一种颈椎椎间融合器的制造方法 [0002]椎间融合器(interbody fus1n cage)，也常被称作脊柱融合器(spine cage)，是临床上椎间植骨融合手术中常用的一种医疗器械，多用于全椎间盘置换术，在清除病变/坏死椎间盘后，置入装有自体骨或其它植骨材料的椎间融合器，能有效起到即刻稳定、撑开并维持椎间隙高度，促进椎体相邻节段融合的作用。 [0003]目前临床使用的椎间融合器主要采用钛合金、不锈钢、聚醚醚酮、碳纤维、同种异体骨等材料制成。但这些材料在生理环境中均不可被降解吸收，因而在植入后将永久作为异物留存于体内，不是理想的骨修复材料。 [0004]近年来，人们利用可降解生物材料(如聚乳酸)开发出体内可降解吸收椎间融合器。这类椎间融合器在植入体内初期可以为椎间融合提供有效的力学支撑，维持椎间隙高度。随着椎间植骨融合的进行，椎间融合器的材料逐渐降解，为患者的新生骨组织提供生长空间，并最终完全降解，同时两相邻节段实现完全融合，达到椎间融合的治疗目的。聚乳酸材料在降解过程中能够被分解成乳酸分子，参与到人体的三羧酸循环当中，并最终分解为水和二氧化碳而排出体外。 [0005]然而，出于防止椎间融合器向前滑脱、提高相邻融合节段的稳定性、维持椎间隙高度和生理曲度等方面的需要，在经前路的颈椎椎间融合手术中通常还需要对上下椎体进行固定，这类固定装置使用的是颈前路钛板(或不锈钢板)，目前尚无可吸收材料的颈前路固定板。因此，目前的颈椎椎间融合手术即使采用可吸收椎间融合器，也需要使用颈前路钛板/不锈钢板进行固定，存在以下几方面缺点: [0006]1.颈前路钛板/不锈钢板对食管及其附近肌肉、组织造成压迫，使患者长期具有异物感和不适感，尤其在吞咽时异物感明显； [0007]2.当行椎间融合术的颈椎两节段融合之后，颈前路钛板/不锈钢板需通过二次手术取出，增加了患者痛苦和经济负担；
[0008]3.由于聚乳酸等可降解生物材料的弹性模量相对于钛、不锈钢等金属材料而言低得多，颈前路钛板/不锈钢板的高弹性模量在椎间隙的前方形成应力遮挡，不利于椎间形成骨融合；
[0009]4.颈前路钛板/不锈钢板仅在前部对椎间融合器形成阻挡，而并未与椎间融合器固定在一起，导致椎间融合器容易向后滑脱，进入椎管后将压迫中枢神经，造成疼痛甚至瘫痪等严重后果。
实用新型内容
[0010]本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有颈椎椎间融合器采用单独的钛板或不锈钢板在前端对融合器进行阻挡存在上述缺陷的问题，提供一种由医用可降解材料一体成型的颈椎椎间融合器。
[0011]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种颈椎椎间融合器，包括由医用可降解材料制成的融合器主体和颈前路固定板，所述融合器主体呈前高后低的楔形，所述颈前路固定板位于所述融合器主体前端且与所述融合器主体一体成型，所述颈前路固定板上下两端还分别设有用于与颈椎固定的固定孔。
[0012]在根据本实用新型所述的颈椎椎间融合器中，所述融合器主体长度为14.0-16.0mm,宽度为12.0-14.0mm,高度为6.0-9.0mm ;且所述融合器主体前端与后端的高度差为Imm以上。
[0013]在根据本实用新型所述的颈椎椎间融合器中，所述融合器主体的上端面和下端面设有深度为0.3-0.8mm、间距为1.5-2.5mm的齿状结构。
[0014]在根据本实用新型所述的颈椎椎间融合器中，所述融合器主体设有穿透所述上端面和下端面的垂直通孔；所述垂直通孔为直径3-6mm的圆柱形或者为边长3_6mm的方形，并且所述垂直通孔边缘到所述融合器主体后端面的距离不小于3mm实用新型；所述融合器主体还设有穿透左右侧面并与所述垂直通孔连通的水平通孔，所述水平通孔为直径3-4_的圆柱形。
[0015]在根据本实用新型所述的颈椎椎间融合器中，所述颈前路固定板的高度为20.0-28.0mm,宽度为8.0-12.0mm,厚度为1.5-3.0mm,且所述颈前路固定板的上下两端为圆弧形或方形。
