本發(fā)明涉及牙體種植修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種多段式通孔多孔牙種植體。

背景技術(shù)：

牙齒缺失會(huì)給人們的生活帶來不便，假牙的修復(fù)已經(jīng)無法滿足人們的需求。近年來，種植牙技術(shù)的發(fā)展成功的為我們解決了這個(gè)問題。種植牙是根據(jù)天然牙做成的仿生牙。主要分成承擔(dān)咀嚼力的牙冠和旋入下頜骨的種植體兩部分。種植牙的成功與否很大程度上是由種植體決定的。一個(gè)成功的種植牙，應(yīng)該使得植體與下頜骨可以形成完全骨結(jié)合，具有良好的生物相容性。為了促進(jìn)種植體與牙槽骨的結(jié)合，具有粗糙表面的牙種植體得到了廣泛應(yīng)用，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與臨床實(shí)踐研究表面，與光滑表面相比，粗糙表面能增加骨結(jié)合表面積，且有利于種植體與牙槽骨的結(jié)合。但是，具有粗糙表面的種植體與牙槽骨的結(jié)合強(qiáng)度遠(yuǎn)未達(dá)到理想的臨床效果，如何進(jìn)一步增加種植體與牙槽骨的結(jié)合強(qiáng)度，提高種植體的遠(yuǎn)期有效性，提升種植手術(shù)的成功率，是函待解決的問題。

早期的骨結(jié)合能力決定了種植體的壽命。目前市場(chǎng)上使用的種植牙大多是普通的實(shí)體鈦合金種植體，牙槽的成骨細(xì)胞只能覆蓋在種植體的表面，接觸面積小，不利于骨組織的生長(zhǎng)，不利于早期的骨結(jié)合。對(duì)于骨量不足的患者，治療起來更加困難；同時(shí)鈦合金的彈性模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人體牙槽骨組織，這會(huì)引起“應(yīng)力遮擋效應(yīng)”。長(zhǎng)期使用下去，種植體周圍骨組織幾乎不承受力從而萎縮，導(dǎo)致植體極易松動(dòng)甚至斷裂。種植體固定不變的的彈性模量還會(huì)造成其力學(xué)結(jié)構(gòu)性能差。通過引入多孔結(jié)構(gòu)可增大種植體的表面積，提高機(jī)械鎖合力，有利于植入物與骨組織的結(jié)合。目前已有設(shè)計(jì)是在螺紋間增加孔隙結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，但孔隙結(jié)構(gòu)與螺紋在一起更加容易造成應(yīng)力集中從而破壞植體。同時(shí)，不同螺紋對(duì)應(yīng)力集中影響不一樣?？紫督Y(jié)構(gòu)分布在螺紋之間，孔隙結(jié)構(gòu)的可調(diào)性變差。

牙種植體的設(shè)計(jì)需要滿足以下要求:

(1)設(shè)計(jì)的多孔種植體應(yīng)盡量避免應(yīng)力集中造成種植體的破壞；

(2)多孔結(jié)構(gòu)能夠滿足種植體個(gè)性化的外部形狀，多孔結(jié)構(gòu)是通孔，可以通過改變孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部孔隙的可控，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)的可控；

(3)設(shè)計(jì)的多孔結(jié)構(gòu)需符合3D打印(增材制造技術(shù))的工藝要求，通過增材制造能夠滿足生物和力學(xué)性能的要求，需要有足夠的剛度和強(qiáng)度保證其被植入牙槽骨內(nèi)后不會(huì)發(fā)生變形破壞，同時(shí)也要保證其彈性模量跟自然骨的彈性模量基本相當(dāng)，避免產(chǎn)生應(yīng)力屏蔽；

