶原纤维板层（00）表面，并具有倾角，相邻两层胶原纤维（11）交叉排列；所述的倾角为胶原纤维（11）与平面之间的夹角；
胶原纤维（11）为不同模量的聚合物材料，胶原纤维后端（112）的弹性模量大于胶原纤维前端（111）的弹性模量，弹性模量从胶原纤维后端（112）到胶原纤维前端（111）逐次减小；
所述的髓核（202）为“D”型；
所述的上终板（100）、下终板（300）和核心（200）为“D”形。
所述的胶原纤维（11）为圆柱形。
2.根据权利要求1所述的一种变刚度仿生椎间盘，其特征在于：所述的倾角为20°45°。
~
3.根据权利要求1所述的一种变刚度仿生椎间盘，其特征在于：所述的倾角优选为45°。
4.根据权利要求1所述的一种变刚度仿生椎间盘，其特征在于：所述的纤维环（201）层数为4层或4层以上，4层纤维环分别为纤维环第一层（I）、纤维环第二层（II）、纤维环第三层（III）和纤维环第四层（IV）。
5.根据权利要求4所述的一种变刚度仿生椎间盘，其特征在于：所述的纤维环第一层（I）包括纤维环第一层胶原纤维板层（I‑00）和纤维环第一层胶原纤维（I‑11），纤维环第一层胶原纤维（I‑11）由底端向上端逆时针倾斜，纤维环第一层胶原纤维后端（I‑112）弹性模量大于纤维环第一层胶原纤维前端（I‑111）弹性模量，弹性模量从纤维环第一层胶原纤维后端（I‑112）到纤维环第一层胶原纤维前端（I‑111）逐次减小；
所述的纤维环第二层（II）包括纤维环第二层胶原纤维板层（II‑00）和纤维环第二层胶原纤维（II‑11），纤维环第二层胶原纤维（II‑11）由底端向上端顺时针倾斜，纤维环第二层胶原纤维后端（II‑112）弹性模量大于纤维环第二层胶原纤维前端（II‑111）弹性模量，弹性模量从纤维环第二层胶原纤维后端（II‑112）到纤维环第二层胶原纤维前端（II‑111）逐次减小，纤维环第二层胶原纤维（II‑11）与纤维环第一层胶原纤维（I‑11）交叉排列；
所述纤维环第三层（III）包括纤维环第三层胶原纤维板层（III‑00）和纤维环第三层胶原纤维（III‑11），纤维环第三层胶原纤维（III‑11）由底端向上端逆时针倾斜，纤维环第三层胶原纤维后端（III‑112）弹性模量大于纤维环第三层胶原纤维前端（III‑111）弹性模量，弹性模量从纤维环第三层胶原纤维后端（III‑112）到纤维环第三层胶原纤维前端（III‑
111）逐次减小，纤维环第三层胶原纤维（III‑11）与纤维环第二层胶原纤维（II‑11）交叉排列，与纤维环第一层胶原纤维（I‑11）倾斜方向相同。
所述纤维环第四层（IV）包括纤维环第四层胶原纤维板层（IV‑00）和纤维环第四层胶原纤维（IV‑11），纤维环第四层胶原纤维（IV‑11）由底端向上端顺时针倾斜，纤维环第四层胶原纤维后端（IV‑112）弹性模量大于纤维环第四层胶原纤维前端（IV‑111）弹性模量，弹性模量从纤维环第四层胶原纤维后端（IV‑112）到纤维环第四层胶原纤维前端（IV‑111）逐次减小，纤维环第四层胶原纤维（IV‑11）与纤维环第三层胶原纤维（III‑11）交叉排列，与纤维环第二层胶原纤维（II‑11）倾斜方向相同。
6.根据权利要求1所述的一种变刚度仿生椎间盘，其特征在于：所述的上终板（100）、下终板（200）、固定齿（400）、髓核（202）、胶原纤维板层（00）和胶原纤维（11）均为聚合物材料。
7.根据权利要求1所述的一种变刚度仿生椎间盘，其特征在于：所述的髓核（202）为热塑性聚氨酯橡胶材料；所述的上终板（100），下终板（300）和固定齿（400）材质为聚醚醚酮聚合物材料；所述胶原纤维板层（00）为聚氨酯聚合物材料，所述的胶原纤维（11）为不同模量的聚氨酯聚合物材料。
8.根据权利要求1所述的一种变刚度仿生椎间盘，其特征在于：所述上终板（100）上表面、下终板（300）下表面和固定齿（400）外表面镀有羟基磷灰石层。
说明书 :
变刚度仿生椎间盘
技术领域
背景技术
和置换术。针对轻症患者，主要采用传统药物治疗或物理疗法，但由于传统方法只能缓解疼
痛症状而无法彻底治愈，使得手术疗法逐渐成为患者在采用传统治疗方法而效果不理想之
后的首选方式。
