本發(fā)明涉及牙體種植修復技術領域，尤其是一種多段式通孔多孔牙種植體。

背景技術：

牙齒缺失會給人們的生活帶來不便，假牙的修復已經(jīng)無法滿足人們的需求。近年來，種植牙技術的發(fā)展成功的為我們解決了這個問題。種植牙是根據(jù)天然牙做成的仿生牙。主要分成承擔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。一個成功的種植牙，應該使得植體與下頜骨可以形成完全骨結合，具有良好的生物相容性。為了促進種植體與牙槽骨的結合，具有粗糙表面的牙種植體得到了廣泛應用，動物實驗與臨床實踐研究表面，與光滑表面相比，粗糙表面能增加骨結合表面積，且有利于種植體與牙槽骨的結合。但是，具有粗糙表面的種植體與牙槽骨的結合強度遠未達到理想的臨床效果，如何進一步增加種植體與牙槽骨的結合強度，提高種植體的遠期有效性，提升種植手術的成功率，是函待解決的問題。

早期的骨結合能力決定了種植體的壽命。目前市場上使用的種植牙大多是普通的實體鈦合金種植體，牙槽的成骨細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，不利于早期的骨結合。對于骨量不足的患者，治療起來更加困難；同時鈦合金的彈性模量遠遠高于人體牙槽骨組織，這會引起“應力遮擋效應”。長期使用下去，種植體周圍骨組織幾乎不承受力從而萎縮，導致植體極易松動甚至斷裂。種植體固定不變的的彈性模量還會造成其力學結構性能差。通過引入多孔結構可增大種植體的表面積，提高機械鎖合力，有利于植入物與骨組織的結合。目前已有設計是在螺紋間增加孔隙結構來實現(xiàn)，但孔隙結構與螺紋在一起更加容易造成應力集中從而破壞植體。同時，不同螺紋對應力集中影響不一樣?？紫督Y構分布在螺紋之間，孔隙結構的可調(diào)性變差。

牙種植體的設計需要滿足以下要求:

(1)設計的多孔種植體應盡量避免應力集中造成種植體的破壞；

(2)多孔結構能夠滿足種植體個性化的外部形狀，多孔結構是通孔，可以通過改變孔隙結構參數(shù)實現(xiàn)內(nèi)部孔隙的可控，實現(xiàn)結構性能參數(shù)的可控；

(3)設計的多孔結構需符合3D打印(增材制造技術)的工藝要求，通過增材制造能夠滿足生物和力學性能的要求，需要有足夠的剛度和強度保證其被植入牙槽骨內(nèi)后不會發(fā)生變形破壞，同時也要保證其彈性模量跟自然骨的彈性模量基本相當，避免產(chǎn)生應力屏蔽；

(4)多孔結構從外到內(nèi)呈梯度變化，可以促進骨細胞進入多孔內(nèi)生長；

(5)多孔結構增加了表面積，有利于成骨細胞與植體接觸并促進生長，提高早期的骨結合能力。

現(xiàn)在市場上使用的大多為普通的實心種植體。可控的多孔種植體很難通過傳統(tǒng)的機械加工實現(xiàn)。同時，因為接觸面積小，牙種植體與牙槽骨結合強度不佳，種植體植入后至修復手術之間需要3-6個月漫長的骨生長愈合期。

技術實現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

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心結構，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構段，所述多孔結構段位于所述螺紋段的下部，所述多孔結構段中，從下到上依次采用孔徑增大的多孔結構；所述多孔結構采用橫向通孔方式，每種孔徑的橫向通孔呈放射狀，各個橫向通孔沿著圓周分布。

進一步，一種孔徑的橫向通孔與相鄰上下孔徑的橫向通孔錯位布置。

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。當然，也可以是其他形狀。

再進一步，所述孔徑自下而上采用梯度分布，范圍在100～500微米。

更進一步，所述多孔結構中，單個橫向通孔穿過多孔結構段的豎向中心線，各個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由小連續(xù)變大。

所述多孔結構段的下端設有用于增加植體銳性的倒角。

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

所述穿齦段中，直徑為4mm，長度為0.15L，L是種植體長度；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°；所述多孔結構段中，長度為0.45L，直徑為3.3mm，植體底端倒斜角45°，距離0.5～1mm。

本發(fā)明的技術構思為：應力集中主要集中在頸部，上端采用光滑實心結構，可以有效避免應力集中效應；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構，既避免了應力集中效應，同時多孔結構增大了接觸面積，有利于成骨細胞的分化和生長，提升了種植體與骨組織的結合速率，這樣三段式的分布使得應力均勻分布；多孔結構為通孔，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分布，交錯角度為30°(可以更好的避免應力集中，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，在有些孔出現(xiàn)堵塞的情況下，細胞可以通過交匯點進入別的孔內(nèi)，增加了骨組織長入孔內(nèi)的概率，骨組織長入更多，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胞進入且不會造成堵塞，小孔徑有利于細胞增殖生長，可以使得骨組織以最快的速度長得最深，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合，以縮短手術愈合期、促進骨結合、增加骨結合強度，提高牙種植體的遠期有效性，提升種植手術的成功率，提高了植體壽命；同時，孔隙結構與螺紋分開設計，能更加靈活的根據(jù)患者的骨質(zhì)情況進行個性化設計定制，而不受螺紋的影響，孔隙結構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“應力遮擋效應”。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：有效提高結合強度、提升結合速度、易于實現(xiàn)多孔結構。