[0016]实施本实用新型的颈椎椎间融合器，具有以下有益效果:本实用新型通过设计一体成型的颈前路固定板和融合器主体，可以将整个颈椎椎间融合器固定在上下椎体上，防止其向前滑脱或者向后滑动而压迫中枢神经；并且两者均采用医用可降解材料制成，可以在术后自行降解，有效地减轻了患者的不适感，也避免了二次手术取出。




[0017]下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:
[0018]图1为根据本实用新型优选实施例的颈椎椎间融合器的主视图；
[0019]图2为根据本实用新型优选实施例的颈椎椎间融合器的右视图；
[0020]图3为根据本实用新型优选实施例的颈椎椎间融合器的立体图；
[0021]图4为根据本实用新型优选实施例的颈椎椎间融合器的注塑成型模具的动模和第一定模合模时的示意图；
[0022]图5为根据本实用新型优选实施例的颈椎椎间融合器的注塑成型模具的动模和第二定模开模时的示意图。


[0023]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
[0024]请参阅图1至图3，分别为根据本实用新型优选实施例的颈椎椎间融合器的主视图、右视图和立体图。如图所示，该颈椎椎间融合器包括融合器主体I和颈前路固定板2。该融合器主体I和颈前路固定板2均采用医用可降解材料制成。融合器主体I呈前高后低的楔形，颈前路固定板2位于融合器主体I的前端且与融合器主体I 一体成型，颈前路固定板2的上下两端还分别设有用于与颈椎固定的固定孔21。
[0025]本实用新型中融合器主体I可以在植入体内后位于颈椎间隙中，起到稳定、撑开并维持椎间隙高度的作用，而与之一体成型的颈前路固定板2可以将整个颈椎椎间融合器固定在上下椎体上，防止其向前滑脱或者向后滑动而压迫中枢神经。并且两者均采用医用可降解材料制成，可以在术后自行降解，有效地减轻了患者的不适感，也避免了二次手术取出。此外，由于本实用新型中采用的医用可降解材料与自体骨弹性模量接近，在临床应用中不会形成应力遮挡，有利于椎间形成骨融合。同时，在手术过程中，也可以通过颈前路固定板2在颈椎前部的位置准确地将融合器主体I定位在椎间隙的中间位置。
[0026]下面对本实用新型的颈椎椎间融合器中融合器主体I和颈前路固定板2的具体结构分别进行说明。
[0027]在本实用新型中，融合器主体I的方位定义为:植入体内后，位于患者颈椎前方与颈前路固定板2相连、朝向食管的面为该融合器主体I的前面，朝向患者椎管的面为该融合器主体I的后面，朝向患者左、右颈总动脉的面分别为该融合器主体I的左侧和右侧，朝向患者颅骨的面为该融合器主体I的上端面，朝向患者胸椎的面为该融合器主体I的下端面。前后面之间的距离为该融合器主体I的长度，左右侧面之间的距离为该融合器主体I的宽度，上端面和下端面之间的距离为该融合器主体I的高度。上端面和下端面中心连线的方向为该融合器主体I的轴向。
[0028]该融合器主体I的尺寸与成年人颈椎椎间隙的尺寸相匹配，其长度为14.0-16.0mm,宽度为12.0-14.0mm,高度为6.0-9.0mm。其中，融合器主体I前部的高度略高于后部，其高度差为Imm以上，且楔形前部的高度和后部的高度均在6.0-9.0mm的数值范围内。优选地，在该融合器主体I的上端面和下端面设有深度为0.3-0.8mm、间距为1.5-2.5mm的齿状结构11。
[0029]在本实用新型的优选实施例中，该融合器主体I设有穿透上端面和下端面的垂直通孔12。该垂直通孔12大致沿融合器主体I的轴向设置，优选为左右居中并靠近融合器主体I的后端。该垂直通孔12为直径3-6mm的圆柱形或者为边长3_6mm的方形，并且该垂直通孔12的边缘到融合器主体I后端面的距离不小于3_。在本实用新型的优选实施例中，该融合器主体I还设有穿透左右侧面并与垂直通孔12连通的水平通孔13，该水平通孔13为直径3-4mm的圆柱形。该垂直通孔12和水平通孔13均可用于装填自体骨或其它植骨材料，植入体内后参与新骨的形成，加速椎间融合。现有可降解生物材料制成的椎间融合器由于形状和结构设计上的问题，不能有效地保障其力学性能的稳定性，例如抗弯强度等，而本实用新型中垂直通孔12和水平通孔13的尺寸和位置设计，有效地保障了融合器主体I的力学强度符合手术的需求。
