專利名稱：激光加工裝置、骨骼的接合方法、植入材料、植入材料制造方法以及植入材料制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使骨骼和植入材料接合的激光加工裝置、骨骼 的接合方法、植入材料、植入材料制造方法以及植入材料制造裝置。
背景技術(shù)：
近年來，不斷針對(duì)骨骼(骨骼組織)與作為生物材料的陶瓷或 復(fù)合材料等植入材料接合的技術(shù)(外科手術(shù)用裝置等)進(jìn)行開發(fā)。在 這種植入材料和骨骼的接合中，植入材料和骨骼在接合中即使彼此的 位置關(guān)系產(chǎn)生微小的偏差的情況下，該接合完成也會(huì)大幅度延遲。另 夕卜，在沒有注意到微小的偏差而繼續(xù)進(jìn)行植入材料和骨骼之間的接合 的情況下，最終將以存在偏差的狀態(tài)完成結(jié)合。在現(xiàn)有技術(shù)中，利用 堅(jiān)固且重量較大的固定用夾具對(duì)該結(jié)合位置進(jìn)行固定，以使上述相互 位置關(guān)系不會(huì)產(chǎn)生微小的偏差，因此在進(jìn)行植入材料和骨骼的接合時(shí) 花費(fèi)工夫。并且，由于為了增加植入材料與骨骼接合的強(qiáng)度，使用鈦等金 屬制結(jié)合螺栓，并在使植入材料與骨骼完全結(jié)合后撤去螺栓，因此植 入材料和骨骼的接合需要大量時(shí)間，在對(duì)患部進(jìn)行治療等時(shí)花費(fèi)大量 時(shí)間。因此，期望使骨骼和植入材料在短時(shí)間內(nèi)容易地進(jìn)行接合。此前，為了促進(jìn)骨骼接合，使植入材料(外科用移植材料)相 對(duì)于骨骼的位置穩(wěn)定化，從而在植入材料上使用紋理加工表面，使骨 骼組織和植入材料在短時(shí)間內(nèi)結(jié)合。例如，在由固定在患者的大腿骨 內(nèi)的大腿骨副集合體及安置在患者的胯臼內(nèi)的胯臼副集合體構(gòu)成的 人工臀部中，大腿骨副集合體包括例如設(shè)置有紋理加工表面的人工骨 干，胯臼副集合體包括例如設(shè)置有紋理加工表面的人工關(guān)節(jié)窩。上述紋理加工表面是為了促進(jìn)骨骼生長(zhǎng)而設(shè)置的，但在骨骼和植入材料結(jié)合之前，需要(1)定位、(2)通過石膏進(jìn)行固定、(3) 骨骼生長(zhǎng)這3個(gè)工序，直至完全愈合的固定(接合)為止需要數(shù)月的 時(shí)間。例如，在專利文獻(xiàn)1的激光加工方法中，提供使植入材料和骨 骼之間容易進(jìn)行"刮擦嵌合"的包含內(nèi)凹部(undercut)及相互結(jié)合凹 部的表面，使植入材料和骨骼的接合時(shí)間縮短，且接合穩(wěn)定。另外，在專利文獻(xiàn)2的激光加工方法中，產(chǎn)生具有可以被氫氧 化磷灰石較強(qiáng)地吸收的波長(zhǎng)的激光，切斷牙齒組織。另外，在專利文 獻(xiàn)3的激光加工方法中，產(chǎn)生具有可以被羥基磷灰石較強(qiáng)地吸收的波 長(zhǎng)的激光，切除包括牙齒的琺瑯質(zhì)、牙質(zhì)及骨骼在內(nèi)的無機(jī)質(zhì)化生理 組織。另外，在專利文獻(xiàn)4記載的激光加工方法中，利用具有與牙齒 的琺瑯質(zhì)及牙質(zhì)對(duì)應(yīng)的2.0至3.(Him的波長(zhǎng)的激光，去除牙齒的琺瑯 質(zhì)或牙質(zhì)。另外，在專利文獻(xiàn)5記載的激光加工方法中，使用具有 9.6pm的發(fā)射波長(zhǎng)的激光，對(duì)骨物質(zhì)、牙齒的硬物質(zhì)以及動(dòng)脈硬化性 沉著進(jìn)行剝離。另外，迄今為止，作為可以容易地與骨骼進(jìn)行牢固的接合的植 入材料的研究，對(duì)促進(jìn)骨骼接合，使植入材料相對(duì)于骨骼的位置穩(wěn)定 化的技術(shù)不斷地進(jìn)行研究。例如，多孔型生物材料被認(rèn)為具有細(xì)胞浸 潤(rùn)性優(yōu)異的特性，與其相關(guān)的技術(shù)的研究正在積極地進(jìn)行。在現(xiàn)有的與多孔型生物材料相關(guān)的研究中，存在無法保持陶瓷 原有剛性的與海綿狀構(gòu)造體相關(guān)的研究，以及制造工序復(fù)雜且品質(zhì)波 動(dòng)大的將多孔相與基材接合的研究。另外，存在所生成的孔的尺寸難 以控制的與噴鍍磷灰石粉末相關(guān)的研究，以及僅在陶瓷的表面生成凹 凸、并未涉及內(nèi)側(cè)構(gòu)造的研究。另外，在現(xiàn)有的激光加工方法中，進(jìn) 行植入材料等的去除加工，但沒有進(jìn)行任何與表面改性相關(guān)的研究。