(4)多孔結(jié)構(gòu)從外到內(nèi)呈梯度變化，可以促進(jìn)骨細(xì)胞進(jìn)入多孔內(nèi)生長(zhǎng)；

(5)多孔結(jié)構(gòu)增加了表面積，有利于成骨細(xì)胞與植體接觸并促進(jìn)生長(zhǎng)，提高早期的骨結(jié)合能力。

現(xiàn)在市場(chǎng)上使用的大多為普通的實(shí)心種植體?？煽氐亩嗫追N植體很難通過傳統(tǒng)的機(jī)械加工實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，因?yàn)榻佑|面積小，牙種植體與牙槽骨結(jié)合強(qiáng)度不佳，種植體植入后至修復(fù)手術(shù)之間需要3-6個(gè)月漫長(zhǎng)的骨生長(zhǎng)愈合期。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服已有牙種植體的結(jié)合強(qiáng)度較差、結(jié)合速度慢、且很難實(shí)現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)的不足，本發(fā)明提供一種有效提高結(jié)合強(qiáng)度、提升結(jié)合速度、易于實(shí)現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)的多段式通孔多孔牙種植體。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種多段式通孔多孔牙種植體，包括穿齦段和螺紋段，所述穿齦段為光滑實(shí)心結(jié)構(gòu)，所述穿齦段位于螺紋段的上部，所述牙種植體還包括多孔結(jié)構(gòu)段，所述多孔結(jié)構(gòu)段位于所述螺紋段的下部，所述多孔結(jié)構(gòu)段中，從下到上依次采用孔徑增大的多孔結(jié)構(gòu)；所述多孔結(jié)構(gòu)采用橫向通孔方式，每種孔徑的橫向通孔呈放射狀，各個(gè)橫向通孔沿著圓周分布。

進(jìn)一步，一種孔徑的橫向通孔與相鄰上下孔徑的橫向通孔錯(cuò)位布置。

或者是：一種孔徑的橫向通孔與相鄰上下孔徑的橫向通孔位于同一豎向直線上。

優(yōu)選的，所述橫向通孔的截面為菱形。當(dāng)然，也可以是其他形狀。

再進(jìn)一步，所述孔徑自下而上采用梯度分布，范圍在100～500微米。

更進(jìn)一步，所述多孔結(jié)構(gòu)中，單個(gè)橫向通孔穿過多孔結(jié)構(gòu)段的豎向中心線，各個(gè)橫向通孔沿著圓周等間隔分布。

所述橫向通孔的孔徑從中部到外側(cè)由小連續(xù)變大。

所述多孔結(jié)構(gòu)段的下端設(shè)有用于增加植體銳性的倒角。

所述穿齦段的上端設(shè)有基臺(tái)接口，所述基臺(tái)接口采用類六角螺母接口。所述類六角螺母的六邊形增設(shè)用于二級(jí)抗旋轉(zhuǎn)的弧形凸起部分

所述穿齦段中，直徑為4mm，長(zhǎng)度為0.15L，L是種植體長(zhǎng)度；所述螺紋段中，選用螺紋外徑為4mm，深度為0.35mm，螺距為0.5mm的螺紋，旋轉(zhuǎn)角度為60°，螺紋段長(zhǎng)度為0.4L，采用反支撐螺紋，上面與下面夾角為15°～45°；所述多孔結(jié)構(gòu)段中，長(zhǎng)度為0.45L，直徑為3.3mm，植體底端倒斜角45°，距離0.5～1mm。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：應(yīng)力集中主要集中在頸部，上端采用光滑實(shí)心結(jié)構(gòu)，可以有效避免應(yīng)力集中效應(yīng)；中部采用螺紋，能夠與骨塊嚙合并增大接觸面積，尾端采用從下到上依次采用孔徑增大的多孔結(jié)構(gòu)，既避免了應(yīng)力集中效應(yīng)，同時(shí)多孔結(jié)構(gòu)增大了接觸面積，有利于成骨細(xì)胞的分化和生長(zhǎng)，提升了種植體與骨組織的結(jié)合速率，這樣三段式的分布使得應(yīng)力均勻分布；多孔結(jié)構(gòu)為通孔，呈放射狀，孔沿著圓周陣列，角度為60°，孔徑由下往上依次遞增，采用梯度分布，孔位置分布包含交錯(cuò)分布，交錯(cuò)角度為30°(可以更好的避免應(yīng)力集中，更好的承受不同方向的咀嚼力)和直線分布兩種；多孔交匯于一點(diǎn)，在有些孔出現(xiàn)堵塞的情況下，細(xì)胞可以通過交匯點(diǎn)進(jìn)入別的孔內(nèi)，增加了骨組織長(zhǎng)入孔內(nèi)的概率，骨組織長(zhǎng)入更多，更加牢固。