附圖說明

圖1是一種多段式通孔多孔牙種植體的結構圖。

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構圖。

圖5是穿齦段的俯視圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。

參照圖1～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心結構，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構段，所述多孔結構段位于所述螺紋段的下部，所述多孔結構段中，從下到上依次采用孔徑增大的多孔結構；所述多孔結構采用橫向通孔方式，每種孔徑的橫向通孔呈放射狀，各個橫向通孔沿著圓周分布。

進一步，一種孔徑的橫向通孔與相鄰上下孔徑的橫向通孔錯位布置。

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。當然，也可以是其他形狀。

再進一步，所述孔徑自下而上采用梯度分布，范圍在100～500微米。

更進一步，所述多孔結構中，單個橫向通孔穿過多孔結構段的豎向中心線，各個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由小連續(xù)變大。

所述多孔結構段的下端設有用于增加植體銳性的倒角。

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

所述穿齦段中，直徑為4mm，長度為0.15L，L是種植體長度；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°；所述多孔結構段中，長度為0.45L，直徑為3.3mm，植體底端倒斜角45°，距離0.5～1mm。

本實施例中，皮質(zhì)骨與種植體結合處和種植體底部與松質(zhì)骨結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、螺紋段和多孔結構段。

種植體系統(tǒng)與骨組織界面最大應力集中在種植體上部與皮質(zhì)骨結合區(qū)域，所述穿齦段為植體上端，該段屬于應力集中部分，設置螺紋和孔隙結構會造成應力集中，故選用光滑實心部分，直徑為4mm，長度為0.15L，L是種植體長度；

在外表面設計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，減少應力集中，使得應力分布均勻。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-骨界面的應力分布。將螺紋段單獨設計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，也提高了機械自鎖的作用。因此，較小的螺距更能提高種植體力學性能。雖然螺距越小對種植牙越是有利的，但是，越小的螺距就越難加工，加工的成本就會提高，需要加工的時間也會增加。理論上是越小的螺距越好，但是考慮到實際條件的限制，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°，螺紋段長度為0.4L，采用反支撐螺紋，上面與下面夾角為15°～45°。

尾端設置成多孔段，長度為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。采用通孔結構，相比較盲孔而言，增大接觸面積，可以更好的促進成骨細胞的分化和生長。同時可以降低彈性模量，使得其盡量與骨組織相匹配，避免“應力屏蔽效應”。同時種植體底部與松質(zhì)骨結合處應力較為集中，靠近底端采用小孔徑可以盡量避免應力集中破壞。多孔結構為通孔，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分布，交錯角度為30°(可以更好的避免應力集中，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，在有些孔出現(xiàn)堵塞的情況下，細胞可以通過交匯點進入別的孔內(nèi)，增加了骨組織長入孔內(nèi)的概率，骨組織長入更多，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。大孔徑細胞滲透率高，小孔徑有利于細胞生長?？讖綇耐庥蓛?nèi)減小到100微米，大小孔徑相結合，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胞附著和增殖分化，可以使得更多的骨組織更深的進入孔結構，植體更快的與骨相結合，且更加牢固，壽命更長。多孔結構中單個孔截面積采用菱形。相比較正方形和圓形，菱形孔更有利于細胞生長。底端單獨采用多孔結構，可以根據(jù)患者骨質(zhì)情況個性化制造。通過改變孔徑、孔隙率等實現(xiàn)結構性能參數(shù)的可控，而不需要考慮螺紋的影響。

基臺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旋轉(zhuǎn)松動導致破壞。同時，六邊形增設弧形凸起部分，有二級抗旋轉(zhuǎn)的作用。植體頸部應力集中，這種設計可以，在抗旋轉(zhuǎn)的同時起著起到降低集中應力的保護作用。底部圓可以在定位的同時，可以有更多高度的基臺來選擇。六角螺母的對角線長為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、三維模型的設計和建立

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)在三維軟件里對中間段進行螺紋的設計，設計出基于一定參數(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，也提高了機械自鎖的作用。因此，較小的螺距更能提高種植體力學性能。但是，越小的螺距就越難加工，加工的成本就會提高，需要加工的時間也會增加。理論上是越小的螺距越好，但是考慮到實際條件的限制，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)在三維軟件里對尾端進行多孔模型的建立，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

將設計好的種植體輸出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，將植入體初始結構的皮質(zhì)骨模型、松質(zhì)骨模型及固定單元以IGES格式導入Hypermesh，對其完成網(wǎng)格劃分后，設置相應的骨材料屬性(包括楊氏模量和泊松比)及邊界條件，設定分析步，施加相應的力學加載，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)技術是20世紀90年代中期出現(xiàn)的一種新型的快速成型(Rapid Prototyping,RP)技術。它具有成型工藝簡單、材料利用率高、適用性廣和成型效率高等優(yōu)點,因而受到了廣泛的關注。它能直接成型出接近完全致密度的金屬零件?？煽氐亩嗫捉Y構無法通過機加工實現(xiàn)。3D打印技術恰好可以解決這個問題。

通過SLM技術工藝直接成形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進行加工將步驟1)設計的種植體打印出來，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)的活塞會下降一個層厚的距離；接著送粉系統(tǒng)輸送粉末，鋪粉系統(tǒng)的輥子鋪展一層厚的粉末沉積于已成型層之上；

然后，重復上述2個成型過程，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。

更進一步，用質(zhì)量分數(shù)為70％的乙醇超聲震蕩去除種植體孔隙內(nèi)部殘留粉末。

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

步驟5、體外培養(yǎng)及植入

將個性化植入體添加營養(yǎng)成分、生長因子及骨細胞后，在培養(yǎng)液中培養(yǎng)，使其生物活化。