例如，在專利文獻(xiàn)6中公開了將碳酸磷灰石設(shè)定為呈海綿狀的 多孔質(zhì)或超多孔質(zhì)，使其與骨膠原復(fù)合化的技術(shù)。另外，在專利文獻(xiàn) 7中公開了將具有羥基磷灰石和凝膠狀骨膠原的海綿體作為整形外 科用骨骼填補(bǔ)材料使用的技術(shù)。另外，在專利文獻(xiàn)8、 9中公開了在骨骼填補(bǔ)材料的設(shè)計(jì)中，使基材整體具有多孔性的技術(shù)。另外，在專利文獻(xiàn)10中公開了在由單獨(dú)的工序生成致密基體和 多孔質(zhì)基體后，將它們?cè)诮佑|的狀態(tài)下進(jìn)行干燥并燒結(jié)的技術(shù)。另外， 在專利文獻(xiàn)11中公開了將磷灰石粉末混合并分散在玻璃層中，燒結(jié) 后利用蝕刻使空孔露出的技術(shù)。另外，在專利文獻(xiàn)12中公開了使用 等離子弧將羥基磷灰石或者磷酸三鈣的粉末熔敷在基材表面上的技 術(shù)。專利文獻(xiàn)1:特開2002 —301091號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:特開平4一53550號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3:特開平4一300535號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4:特開平2 —504478號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5-特開昭62 —502170號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6:特開2003 — 169845號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)7:美國(guó)專利第5071436號(hào)說明書專利文獻(xiàn)8:美國(guó)專利第5776193號(hào)說明書專利文獻(xiàn)9:美國(guó)專利第6187047號(hào)說明書專利文獻(xiàn)10:特開昭64—37475號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)11:特開平6 — 7425號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)12:特開昭64—52471號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容但是，在上述第1個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中，雖然可以促進(jìn)骨骼生長(zhǎng)，但 存在無法使骨骼和植入材料在短時(shí)間內(nèi)容易地進(jìn)行固定(接合)的問 題。另外，在上述第2個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中，由于產(chǎn)生具有被氫氧化磷灰 石較強(qiáng)地吸收的波長(zhǎng)的激光而切斷牙齒組織，所以存在無法容易地在 短時(shí)間內(nèi)對(duì)其他物質(zhì)進(jìn)行切斷或接合的問題。另外，在上述第3及第4個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中，可以切斷并去除無機(jī) 質(zhì)化生理組織，但存在無法處理牙齒和植入材料的開孔或接合的問 題。另外，在上述第5個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中存在如下問題，在對(duì)骨物質(zhì)等 進(jìn)行去除加工后，無法容易地進(jìn)行骨骼和植入材料的接合，無法使骨 骼和植入材料之間在短時(shí)間內(nèi)容易地進(jìn)行接合。
另外，在上述第1個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中，由于僅在植入材料的與骨骼 的接合面上提供凹凸部，所以組織基本不會(huì)浸潤(rùn)浸透至植入材料內(nèi) 部。因此，存在無法使植入材料和骨骼之間在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行牢固的接 合的問題。
另外，上述第5個(gè)現(xiàn)有技術(shù)與硬物質(zhì)以及動(dòng)脈硬化性沉著的去