[0030]颈前路固定板2连接于融合器主体I部分的前端，其方位定义为:植入体内后，朝向患者食管的面为该颈前路固定板2的前面，朝向患者椎管、与融合器主体I的前端相连接的面为该颈前路固定板2的后面，朝向患者左、右颈总动脉的面分别为该颈前路固定板2的左侧和右侧，朝向患者颅骨的部分为该颈前路固定板2的上端，朝向患者胸椎的部分为该颈前路固定板2的下端。前后面之间的距离为该颈前路固定板2的厚度，左右侧之间的距离为该颈前路固定板2的宽度，上下端距离最远的两点之间的距离为该颈前路固定板2的高度。
[0031]该颈前路固定板2的高度为20.0-28.0mm,宽度为8.0-12.0_，厚度为1.5-3.0_。在本实用新型的优选实施例中，该颈前路固定板2的上下两端为圆弧形或方形，并且其上下两端还分别设有一个用于与颈椎固定的固定孔21。在本实用新型的其它实施例中，每一端也可以分别沿高度方向或者宽度方向设置两个或者以上的固定孔21。这些固定孔21可以在融合器主体I从前至后插入颈椎椎间时通过可吸收螺钉固定在上、下椎体的前部。
[0032]本实用新型中融合器主体I可以由以下一种或者多种医用可降解聚合物材料制成:聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)和聚己内酯(PCL)。这些医用可降解聚合物材料的分子量为50，000-800，000。优选地，当采用PLA、PGA或者PLGA中的一种材料制成时，其分子量范围为200，000-800，000 ;当采用纯PCL制成时，其分子量范围为50，000-300, OOOo融合器主体I也可以采用上述医用可降解聚合物材料与磷酸钙、羟基磷灰石等生物陶瓷组成的复合材料。当融合器主体I使用聚合物/生物陶瓷复合材料制成时，医用可降解聚合物材料与生物陶瓷的质量比为3:7-7:3;且其中医用可降解聚合物材料构成连续相，生物陶瓷以微粒的形式分布在该复合材料中，其微粒的粒径为
2-20 μ--ο
[0033]本实用新型中颈前路固定板2可以由以下一种或者多种医用可降解聚合物材料制成:聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)和聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)。这些医用可降解聚合物材料的分子量为100，000-500, OOOo颈前路固定板2也可以采用上述医用可降解聚合物材料与磷酸钙、羟基磷灰石等生物陶瓷组成的复合材料。当颈前路固定板2使用聚合物/生物陶瓷复合材料制成时，医用可降解聚合物材料与生物陶瓷的质量比为3:7-7:3 ;且其中医用可降解聚合物材料构成连续相，生物陶瓷以微粒的形式分布在该复合材料中，其微粒的粒径为2-20 μ m。
[0034]本实用新型的颈椎椎间融合器通过上述结构和材料的设计，可以达到以下降解时间及力学强度。其中，本实用新型中融合器主体I的降解时间为6-24个月。具体地，融合器主体I植入体内后6-12个月开始降解，并逐渐被机体代谢吸收，完全降解时间为12-24个月。颈前路固定板2的降解时间为3-12个月。具体地，颈前路固定板2于植入体内后3-6个月后开始降解，并逐渐被机体代谢吸收，完全降解时间为6-12个月。就力学强度而言，本实用新型中融合器主体I沿高度方向即前述轴向的抗压强度为80-140MPa。颈前路固定板2的抗弯强度为40-70MPa。
[0035]图4和5所示为本实施例颈椎椎间融合器的注塑成型模具，整套模具主要包括动模3，第一定模4和第二定模5三大部分。其中，图4所示为动模3和第一定模4合模时的示意图，图5所示为动模3和第二定模4开模时的示意图。
