[發明專利]一種可變模量的個性化股骨柄假體及制造方法

在審

• 申請號: 201810207419.2
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108294849A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 宋長輝;萬佳勇;楊永強;王昆;朱蕾;何容涵
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: A61F2/36
• 分類號: A61F2/36
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種可變模量的個性化股骨柄假體，其特征在于，包括股骨柄頭部、頸部和仿髓腔體，所述仿髓腔體外部與骨髓腔匹配，內部設有拓撲優化的空間主體架構以及填充空間結構的多孔結構，所述可變模量的個性化股骨柄假體通過激光選區熔化方式制備，假體消毒后，填充誘導骨長入可降解羥基復合材料；

根據患者CT/MRI醫學影像數據，利用影像灰度值區分進行遮掩，遮掩部分疊層形成三維股骨近端模型，對股骨近端受力分析與骨質分析完成后，設計股骨柄頭部、并結合根據醫學影像重建三維模型設計頸部；

利用醫學影像重建三維模型，通過布爾運算設計股骨柄仿髓腔體，并根據仿髓腔體受力分析，拓撲優化設計仿髓腔體的空間主體架構；

根據空間主體架構與骨髓腔接觸部分不同區域的骨質情況，設計與其彈性模量匹配的多孔結構，并填充對應空間主體架構區域。

在植入前，仿髓腔體中的多孔結構內部可填充羥基磷灰石生物材料以及相應的藥物緩釋生物材料，促進防止感染同時促進骨細胞長入。

2.根據權利要求1所述可變模量的個性化股骨柄假體，其特征在于，所述股骨柄整體空間架構是在個性化股骨柄實體模型上，經過受力拓撲優化獲得的空間復雜的主體架構。

3.根據權利要求1所述可變模量的個性化股骨柄假體，其特征在于，所述股骨柄為生物型，采用可變模量的自由貫通多孔結構形成與患者髓腔相匹配的個性化股骨柄外形。

4.根據權利要求1所述可變模量的個性化股骨柄假體，其特征在于，所述主體架構截面最長長度100μm-1000μm，孔隙100μm-1000μm。

5.根據權利要求1所述可變模量的個性化股骨柄假體，其特征在于，多孔結構呈現可連續變化，股骨柄假體近端至股骨遠端的多孔結構最小尺寸單元是先逐漸遞減再逐漸遞增，股骨柄假體近端和遠端內側至外側的多孔結構最小尺寸單元從逐漸遞增的趨勢。

6.根據權利要求1-5中任一項所述可變模量的個性化股骨柄假體的制造方法，其特征在于，包括下述步驟：

S1、根據患者CT/MRI醫學影像數據，利用影像灰度值區分進行遮掩，遮掩部分疊層形成三維股骨近端模型，對股骨近端受力分析與骨質分析完成后，設計股骨柄頭部、并結合根據醫學影像重建三維模型設計頸部；

S2、利用醫學影像重建三維模型，通過布爾運算設計股骨柄仿髓腔體，并根據仿髓腔體受力分析，拓撲優化設計仿髓腔體的空間主體架構；

S3、根據空間主體架構與骨髓腔接觸部分不同區域的骨質情況，設計與該區域彈性模量匹配的多孔結構，并填充對應空間主體架構區域；

S4、經過個性化外形設計、主體架構受力優化、多孔結構自由填充步驟的設計，使股骨柄外形與患者骨髓腔個性化匹配；

S5、股骨假體的多孔結構單元尺寸在一定程度上呈雙梯度變化，股骨柄假體內側至外側的多孔結構最小單元尺寸逐漸遞增，股骨柄仿髓腔體填充的多孔結構從股骨柄頸部到末端其最小單元尺寸先逐漸遞減再逐漸遞增；

S6、由可變多孔結構結構填充空間主體結構的仿髓腔體、頸部、頭部三部分組成的個性化股骨柄假體是利用激光選區熔化3D打印來制備的；

S7、在成型前股骨柄假體的CAD模型經過分層，采用輪廓與層間交錯結合的掃描方式，利用激光表面二次掃描方式實現單層打印，最終通過層與層直接冶金結合形成三維實體；

S8、3D打印成型后，先對股骨柄進行清洗消毒，然后在內部填充誘導骨細胞長入、骨接觸可降解的羥基復合材料以及具有防感染藥物緩釋作用的復合材料，封裝消毒備使用。

7.根據權利要求6所述可變模量的個性化股骨柄假體的制造方法，其特征在于，步驟S6中，利用激光選區熔化3D打印制備時所選材料為生物兼容性金屬材料，包括鈦合金、CoCr合金或具有超彈性的NiTi合金。

8.根據權利要求6所述可變模量的個性化股骨柄假體的制造方法，其特征在于，步驟S8中，填充羥基磷灰石生物材料以及相應的藥物緩釋生物材料。