除加工相關(guān)，基本不會(huì)產(chǎn)生組織向植入材料的浸潤(rùn)浸透。因此，存在 無法使植入材料和骨骼之間在短時(shí)間內(nèi)牢固地進(jìn)行接合的問題。
另外，在上述第6 第9個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中，指出了細(xì)胞浸潤(rùn)性優(yōu)異 的磷灰石的構(gòu)造要素即氣泡的重要性，但磷灰石材料整體為具有相同 的氣泡比例及相同的晶體構(gòu)造的材料。因此，由氣泡比例大的材料、 海綿狀的材料、多孔型材料等成型的生物部件，在用于施加較強(qiáng)應(yīng)力 的部分上的情況下，有可能破損。因此，存在上述生物部件只能應(yīng)用 在施加比較小的應(yīng)力的部分上的問題。另外，存在上述生物部件制造 工序復(fù)雜，品質(zhì)管理困難的問題。
另外，在上述第10 第12個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中，由于通過單獨(dú)的工序 制造表面改性部分的材料和基材，同時(shí)在上述制造工序之外，需要使 表面改性部分的材料與基材接合的工序，因此存在工序變得復(fù)雜的問 題。因此，存在品質(zhì)管理復(fù)雜，完成品的尺寸精度惡化的問題。
本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于獲得一種使骨 骼和植入材料之間在短時(shí)間內(nèi)容易地接合的激光加工裝置以及骨骼 的接合方法。
另外，其目的在于獲得一種可以使骨骼和植入材料之間在短時(shí) 間內(nèi)容易地進(jìn)行接合的植入材料、植入材料制造方法、骨骼的接合方 法以及植入材料制造裝置。
為了解決上述課題，實(shí)現(xiàn)目的，本發(fā)明提供一種使骨骼和植入 材料接合的骨骼的接合方法，其特征在于，包括接合步驟，在該步驟 中，將激光照射在上述骨骼與植入材料的接合位置上而使上述骨骼和植入材料接合。
發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，由于將激光照射在骨骼和植入材料的接合位置上 而使骨骼和植入材料接合，所以具有可以使骨骼和植入材料在短時(shí)間 內(nèi)容易地進(jìn)行接合的效果。


圖1是表示實(shí)施方式所涉及的激光加工裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2是表示將激光照射在骨骼上而實(shí)施開孔的情況下的處理結(jié) 果的圖。
圖3是表示將激光照射在植入材料上，使其熔融的情況下的處 理結(jié)果的圖。
圖4是用于說明向骨骼與植入材料的邊界部分進(jìn)行激光照射的 情況下的接合處理的圖。
圖5是用于說明從下部為植入材料、上部為骨骼的被加工物的 上部進(jìn)行激光照射的情況下的接合處理的圖。
圖6是用于說明從下部為骨骼、上部為植入材料的被加工物的 上部進(jìn)行激光照射的情況下的接合處理的圖。
圖7是用于說明厚板的骨骼與植入材料的接合處理的圖。
圖8是表示將薄板的骨骼與植入材料接合后的情況下的圖像的圖。
圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的磷灰石的構(gòu)造的圖。 圖IO是表示發(fā)泡層的構(gòu)成成分的分析結(jié)果的一個(gè)例子的圖。 圖ll是用于說明向骨骼的缺損部填充植入材料而制造磷灰石的 步驟的圖。
圖12是表示通過圖11所示的步驟制造的磷灰石的圖像的圖。 圖13是用于說明將骨骼配置在植入材料的上表面而制造磷灰石 的步驟的圖。
圖14是表示用于使磷灰石表面層熔融的加工條件的一個(gè)例子的圖。
符號(hào)的說明
1激光加工裝置
10激光照射部
21能級(jí)控制部
22激光切換控制部
23焦點(diǎn)位置控制部
30加工條件確定部
41亮度檢測(cè)部
42時(shí)間測(cè)量部
51骨骼
52植入材料
100發(fā)泡層
101磷灰石
150邊界部
200基材
具體實(shí)施例方式
下面，根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明所涉及的激光加工裝置、骨骼 的接合方法、植入材料、植入材料制造方法以及植入材料制造裝置的 實(shí)施方式。此外，本發(fā)明不限定于本實(shí)施方式。
實(shí)施方式1
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的激光加工裝置的結(jié)構(gòu)的 框圖。激光加工裝置1具有激光照射部10、能級(jí)控制部21、激光切 換控制部22、焦點(diǎn)位置控制部23、加工條件確定部30、亮度檢測(cè)部 41、以及時(shí)間測(cè)量部42。