[0036]动模3内部具有对应于融合器主体的第一型腔31 ;动模3上还有引导动模和定模进行合模的导柱32 ;动模3下部还有动模底座33，以及用于成型件脱模的推出机构，包括推板34、第一推杆35-1、第二推杆35-2、第三推杆35_3和位于底部的顶杆孔36。
[0037]第一定模4上有对应于动模3上导柱32的第一导柱套42 ;第一定模4上部还有第一定模座板43，第一定模座板43中心是与注塑机喷嘴相连接的第一浇口 44 ;第一定模4的中心有起始于第一浇口 44并纵贯第一定模4的第一流道45。
[0038]第二定模5内部具有对应于颈前路固定板的第二型腔51 ;第二定模5上还有对应于动模3上导柱32的第二导柱套52 ;第二定模5上部还有第二定模座板53，第二定模座板53中心是与注塑机喷嘴相连接的第二浇口 54 ;第二定模5的中心有起始于第二浇口 54并纵贯第二定模5的第二流道55。
[0039]在颈椎椎间融合器的注塑成型制造过程包括以下步骤:
[0040]1、将第一定模4通过第一定模座板43安装在装有制备融合器主体I的物料的注塑机上，第一浇口 44与注塑机的喷嘴相连接；
[0041]2、将第二定模5通过第二定模座板53安装在装有制备颈前路固定板2的物料的注塑机上，第二浇口 34与注塑机的喷嘴相连接；
[0042]3、将动模3和第一定模4通过导柱32和第一导柱套42进行合模；
[0043]4、制备融合器主体I的物料在注塑机中加热到145-175?后由注塑机的喷嘴喷出，通过第一浇口 44和第一流道45进入第一型腔31中；
[0044]5、待物料充满第一型腔31后，在50_120MPa的注塑压力下保压45_90秒；
[0045]6、将动模3和第一定模4开模后，立即和第二定模4通过导柱32和第二导柱套52进行合模；
[0046]7、制备颈前路固定板2的物料在注塑机中加热到145-175?后由注塑机的喷嘴喷出，通过第二浇口 54和第二流道55进入第二型腔51中；第二次浇注物料的时间必须在第一次保压结束的60秒内，以保障融合器主体I的物料未完全凝固。
[0047]8、待物料充满第二型腔51后，在50_120MPa的注塑压力下保压30_60秒；
[0048]9、卸去压力，待模具冷却到室温后，用顶杆通过顶杆孔36推动推板34，从而利用第一推杆35-1、第二推杆35-2和第三推杆35-3将颈椎椎间融合器脱模；
[0049]10、进行切削、表面齿状结构的加工、钻孔、倒角、表面清洗等后处理，得到本实施例的具有颈前路固定板2的颈椎椎间融合器。
[0050]综上所述，本实用新型的颈椎椎间融合器具有以下优点:
[0051]1.一体化的颈椎椎间融合器在颈前路椎间融合手术中无需植入椎间融合器后再植入颈前路固定装置，大大简化了手术操作；
[0052]2.颈前路固定板2在植入一定时间后可降解并被机体代谢吸收，无需通过二次手术取出，减轻了患者的痛苦，降低了医疗成本；
[0053]3.融合器主体I可随着患者自体骨的生长和爬行替代而逐步被降解，并最终被机体代谢吸收，椎间隙里完全是患者自身的骨组织，没有异物留存，从而达到理想的椎间融合效果；
[0054]4.连接为一体的融合器主体I和颈前路固定板2在手术植入中不会产生定位不准确的问题，颈前路固定板可保证严格位于融合器主体的正前方，同时可保证融合器主体的植入深度恰到好处；
[0055]5.具有同样或近似材料组成的融合器主体I部分和颈前路固定板2部分具有相似的弹性模量，避免了使用弹性模量过高的颈前路钛板/不锈钢板而带来的应力遮挡问题；
[0056]6.一体化的颈椎椎间融合器植入体内后，颈前路固定板2通过螺钉固定在上下椎体上，不仅可以防止融合器主体I向前脱出，还可以有效防止融合器主体I向后滑动而压迫中枢神经，传统的颈前路钛板/不锈钢板则不具备这样的功能。
[0057]实施例1