采用菱形通孔，孔徑由外到內(nèi)減小，大孔徑非圓孔滲透率高利于細(xì)胞進(jìn)入且不會(huì)造成堵塞，小孔徑有利于細(xì)胞增殖生長(zhǎng)，可以使得骨組織以最快的速度長(zhǎng)得最深，避免出現(xiàn)孔深處無骨現(xiàn)象，從而使種植體與牙槽骨牢固結(jié)合，以縮短手術(shù)愈合期、促進(jìn)骨結(jié)合、增加骨結(jié)合強(qiáng)度，提高牙種植體的遠(yuǎn)期有效性，提升種植手術(shù)的成功率，提高了植體壽命；同時(shí)，孔隙結(jié)構(gòu)與螺紋分開設(shè)計(jì)，能更加靈活的根據(jù)患者的骨質(zhì)情況進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)定制，而不受螺紋的影響，孔隙結(jié)構(gòu)降低種植體的彈性模量，使之與骨組織的彈性模量相匹配，避免了“應(yīng)力遮擋效應(yīng)”。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：有效提高結(jié)合強(qiáng)度、提升結(jié)合速度、易于實(shí)現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1是一種多段式通孔多孔牙種植體的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是圖1的縱向剖面圖。

圖3是穿齦段的橫截面示意圖。

圖4是另一種多段式通孔多孔牙種植體的結(jié)構(gòu)圖。

圖5是穿齦段的俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照?qǐng)D1～圖5，一種多段式通孔多孔牙種植體，包括穿齦段和螺紋段，所述穿齦段為光滑實(shí)心結(jié)構(gòu)，所述穿齦段位于螺紋段的上部，所述牙種植體還包括多孔結(jié)構(gòu)段，所述多孔結(jié)構(gòu)段位于所述螺紋段的下部，所述多孔結(jié)構(gòu)段中，從下到上依次采用孔徑增大的多孔結(jié)構(gòu)；所述多孔結(jié)構(gòu)采用橫向通孔方式，每種孔徑的橫向通孔呈放射狀，各個(gè)橫向通孔沿著圓周分布。

進(jìn)一步，一種孔徑的橫向通孔與相鄰上下孔徑的橫向通孔錯(cuò)位布置。

或者是：一種孔徑的橫向通孔與相鄰上下孔徑的橫向通孔位于同一豎向直線上。

優(yōu)選的，所述橫向通孔的截面為菱形。當(dāng)然，也可以是其他形狀。

再進(jìn)一步，所述孔徑自下而上采用梯度分布，范圍在100～500微米。

更進(jìn)一步，所述多孔結(jié)構(gòu)中，單個(gè)橫向通孔穿過多孔結(jié)構(gòu)段的豎向中心線，各個(gè)橫向通孔沿著圓周等間隔分布。

所述橫向通孔的孔徑從中部到外側(cè)由小連續(xù)變大。

所述多孔結(jié)構(gòu)段的下端設(shè)有用于增加植體銳性的倒角。

所述穿齦段的上端設(shè)有基臺(tái)接口，所述基臺(tái)接口采用類六角螺母接口。所述類六角螺母的六邊形增設(shè)用于二級(jí)抗旋轉(zhuǎn)的弧形凸起部分

所述穿齦段中，直徑為4mm，長(zhǎng)度為0.15L，L是種植體長(zhǎng)度；所述螺紋段中，選用螺紋外徑為4mm，深度為0.35mm，螺距為0.5mm的螺紋，旋轉(zhuǎn)角度為60°，螺紋段長(zhǎng)度為0.4L，采用反支撐螺紋，上面與下面夾角為15°～45°；所述多孔結(jié)構(gòu)段中，長(zhǎng)度為0.45L，直徑為3.3mm，植體底端倒斜角45°，距離0.5～1mm。

本實(shí)施例中，皮質(zhì)骨與種植體結(jié)合處和種植體底部與松質(zhì)骨結(jié)合處的疲勞安全系數(shù)較低。一種多段式多孔牙種植體，主要分為三段：穿齦段、螺紋段和多孔結(jié)構(gòu)段。

種植體系統(tǒng)與骨組織界面最大應(yīng)力集中在種植體上部與皮質(zhì)骨結(jié)合區(qū)域，所述穿齦段為植體上端，該段屬于應(yīng)力集中部分，設(shè)置螺紋和孔隙結(jié)構(gòu)會(huì)造成應(yīng)力集中，故選用光滑實(shí)心部分，直徑為4mm，長(zhǎng)度為0.15L，L是種植體長(zhǎng)度；