此外，這里的能級(jí)控制部21、激光切換控制部22、焦點(diǎn)位置控 制部23相當(dāng)于權(quán)利要求書中記載的控制部，這里的亮度檢測(cè)部41、 時(shí)間測(cè)量部42相當(dāng)于權(quán)利要求書中記載的加工狀態(tài)檢測(cè)部。另外，由于與作業(yè)人員的熟練度對(duì)應(yīng)，亮度檢測(cè)可以通過熟練的作業(yè)人員的 視覺判斷進(jìn)行處理，所以也可以使用不具有亮度檢測(cè)部41的裝置。
激光加工裝置1用于在植入材料(人工骨骼或人工牙根)和骨 骼(牙齒)的接合工序(結(jié)合工序)中，基于規(guī)定的控制將激光照射 在植入材料及骨骼上，以使得在充分促進(jìn)了骨骼生長(zhǎng)之前的期間及此 后，牢固地保持植入材料與骨骼的接合位置關(guān)系。這里的激光加工裝 置1，將激光照射在植入材料及骨骼上而對(duì)植入材料及骨骼進(jìn)行開 孔，同時(shí)進(jìn)行植入材料和骨骼的接合。
激光照射部IO將激光照射在植入材料及骨骼等被加工物上。激
光照射部10與能級(jí)控制部21、激光切換控制部22、焦點(diǎn)位置控制部 23連接，基于能級(jí)控制部21、激光切換控制部22、焦點(diǎn)位置控制部 23的控制，以規(guī)定的加工條件對(duì)植入材料及骨骼進(jìn)行激光照射。
激光切換控制部22基于來自加工條件確定部30的指示，對(duì)激 光照射部10向被加工物照射的激光的種類進(jìn)行切換。激光切換控制 部22從例如C02激光、YAG (Yttrium Aluminium Garnet)激光、CO 激光、UV (Ultra Violet rays) — YAG激光、綠光激光、準(zhǔn)分子激光 等中選擇1種激光，切換由激光照射部10向被加工物照射的激光的 種類。
焦點(diǎn)位置控制部23基于來自加工條件確定部30的指示，對(duì)激 光照射部10向被加工物照射的激光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行控制。能級(jí)控制 部21基于來自加工條件確定部30的指示，對(duì)激光照射部10向被加 工物照射的激光的能級(jí)進(jìn)行控制。
加工條件確定部30向能級(jí)控制部21、激光切換控制部22、焦 點(diǎn)位置控制部23發(fā)送指示，從而以規(guī)定的加工條件向植入材料及骨 骼進(jìn)行激光照射。加工條件確定部30將與向被加工物照射的激光的 能級(jí)相關(guān)的指示發(fā)送至能級(jí)控制部21，將與向被加工物上照射的激 光的種類相關(guān)的指示發(fā)送至激光切換控制部22，將與向被加工物上 照射的激光的焦點(diǎn)位置相關(guān)的指示發(fā)送至焦點(diǎn)位置控制部23。
加工條件確定部30基于從亮度檢測(cè)部41接收到的被加工物的 亮度、以及從時(shí)間測(cè)量部42接收到的測(cè)量時(shí)間(從開始進(jìn)行激光加工算起的時(shí)間等)，確定向植入材料及骨骼進(jìn)行激光照射時(shí)的加工條 件，基于所確定的加工條件，將指示發(fā)送至能級(jí)控制部21、激光切
換控制部22、焦點(diǎn)位置控制部23。
亮度檢測(cè)部41作為被加工物的加工狀態(tài)而檢測(cè)被加工物的亮度 (被加工物的激光照射部位的亮度)，并發(fā)送至加工條件確定部30。 時(shí)間測(cè)量部42作為被加工物的加工狀態(tài)而對(duì)經(jīng)過時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，并 將測(cè)量中的經(jīng)過時(shí)間發(fā)送至加工條件確定部30，上述經(jīng)過時(shí)間包括 開始進(jìn)行激光加工后的經(jīng)過時(shí)間、開始植入材料的開孔后的經(jīng)過時(shí) 間、開始骨骼的開孔后的經(jīng)過時(shí)間、為了使植入材料和骨骼接合而向 接合部分(骨骼和植入材料的結(jié)合部分)照射激一光的情況下的經(jīng)過時(shí) 間等。
此外，對(duì)于這里的植入材料，使用例如鈦或不銹鋼等金屬、松 脂等樹脂、磷灰石陶瓷等生物活性陶瓷、或氧化鋁陶瓷等非活性生物 陶瓷等。此外，也可以使用上述材料之外的材料作為植入材料。