[0058]该实施例用于制备PLA材料的颈椎椎间融合器。其中，融合器主体I为纯左旋聚乳酸(PLLA，分子量为80万)材料制造；融合器主体I的尺寸为长14.0mm,宽12.5mm，前端高度为7.0mm,后端高度为6.0mm ;融合器主体I的上下端面具有深度为0.35mm、间距为2.0mm的齿状结构；融合器主体I的左右居中靠近后面具有直径4.6mm的圆柱形垂直通孔12，垂直通孔12的圆心到融合器主体I后端面的距离为6.3mm。经测试，本实施例的融合器主体I沿轴向的抗压强度为110.6MPa?
[0059]颈前路固定板2为纯外消旋聚乳酸(PDLLA，分子量为30万)材料制造；颈前路固定板2的上下两端均为圆弧形，上端和下端均设有I个固定孔；颈前路固定板2的高度为22.0mm,宽度为9.0mm，厚度为1.8mm。经测试，本实施例的颈前路固定板2的抗弯强度为52.7MPa0
[0060]将本实施例的颈椎椎间融合器植入健康山羊的颈3/4椎间隙，用聚乳酸螺钉进行固定。术后正常饲养，观察颈椎椎间融合器的降解和手术部位的骨融合效果。结果表明:颈前路固定板2于3个月时开始降解，7个月时完全降解；融合器主体I于8个月时开始降解，19个月时完全降解；椎间隙高度保持良好，材料随着自体骨的生长逐渐降解；19个月后，椎间隙完全是自体骨组织，达到理想的椎间融合。
[0061]实施例2
[0062]该实施例用于制备PLA/PCL组合材料的颈椎椎间融合器。其中，融合器主体I为纯PCL (分子量为15万)材料制造；融合器主体I的尺寸为长15.0mm,宽12.0mm,前端高度为8.0mm，后端高度为7.0mm ;融合器主体I的上下端面具有深度为0.5mm、间距为2.0mm的齿状结构；融合器主体I的左右居中靠近后面具有边长5.5mm的正方形垂直通孔12，垂直通孔12的中心到融合器主体I后端面的距离为7.0_。经测试，本实施例的融合器主体I沿轴向的抗压强度为121.5MPa?
[0063]颈前路固定板2为纯左旋聚乳酸(PLLA，分子量为20万)材料制造；颈前路固定板2的上下两端均为方形，上端和下端均设有沿宽度方向并排的2个固定孔；颈前路固定板2的高度为24.0mm,宽度为12.0mm，厚度为2.0mm。经测试，本实施例的颈前路固定板2的抗弯强度为63.8MPa。
[0064]将本实施例的颈椎椎间融合器植入健康山羊的颈3/4椎间隙，用聚乳酸螺钉进行固定。术后正常饲养，观察颈椎椎间融合器的降解和手术部位的骨融合效果。结果表明:颈前路固定板2于4.5个月时开始降解，10.5个月时完全降解；融合器主体I于12个月时开始降解，24个月时完全降解；椎间隙高度保持良好，材料随着自体骨的生长逐渐降解；24个月后，椎间隙完全是自体骨组织，达到理想的椎间融合。
[0065]实施例3
[0066]该实施例用于制备PLGA/ β -TCP复合材料与PCL/ β -TCP复合材料共同的颈椎椎间融合器。其中，融合器主体I为PCL/ β -TCP复合材料(PCL分子量为17.6万，β -TCP粒径分布为12.0±2.Ομπι)材料制造，PCL/ β -TCP = 6/4(w/w);融合器主体I的尺寸为长16.0mm,宽14.0mm,前端高度为9.0mm,后端高度为7.5mm ;融合器主体I的上下端面具有深度为0.6mm、间距为2.2mm的齿状结构；融合器主体I的左右居中靠近后面具有直径6.0mm的圆柱形垂直通孔12，垂直通孔12的圆心到融合器主体I后端面的距离为8.0mrn0经测试，本实施例的融合器主体I沿轴向的抗压强度为137.1MPa0
[0067]颈前路固定板2为PLGA/ β -TCP复合材料(PLGA分子量为25万，β -TCP粒径分布为12.0±2.0 μπι)材料制造，PCL/ β -TCP = 5/5 (w/w);颈前路固定板2的上下两端均为方形，上端和下端均设有沿宽度方向并排的2个固定孔；颈前路固定板2的高度为26.0mm,宽度为12.0_，厚度为2.2_。经测试，本实施例的颈前路固定板2抗弯强度为58.3MPa?