变或退化椎间盘，治疗椎间盘退行性疾病的新方式。相比融合术，置换术不仅可维持节段高
度，更为重要的是能够保留节段的活动范围，减缓邻近节段椎间盘加速退变的能力，从而有
效解决了融合术的不足，近年来在临床上逐渐得到应用，但临床统计结果表明当前的椎间
盘置换术后，易于出现所进行置换的椎骨的运动范围不匹配问题，进而导致人工椎间盘假
体下沉，脱位等不良事件和二次手术等相关问题。研究表明，这与所植入的人工椎间盘的刚
度有着密切联系，当前的人工椎间盘多数由上终板，核心和下终板构成，几乎均为各向同性
刚度设计，因此无法调控其在典型生理运动下的运动范围亟需解决。
板层具有一定的倾角，相邻两层的胶原纤维交叉排列。
征，宏观上展现了前屈后伸，侧向弯屈，轴向旋转等生理运动下的协调运动。
发明内容
植入后的运动匹配性。
一定倾斜角度，其角度范围为20°～45°，相邻两层的胶原纤维呈交叉排列；髓核具有较好的
材料柔度和静液压刚度，纤维环则具有较好的弹性，连接上、下椎骨，将髓核包裹在中间；在
运动过程中，外部载荷通过椎骨作用于生物椎间盘，通过生物椎间盘被动压缩产生变形膨
胀，并挤压接触的纤维环，纤维环产生拉力限制髓核变形膨胀，但由于胶原纤维产生的拉力
不同，导致纤维环每个位置的变形程度不同。
层的纤维环和内层的髓核，纤维环由胶原纤维板层和胶原纤维构成，胶原纤维附着于胶原
纤维板表面，并具有倾角，相邻两层胶原纤维交叉排列。
附图说明
环第三层、IV—纤维环第四层、I‑00—纤维环第一层胶原纤维板层、I‑11—纤维环第一层胶
原纤维、I‑111—纤维环第一层胶原纤维前端、I‑112—纤维环第一层胶原纤维后端、II‑
00—纤维环第二层胶原纤维板层、II‑11—纤维环第二层胶原纤维、II‑111—纤维环第二层
胶原纤维前端、II‑112—纤维环第二层胶原纤维后端、III‑00—纤维环第三层胶原纤维板
层、III‑11—纤维环第三层胶原纤维、III‑111—纤维环第三层胶原纤维前端、III‑112—纤
维环第三层胶原纤维后端、IV‑00—纤维环第四层胶原纤维板层、IV‑11—纤维环第四层胶
原纤维、IV‑111—纤维环第四层胶原纤维前端、IV‑112—纤维环第四层胶原纤维后端。
具体实施方式
终板300下表面设置有固定齿400，通过固定齿400能够使上终板100和下终板300实现与椎
骨的生物固定，预防下沉。
邻两层胶原纤维11交叉排列，本实施例中，倾角根据生物椎间盘胶原纤维的倾角20°～45°
选择，优选的倾角为45°，优选的纤维环201层数为4层或4层以上，4层纤维环分别为纤维环
第一层I，纤维环第二层II，纤维环第三层III和纤维环第四层IV。
环第一层胶原纤维后端I‑112弹性模量大于纤维环第一层胶原纤维前端I‑111弹性模量，弹
性模量从纤维环第一层胶原纤维后端I‑112到纤维环第一层胶原纤维前端I‑111逐次减小。
纤维环第二层胶原纤维后端II‑112弹性模量大于纤维环第二层胶原纤维前端II‑111弹性
模量，弹性模量从纤维环第二层胶原纤维后端II‑112到纤维环第二层胶原纤维前端II‑111
逐次减小，纤维环第二层胶原纤维II‑11与纤维环第一层胶原纤维I‑11交叉排列。
斜，纤维环第三层胶原纤维后端III‑112弹性模量大于纤维环第三层胶原纤维前端III‑111
弹性模量，弹性模量从纤维环第三层胶原纤维后端III‑112到纤维环第三层胶原纤维前端
III‑111逐次减小，纤维环第三层胶原纤维III‑11与纤维环第二层胶原纤维II‑11交叉排
列，与纤维环第一层胶原纤维I‑11倾斜方向相同。
纤维环第四层胶原纤维后端IV‑112弹性模量大于纤维环第四层胶原纤维前端IV‑111弹性
模量，弹性模量从纤维环第四层胶原纤维后端IV‑112到纤维环第四层胶原纤维前端IV‑111
逐次减小，纤维环第四层胶原纤维IV‑11与纤维环第三层胶原纤维III‑11交叉排列，与纤维
环第二层胶原纤维II‑11倾斜方向相同。
201具有很好的弹性会产生拉力限制髓核变形膨胀，但由于胶原纤维11弹性模量不同，高弹
性模量区域变形较小，低弹性模量区域变形较大；因此，通过胶原纤维11弹性模量的不同能
够实现结构的变刚度，恢复生物椎间盘各向异性刚度的功能特征。