下面，說明激光加工裝置1的具體的激光加工處理。激光加工 裝置1的激光照射部10，例如使用聚光至直徑小于或等于大約 0.3mm、能量密度大于或等于1(^W/cn^的高能量密度的激光。由此， 可以縮小激光的加工區(qū)域(成為局部)，且可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)被加工 物進(jìn)行開孔加工或熔融加工。另外，激光加工裝置1可以通過由加工 條件確定部30選擇(確定)加工條件(激光的輸出條件)，對(duì)使被 加工物熔融的時(shí)間(熔融時(shí)間)、被加工物的熔融范圍進(jìn)行控制。另 外，激光加工裝置1通過由加工條件確定部30選擇加工條件，可以 廣泛地用于對(duì)金屬、樹脂、陶瓷等被加工物進(jìn)行開孔處理或熔融處理。
下面，作為激光加工裝置1的具體的激光加工處理，對(duì)被加工 物的開孔處理進(jìn)行說明。圖2是表示將激光照射在骨骼上而實(shí)施開孔 的情況下的處理結(jié)果的圖。在這里，示出了將C02激光(激光的輸 出為500W)照射在厚度為10mm的骨骼上的情況下的骨骼的上表面。 在圖2中，對(duì)應(yīng)于各個(gè)焦點(diǎn)位置Z，示出了在將照射的激光的光束接 通(進(jìn)行照射)的時(shí)間設(shè)為0.5秒和l.O秒而實(shí)施開孔的情況下的骨 骼的外觀照片(將孔直徑放大后的結(jié)果)。焦點(diǎn)位置Z=0是使焦點(diǎn)落在骨骼表面上的情況，焦點(diǎn)位置z =
5是使焦點(diǎn)從骨骼表面向上方偏移5mm的情況，焦點(diǎn)位置Z=10是
使焦點(diǎn)從骨骼表面向上方偏移10mm的情況。
如圖2所示，隨著焦點(diǎn)位置的偏移量變大，骨骼表面上的激光
的光束直徑變大，能量密度降低。因此，焦點(diǎn)位置靠近上方時(shí)進(jìn)行的加工與焦點(diǎn)位置靠近下方時(shí)進(jìn)行的加工相比，孔直徑變大，但孔深變
小。即，在焦點(diǎn)位置靠近上方時(shí)，隨著光束直徑的增加，孔直徑變大，孔深變小。
—在利用—邀—悉加工裝置l一進(jìn)骼治療的情況下，通過激光加工而實(shí)現(xiàn)對(duì)加工部分的熱影響減少，在縮短治療時(shí)間及抑制對(duì)正常細(xì)胞的不良影響方面非常有效。
在這里，無論在哪種加工條件(焦點(diǎn)位置為0 10mm，光束接通時(shí)間(激光照射時(shí)間)為0.5秒或者1.0秒)下，都可以使孔直徑落在大約0.4mm 1.5mm的范圍內(nèi)而進(jìn)行加工(控制)，將孔周圍產(chǎn)生的熱影響限制在大約0.1 0.3mm的非常小的區(qū)域范圍內(nèi)。
在需要將孔直徑進(jìn)一步擴(kuò)大至比圖2所示的焦點(diǎn)位置為10mm時(shí)的孔直徑更大的情況下，只要將焦點(diǎn)位置設(shè)定在焦點(diǎn)位置為10mm的上方即可。另外，在需要將孔直徑進(jìn)一步縮小至比圖2所示的光束接通時(shí)間為0.5秒時(shí)的孔直徑更小的情況下，只要將光束接通時(shí)間縮短為比0.5秒小即可。
此外，利用激光進(jìn)行的孔加工，隨著加工從被加工物的表面?zhèn)认騼?nèi)部發(fā)展，激光能量在加工中消耗而衰減，因此越靠?jī)?nèi)部孔直徑越小。另外，即使在使用波長(zhǎng)為C02激光的波長(zhǎng)的10分之1、即1.06pm的YAG激光進(jìn)行開孔加工的情況下，也可以與C02激光相同地，進(jìn)行熱影響較小的開孔加工。
另外，在開孔加工中，如果使用激光的波長(zhǎng)處于紫外線區(qū)域的UV — YAG激光或準(zhǔn)分子激光、處于可見光區(qū)域的綠光激光，則由于紫外線光或可見光導(dǎo)致電子激勵(lì)的結(jié)合分解，而成為光化學(xué)加工(消蝕加工)，可以使對(duì)骨骼及植入材料等的熱影響比作為紅外激光的<:02激光或YAG激光更小。另外，如果使用UV—YAG激光、準(zhǔn)分子激光、綠光激光，對(duì)骨骼及植入材料實(shí)施開孔加工，則與作為紅外激光的C02、 YAG激光相比，可以進(jìn)行更微小的開孔加工。S卩，無論所使用的激光的種類(作為紅外激光的C02激光及YAG激光，作為紫外激光的UV — YAG激光、準(zhǔn)分子激光，以及綠光激光)如何，都可以對(duì)骨骼以及植入材料進(jìn)行熱影響小的開孔加工。
此外，開孔處理適用C02激光、YAG激光、準(zhǔn)分子激光、UV一YAG激光等任意一種激光，接合處理適用C02激光及YAG激光等具有紅外波長(zhǎng)的激光。