在外表面設(shè)計(jì)與牙槽骨連接的外螺紋，在種植體中螺紋起了非常重要的角色，螺紋有很好的機(jī)械嚙合的效果，使得植入到下頜骨的種植體有很好的固定性，且螺紋能夠很好的將咬合力傳到骨組織中，減少應(yīng)力集中，使得應(yīng)力分布均勻。還可以增加種植體初始接觸面，提高種植體初始穩(wěn)定性。螺紋位置影響種植體-骨界面的應(yīng)力分布。將螺紋段單獨(dú)設(shè)計(jì)在植體中間部分更合適。較小的螺距，螺紋越密，不僅增加了種植體與下頜骨的表面積，也提高了機(jī)械自鎖的作用。因此，較小的螺距更能提高種植體力學(xué)性能。雖然螺距越小對(duì)種植牙越是有利的，但是，越小的螺距就越難加工，加工的成本就會(huì)提高，需要加工的時(shí)間也會(huì)增加。理論上是越小的螺距越好，但是考慮到實(shí)際條件的限制，需要選擇合適螺距的種植體?？紤]到3D打印工藝需求，這里選用螺紋外徑為4mm，深度為0.35mm，螺距為0.5mm的螺紋，旋轉(zhuǎn)角度為60°，螺紋段長(zhǎng)度為0.4L，采用反支撐螺紋，上面與下面夾角為15°～45°。

尾端設(shè)置成多孔段，長(zhǎng)度為0.45L，直徑為3.3mm，植體底端倒斜角45°，距離0.5～1mm，增加植體的銳性，便于植入。采用通孔結(jié)構(gòu)，相比較盲孔而言，增大接觸面積，可以更好的促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化和生長(zhǎng)。同時(shí)可以降低彈性模量，使得其盡量與骨組織相匹配，避免“應(yīng)力屏蔽效應(yīng)”。同時(shí)種植體底部與松質(zhì)骨結(jié)合處應(yīng)力較為集中，靠近底端采用小孔徑可以盡量避免應(yīng)力集中破壞。多孔結(jié)構(gòu)為通孔，呈放射狀，孔沿著圓周陣列，角度為60°，孔徑由下往上依次遞增，采用梯度分布，孔位置分布包含交錯(cuò)分布，交錯(cuò)角度為30°(可以更好的避免應(yīng)力集中，更好的承受不同方向的咀嚼力)和直線分布兩種；多孔交匯于一點(diǎn)，在有些孔出現(xiàn)堵塞的情況下，細(xì)胞可以通過交匯點(diǎn)進(jìn)入別的孔內(nèi)，增加了骨組織長(zhǎng)入孔內(nèi)的概率，骨組織長(zhǎng)入更多，更加牢固。

孔徑自下而上采用梯度分布，范圍在100～500微米。底部采用小孔徑，往上孔徑依次增大，間距1mm。大孔徑細(xì)胞滲透率高，小孔徑有利于細(xì)胞生長(zhǎng)?？讖綇耐庥蓛?nèi)減小到100微米，大小孔徑相結(jié)合，外部放置較大的非圓孔以避免堵塞，內(nèi)部放置小孔有利于最初的細(xì)胞附著和增殖分化，可以使得更多的骨組織更深的進(jìn)入孔結(jié)構(gòu)，植體更快的與骨相結(jié)合，且更加牢固，壽命更長(zhǎng)。多孔結(jié)構(gòu)中單個(gè)孔截面積采用菱形。相比較正方形和圓形，菱形孔更有利于細(xì)胞生長(zhǎng)。底端單獨(dú)采用多孔結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)患者骨質(zhì)情況個(gè)性化制造。通過改變孔徑、孔隙率等實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)的可控，而不需要考慮螺紋的影響。

基臺(tái)接口采用類六角螺母接口。六角螺母可以抗旋轉(zhuǎn)，防止與植體連接的基臺(tái)旋轉(zhuǎn)松動(dòng)導(dǎo)致破壞。同時(shí)，六邊形增設(shè)弧形凸起部分，有二級(jí)抗旋轉(zhuǎn)的作用。植體頸部應(yīng)力集中，這種設(shè)計(jì)可以，在抗旋轉(zhuǎn)的同時(shí)起著起到降低集中應(yīng)力的保護(hù)作用。底部圓可以在定位的同時(shí)，可以有更多高度的基臺(tái)來選擇。六角螺母的對(duì)角線長(zhǎng)為3.1mm，深度為1.2mm；底部圓直徑為2.7mm，深度為0.2mm；凸起部分為距離圓心1.5mm處直徑為0.6mm的圓，深度為1.4mm。植體內(nèi)螺紋沉孔，直徑1.2～2mm，深度4mm，螺距0.5mm，頂錐角120°。