[0068]将本实施例的颈椎椎间融合器植入健康山羊的颈3/4椎间隙，用聚乳酸螺钉进行固定。术后正常饲养，观察颈椎椎间融合器的降解和手术部位的骨融合效果。结果表明:颈前路固定板2于3个月时开始降解，8个月时完全降解；融合器主体I于10个月时开始降解，21个月时完全降解；椎间隙高度保持良好，材料随着自体骨的生长逐渐降解；21个月后，椎间隙完全是自体骨组织，达到理想的椎间融合。
[0069]实施例4
[0070]该实施例用于制备复合材料的颈椎椎间融合器。其中，以PLA/HA为融合器主体I的材料，以PLA为颈前路固定板2的材料，制造36个符合以下参数范围的尺寸略有不同的颈椎椎间融合器。
[0071]融合器主体I为PLLA/HA复合材料(PLLA分子量为80万，HA粒径10.0 ± 1.0 μ m)复合材料制造，PLLA:HA = 6:4(w/w);融合器主体I的尺寸为长14.0-16.0mm,宽12.5-13.5mm，高6.0-8.0mm ;融合器主体I的上下端面具有深度为0.35mm、间距为2.0mm的齿状结构；融合器主体I的左右居中靠近后面具有直径4.6-5.2mm的圆柱形垂直通孔21，垂直通孔21的圆心到融合器主体I后端面的距离为6.3-6.6mm。经测试，本实施例的融合器主体I沿轴向的抗压强度为122.8 ±7.4MPa。
[0072]颈前路固定板2为纯I3DLLA (分子量为35万)材料制造；颈前路固定板2的上下两端均为圆弧形，上端和下端均有I个固定孔；颈前路固定板2的高度为22.0-26.0mm,宽度为9.0mm，厚度为1.8mm。经测试，本实施例的颈前路固定板2抗弯强度为53.4±3.lMPa?
[0073]将本实施例的颈椎椎间融合器分别植入36只健康山羊(雌雄各18只，年龄2-3岁)的颈3/4椎间隙，用聚乳酸螺钉进行固定。术后正常饲养，观察椎间融合器的降解和手术部位的骨融合效果。
[0074]观察持续2年，期间没有羊死亡或出现与植入的颈椎椎间融合器相关的疾病，所有羊均健康存活到观察期结束。所有羊体内植入的椎间融合器均未出现向前或者向后的滑脱。椎间隙高度相对于植入椎间融合器前没有明显变化。术后6个月、12个月和24个月的融合率分别为51%、84%和96%。颈前路固定板2的降解开始于术后3.2±0.1个月，完全降解时间为术后7.1 ±0.4个月；融合器主体I的降解开始于术后9.1 ±0.8个月，完全降解时间为术后22.6±1.4个月。所有羊体内的颈椎椎间融合器均完全降解。
[0075]本实用新型是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本实用新型范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本实用新型技术的特定场合或材料，可对本实用新型进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本实用新型并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。