此外，可以利用激光加工裝置1通過激光進(jìn)行這兩種加工，以連續(xù)進(jìn)行被加工物的開孔加工和接合加工，也可以通過切削等預(yù)先實(shí)施開孔工序，利用該孔來照射用于進(jìn)行接合的激光，以減少開孔的熱影響。
下面，說明由來自激光加工裝置1的激光進(jìn)行的植入材料的接合處理。圖3是表示將激光照射在植入材料上而使其熔融的情況下的處理結(jié)果的圖。在這里，示出了植入材料為一種陶瓷即磷灰石的情況下的植入材料的上表面以及剖面的一個(gè)例子(在各種熱循環(huán)下觀察的磷灰石的熔融狀態(tài)的一個(gè)例子)。
在圖3的照片(上表面)中，中央部具有孔，其周邊顯示為黑色的部位是已經(jīng)熔融的區(qū)域。在激光所照射的中央部，產(chǎn)生溫度上升使被加工物從熔融直接變?yōu)檎舭l(fā)，從而形成孔部。另一方面，在孔部周邊的部分中沒有施加足以導(dǎo)致蒸發(fā)的熱循環(huán)，形成從熔融至凝固的變化形態(tài)。因此，在植入材料(磷灰石)的熔融處理中，通過變更激光的照射條件，可以實(shí)現(xiàn)熔融部的擴(kuò)大。
在這里，示出了下述情況下的熔融部的狀態(tài)，g卩，使用波長(zhǎng)為1.06pm的YAG激光，統(tǒng)一將激光照射的輸出設(shè)定為250W，焦點(diǎn)位置Z設(shè)定為5mm，而使光束接通時(shí)間在0.5秒、9.0秒、12.0秒之間進(jìn)行變化。此外，這里的磷灰石的主要成分是磷酸鈣，熔料(frit)為堇青石。
如果延長(zhǎng)激光照射時(shí)間，則激光照射部的熔融區(qū)域從1.7mm擴(kuò)大至2.3mm。此外，在這里未圖示，但是通過改變焦點(diǎn)位置，可以使熔融區(qū)域增大。另外，可以通過改變激光輸出而使熔融深度增大。
通常，由于在陶瓷的通過局部加熱而進(jìn)行的熔融中，會(huì)由于被加工物的膨脹和收縮導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫，所以將被加工物在爐中整體加熱而進(jìn)行熔融和接合。但是，在外科手術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)，無論從空間角度還是從對(duì)生體產(chǎn)生不良影響的角度出發(fā)，都難以采用這種加工方法。通過本實(shí)施方式的激光加工裝置1 (激光照射部10)進(jìn)行的激光加工，在外科手術(shù)時(shí)可以利用狹小的空間實(shí)現(xiàn)陶瓷的熔融，而不會(huì)產(chǎn)生裂縫，不會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生不良影響。換言之，利用來自激光加工裝置l (激光照射部10)的激光進(jìn)行的加熱具有如下特點(diǎn)，S卩，根據(jù)由加工條件確定部30產(chǎn)生的加工條件的指示(由能級(jí)控制部21、激光切換控制部22、焦點(diǎn)位置控制部23進(jìn)行的控制)，使被加工物溫度上升的區(qū)域處于在空間及時(shí)間上可抑制裂縫產(chǎn)生的范圍內(nèi)而完成加工，所以作為外科手術(shù)方法也是有效的。
另外，由于將激光照射的時(shí)間設(shè)定得越長(zhǎng)，熔融區(qū)域就越擴(kuò)大，所以與接合強(qiáng)度對(duì)應(yīng)而變更激光照射的時(shí)間。即，在需要接合具有較高的強(qiáng)度的情況下，加工條件確定部30將激光照射時(shí)間設(shè)定地較長(zhǎng)，在不需要接合具有較高的強(qiáng)度的情況下，將激光照射時(shí)間設(shè)定地較短。加工條件確定部30也可以基于來自用戶的指示(來自輸入單元的指令)，對(duì)激光照射時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，也可以基于亮度檢測(cè)部41檢測(cè)的亮度，對(duì)激光照射時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。
另外，激光加工裝置1也可以通過焦點(diǎn)位置的調(diào)整或聚光光學(xué)部件的選擇而擴(kuò)大熔融區(qū)域。因此，加工條件確定部30作為加工條件而選擇與熔融區(qū)域?qū)?yīng)的焦點(diǎn)位置，向焦點(diǎn)位置控制部23發(fā)出指示。另外，也可以使激光加工裝置1構(gòu)成為能夠針對(duì)每次激光加工來選擇與熔融區(qū)域?qū)?yīng)的聚光光學(xué)部件。例如，激光加工裝置1構(gòu)成為基于來自加工條件確定部30的指示而自動(dòng)變更聚光光學(xué)部件。此外，也可以由激光加工裝置1的使用者預(yù)先通過手動(dòng)變更聚光光學(xué)部件。