一種多段式多孔牙種植體的制造方法，所述制造方法包括如下步驟：

步驟1、三維模型的設(shè)計(jì)和建立

1.1)在三維軟件里建立種植體初始模型，并將其分割為三部分；

1.2)在三維軟件里對(duì)中間段進(jìn)行螺紋的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出基于一定參數(shù)的螺紋種植體；較小的螺距，螺紋越密，不僅增加了種植體與下頜骨的表面積，也提高了機(jī)械自鎖的作用。因此，較小的螺距更能提高種植體力學(xué)性能。但是，越小的螺距就越難加工，加工的成本就會(huì)提高，需要加工的時(shí)間也會(huì)增加。理論上是越小的螺距越好，但是考慮到實(shí)際條件的限制，需要選擇合適螺距的種植體。這里選擇螺距為0.5mm，螺紋深度為0.35mm，旋轉(zhuǎn)角度為60°的螺紋。

1.3)在三維軟件里對(duì)尾端進(jìn)行多孔模型的建立，主要從孔的截面形狀、孔徑、孔隙率及孔的分布規(guī)律去考慮

將設(shè)計(jì)好的種植體輸出iges格式的文件。

步驟2、模擬仿真分析

采用有限元前處理軟件，如Altair公司的Hypermesh軟件，將植入體初始結(jié)構(gòu)的皮質(zhì)骨模型、松質(zhì)骨模型及固定單元以IGES格式導(dǎo)入Hypermesh，對(duì)其完成網(wǎng)格劃分后，設(shè)置相應(yīng)的骨材料屬性(包括楊氏模量和泊松比)及邊界條件，設(shè)定分析步，施加相應(yīng)的力學(xué)加載，完成有限元模型的建立。

步驟3、3D打印

選擇性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技術(shù)是20世紀(jì)90年代中期出現(xiàn)的一種新型的快速成型(Rapid Prototyping,RP)技術(shù)。它具有成型工藝簡(jiǎn)單、材料利用率高、適用性廣和成型效率高等優(yōu)點(diǎn),因而受到了廣泛的關(guān)注。它能直接成型出接近完全致密度的金屬零件。可控的多孔結(jié)構(gòu)無法通過機(jī)加工實(shí)現(xiàn)。3D打印技術(shù)恰好可以解決這個(gè)問題。

通過SLM技術(shù)工藝直接成形Ti6Al4V合金醫(yī)用制件，使用平均粒徑為70微米的Ti6Al4V合金粉末,激光功率閾值為126W，激光掃描速度為300mm/s，描間距為0.06mm，粉末層厚度為0.035mm進(jìn)行加工將步驟1)設(shè)計(jì)的種植體打印出來，并去除種植體孔隙內(nèi)部殘留的粉末；

3D打印的過程如下：

根據(jù)成型件三維CAD模型的分層切片信息，掃描系統(tǒng)控制激光束作用于待成型區(qū)域內(nèi)的粉末；

一層掃描完畢后，活塞缸內(nèi)的活塞會(huì)下降一個(gè)層厚的距離；接著送粉系統(tǒng)輸送粉末，鋪粉系統(tǒng)的輥?zhàn)愉佌挂粚雍竦姆勰┏练e于已成型層之上；

然后，重復(fù)上述2個(gè)成型過程，直至所有三維CAD模型的切片層全部掃描完畢，這樣，三維CAD模型通過逐層累積方式直接成型。

步驟4、后處理

多孔牙種植體燒結(jié)完成后，將種植體放置在真空室中的粉體堆里緩慢冷卻至室溫，去除沾粘在牙種植體上的多余粉體。

更進(jìn)一步，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70％的乙醇超聲震蕩去除種植體孔隙內(nèi)部殘留粉末。

采用去應(yīng)力退火工藝消除制件中的殘余應(yīng)力，使制件在水平方向上和垂直方式上的抗拉強(qiáng)度都有所提高

步驟5、體外培養(yǎng)及植入

將個(gè)性化植入體添加營(yíng)養(yǎng)成分、生長(zhǎng)因子及骨細(xì)胞后，在培養(yǎng)液中培養(yǎng)，使其生物活化。