[發明專利]局部可控多孔結構人工關節假體的制備方法

無效

• 申請號: 200810039563.6
• 申請日: 2008-06-26
• 公開（公告）號: CN101301230A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 李祥;王成燾
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61F2/30
• 分類號: A61F2/30;G06F17/50;B22F3/16;A61L27/06;A61L27/04
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種醫療器械技術領域的人工關節及其制備方法，具體涉及一種局部可控多孔結構人工關節假體的制備方法。

背景技術

人工關節置換就是對因疾病或腫瘤造成的關節破壞進行修復，解除關節疼痛、畸形和功能障礙，重建一個功能接近正常的關節。目前，人工關節置換術，特別是人工髖關節和人工膝關節置換術，被認為是效果非常肯定的治療方法。由于假體長期植入體內，理想的假體材料應該具有足夠的強度、韌性和抗疲勞、抗磨損，同時應具有良好的生物相容性，無毒副作用。目前，人工假體柄使用的主要材料均為金屬材料，包括不銹鋼、鈷鉻合金、鈦及其合金。這些金屬材料都具有良好的力學性能，植入人體后，能夠滿足患者日常行為活動過程中受力的要求。其中，由于鈦及其合金不但具有良好的生物力學性能，而且具備良好的生物相容性，因此使用最為廣泛。20世紀70年代末，假體生物學固定興起，主要是利用骨長入假體表面微孔，從而達到牢固固定。在假體的表面制作多孔結構，為細胞、組織的長入提供空間，促進新生組織與假體的長合，實現生物固定，是近幾年國內外研究的一個熱點。研究表明，假體表面的孔隙結構直接影響著組織的長入和新骨的形成。合適的孔隙結構(包括孔的尺寸、形狀、分布、空間走向和相互連通性)有利于新骨組織的形成和再血管化。

目前，在假體表面制造多孔結構的主要方法有燒結和等離子噴涂技術。其中，等離子噴涂技術是目前普遍采用的一種在假體表面的局部制備多孔結構的方法。這一技術是采用等離子弧作為熱源，將金屬材料加熱到熔融或半熔融狀態，并以高速噴向經過預處理的工件表面而形成附著牢固的表面層的方法，屬于高溫熱處理技術。在向假體表面噴涂金屬粉末的過程中，由于高溫的作用，假體本身的力學性能就會受到影響，導致假體力學性能的降低，置換到人體后容易發生斷裂。而且，所制備的孔隙十分不規則，無法保證孔隙之間的相互連通性。因此，在不降低假體本身力學性能的前提下，構建假體表面局部規則的、相互連通的孔隙結構，為細胞、組織的長入提供空間，促進新生組織與假體的長合，具有重要的工程意義和臨床應用價值。

經對現有技術文獻的檢索發現，申請號：200610046258.0，公開號：CN101049516名稱：《一種生物醫用多孔鈦植入體及其制備方法》，該發明公開的是一種生物醫用多孔鈦植入體和以鈦絲或鈦合金絲制備生物醫用多孔鈦植入體方法，這種方法只能制作外形簡單的多孔植入體，很難制造出形狀復雜的人體關節外形，而且所制造的多孔植入體最大承載能力只有300MPa，與目前臨床上使用鈦金屬假體的強度相差甚遠，植入人體后容易出現斷裂。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種局部可控多孔結構人工關節假體的制備方法，使其克服現有制備人工關節假體表面多孔結構過程中損傷假體本身力學性能的不足，構建可控的孔隙結構，為細胞、組織的長入提供合適的空間結構，促進新生組織與關節假體的長合，實現假體的生物固定。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括如下步驟：

第一步，根據有利于細胞、組織長入的原則，利用商業化CAD軟件，如：Unigraphix、Pro/E、Catia等，設計多孔結構體，其孔隙尺寸設計為200-1000μm，孔隙率設計為50％-90％，孔隙之間完全相互連通，所設計的多孔結構體CAD數據存儲為STL文件格式；

第二步，將上述多孔結構體CAD模型輸入到快速成形系統，該系統主要用于控制電子束的掃描路徑，利用該系統中的Materialise’s?Magics軟件對CAD數據進行分層切片處理，獲取多孔結構體的二維信息數據，并進行快速成形制造；

所述快速成形制造，具體為：送粉機構將粉體材料，如：鈦及其合金粉末、鈷鉻鉬合金粉，送至預定區域，由鋪粉機構將粉體鋪平并壓實，然后，電子束在計算機控制下按照所獲得的二維信息數據進行掃描，熔化燒結粉體材料，然后再送粉、鋪粉、熔化燒結粉體，重復此過程，直到形成整個試件，制造好的試件放置在真空室中的粉體堆里慢慢冷卻，取出，進一步冷卻至室溫后去除沾粘在試件上的多余粉體。

所述冷卻，是指溫度降至150℃。

所述快速成形制造，其基本工藝參數如下：加工層厚0.1mm，掃描速度300m/s，電子束功率4kW，真空度為5×10^-4mBar。

快速成形技術是現有的一種先進制造技術。此步驟中的工藝參數沒有具體要求，按照快速成形設備默認的參數進行制造?？焖俪尚蜗到y是一個控制系統，主要是用于對CAD數據進行分層切片處理和控制電子束掃描路徑。