另外，加工條件確定部30以不會(huì)使被加工物出現(xiàn)有害的附加效果的能級(jí)進(jìn)行開孔的方式確定加工條件，并將指示發(fā)送至能級(jí)控制部21。
下面，說明通過激光加工裝置1進(jìn)行的被加工物的接合處理(不同材料之間的接合)。首先，說明向骨骼與植入材料的邊界部分進(jìn)行激光照射的情況下的接合處理。
圖4是用于說明向骨骼與植入材料的邊界部分進(jìn)行激光照射的情況下的接合處理的圖。例如，使用板厚為3mm的牛骨骼作為骨骼51，使用以磷酸鈣為主要成分的陶瓷作為植入材料52，進(jìn)行被加工物的接合處理。另外，激光使用波長(zhǎng)為10.6nm的C02激光，以激光輸出為250W、激光照射時(shí)間為0.5秒、焦點(diǎn)位置為上方3mm的加工條件，進(jìn)行被加工物的接合處理。
將激光的照射位置設(shè)在骨骼51與植入材料52的邊界部，如果激光加工裝置1將激光照射在被加工物上，則瞬間在骨骼51上開孔，植入材料52熔融。如果激光加工裝置1繼續(xù)進(jìn)行激光照射，隨后，植入材料52的熔融物則進(jìn)入骨骼51的孔部。然后，熔融的植入材料52凝固后，骨骼51和植入材料52的接合完成。如上述所示，激光加工裝置1利用了骨骼51和植入材料52的沸點(diǎn)差。g卩，由于骨骼51的沸點(diǎn)比植入材料52低，所以通過來自激光加工裝置1的激光照射而開孔，而植入材料52僅進(jìn)行熔融，不會(huì)開孔。然后，沸點(diǎn)較高的植入材料52流入已開孔的沸點(diǎn)較低的骨骼51側(cè)，骨骼51和植入材料52進(jìn)行接合。
在將激光的照射位置設(shè)為骨骼51與植入材料52的邊界部并使被加工物接合時(shí)，激光加工裝置1的亮度檢測(cè)部41，對(duì)激光的照射位置(骨骼51與植入材料52的邊界部)的亮度進(jìn)行檢測(cè)。亮度檢測(cè)部41檢測(cè)出的亮度被發(fā)送至加工條件確定部30。
加工條件確定部30基于亮度檢測(cè)部41檢測(cè)出的亮度，選擇(確定)與激光的照射位置對(duì)應(yīng)的激光、能級(jí)、焦點(diǎn)位置。這時(shí)，加工條件確定部30也可以使用預(yù)先設(shè)定的加工條件(植入材料52的種類、骨骼51的強(qiáng)度、被加工物的加工區(qū)域、期望的接合強(qiáng)度等)，選擇激光、能級(jí)、焦點(diǎn)位置。
加工條件確定部30基于時(shí)間測(cè)量部42測(cè)量的激光的照射時(shí)間及亮度檢測(cè)部41檢測(cè)的亮度，以規(guī)定時(shí)間向被加工物進(jìn)行激光照射，
完成骨骼51和植入材料52的接合。
如上述所示，由于在骨骼51和植入材料52的接合中使用激光，所以可以瞬間得到良好(牢固)的接合部。另外，由于加工條件確定部30基于亮度檢測(cè)部41檢測(cè)出的亮度及時(shí)間測(cè)量部42測(cè)量的時(shí)間，
確定加工條件并進(jìn)行激光照射，所以可以進(jìn)行與被加工物對(duì)應(yīng)的適當(dāng)?shù)募す庹丈?，可以進(jìn)行與被加工物(骨骼51與植入材料52的邊界部)對(duì)應(yīng)的適當(dāng)?shù)慕雍稀?br> 另外，通過激光加工裝置1對(duì)被加工物進(jìn)行接合，無論骨骼51及植入材料52的厚度如何，都可以得到良好的接合部。因此，對(duì)于各種生物體部位都可以通過激光進(jìn)行接合處理。
此外，在這里，在植入材料52中使用了磷酸鈣，但也可以使用磷酸轉(zhuǎn)之外的陶瓷。另外，在激光加工裝置1使用YAG激光的情況下，由于YAG激光可以進(jìn)行光纖傳輸，所以可以比C02激光更容易地應(yīng)用于醫(yī)療現(xiàn)場(chǎng)。另外，在向骨骼與植入材料的邊界部分進(jìn)行激光照射的情況下，在激光加工裝置l使用YAG激光的情況下，可以與
C02激光相同地得到良好的接合部。
下面，說明從大致垂直的方向向骨骼51與植入材料52的接合面進(jìn)行激光照射(向接縫進(jìn)行激光照射)的情況下的接合處理。在這里，首先對(duì)從下部為植入材料52、上部為骨骼51的被加工物的上部(骨骼51側(cè))進(jìn)行激光照射，使骨骼51和植入材料52接合的情況進(jìn)行說明，然后，對(duì)從下部為骨骼51、上部為植入材料52的被加工物的上部(植入材料52側(cè))進(jìn)行激光照射，使骨骼51和植入材料52接合的情況進(jìn)行說明。
圖5是用于說明從下部為植入材料、上部為骨骼的被加工物的上部進(jìn)行激光照射的情況下的接合處理的圖。例如，使用板厚3.0mm的牛骨骼作為骨骼51，使用以磷酸鈣為主要成分的陶瓷作為植入材料52，進(jìn)行被加工物的接合處理。
預(yù)先將骨骼51和植入材料52貼合。激光加工裝置1，首先作為第l步驟，將激光照射在骨骼51上而執(zhí)行骨骼51的開孔(圖5的中央所示的狀態(tài))。然后，作為第2步驟，將激光經(jīng)由骨骼51的孔部
(開孔的位置)照射在植入材料52上，使骨骼51與植入材料52接合(圖5的右側(cè)所示的狀態(tài))。
激光加工裝置1的加工條件確定部30基于亮度檢測(cè)部41檢測(cè)出的亮度、時(shí)間測(cè)量部42測(cè)量出的時(shí)間、預(yù)先設(shè)定的加工條件，確定被加工物的加工條件。此外，加工條件確定部30也可以基于骨骼51和植入材料52之間的貼合狀態(tài)、要求強(qiáng)度(骨骼51和植入材料52之間的接合(加工后))中要求的強(qiáng)度，確定被加工物的加工條件。激光加工裝置1在以對(duì)骨骼51開孔為目的的第1步驟中，例如以激光輸出為400W、焦點(diǎn)位置為上方30mm、照射時(shí)間為0.2秒的加工條件進(jìn)行骨骼51的激光加工。
如果由激光加工裝置l對(duì)骨骼51的開孔完成，則亮度檢測(cè)部41檢測(cè)的亮度發(fā)生變化。由此，激光加工裝置1在以將激光照射至骨骼51的孔部中(植入材料52的表面)而使骨骼51和植入材料52接合為目的的第2步驟中，例如以激光輸出為500W、焦點(diǎn)位置為上方30mm、照射時(shí)間為l.O秒的加工條件進(jìn)行激光加工。
此外，激光加工裝置1也可以基于時(shí)間測(cè)量部42測(cè)量的時(shí)間，變更第2步驟的加工條件。即，加工條件確定部30也可以使用預(yù)先設(shè)定的骨骼51的板厚、植入材料52的種類、第1步驟中確定的加工條件等，計(jì)算骨骼51的開孔完成的時(shí)間，使用該計(jì)算出的時(shí)間，切換至第2步驟的加工條件。
如果在激光加工裝置1實(shí)施第1步驟的激光加工處理后觀察骨骼51 (牛骨骼)，則例如激光照射側(cè)的孔直徑(圓柱的上表面)為2.6mm，激光照射側(cè)的相反側(cè)的孔直徑(圓柱的下表面)為l.Omm，成為具有錐形形狀的開孔加工。
另外，如果在激光加工裝置1實(shí)施第2步驟的激光加工處理后確認(rèn)被加工物(加工試樣)，則可以發(fā)現(xiàn)例如骨骼51和植入材料52已經(jīng)良好且牢固地接合。這是因?yàn)?，如果從骨?1側(cè)照射激光，則使骨骼成分混合在植入材料52的熔融部中，其結(jié)果，混合部發(fā)生膨脹，膨脹并填充至骨骼的孔部中。即，激光加工裝置1向被加工物進(jìn)行激光照射，使得膨脹的植入材料52填充至開設(shè)于骨骼51上的孔部 中。由此，通過激光加工裝置1的激光加工，植入材料52的熔融物 膨脹并與進(jìn)行了錐形形狀加工的骨骼51的孔部進(jìn)行接合，接合部在 拉伸強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度方面具有較高的接合強(qiáng)度。
另外，在從下部為植入材料、上部為骨骼的被加工物的上部進(jìn) 行激光照射的情況下，在激光加工裝置1使用YAG激光的情況下，
可以與C02激光相同地得到良好的接合部。
圖6是用于說明從下部為骨骼、上部為植入材料的被加工物的 上部進(jìn)行激光照射的情況下的接合處理的圖。在這里，例如使用板厚 為3.0mm的牛骨骼作為骨骼51，使用以磷酸鈣為主要成分的陶瓷作 為植入材料52，進(jìn)行被加工物的接合處理。激光加工裝置1使用例 如波長(zhǎng)為10.6|tim的C02激光，進(jìn)行激光加工。
在將植入材料52作為激光照射側(cè)的情況下，經(jīng)過與圖5中說明 的現(xiàn)象不同的接合過程，使骨骼51和植入材料52接合。即，在植入 材料52為激光照射側(cè)的情況下，首先利用激光對(duì)植入材料52實(shí)施開 孔(第l步驟)。然后，利用激光使植入材料52的孔壁面熔融(第 2步驟)。然后，如果繼續(xù)進(jìn)行激光照射，則通過激光在骨骼51上 開孔，使植入材料52的熔融物填入骨骼51的孔部(第3步驟)。
具體地說，如果由激光加工裝置1對(duì)植入材料52的開孔完成， 則亮度檢測(cè)部41檢測(cè)的亮度發(fā)生變化。由此，激光加工裝置l在以 將激光照射至植入材料52的孔部中(骨骼51的表面)而使植入材料 52的孔壁面熔融為目的的第2步驟中，以規(guī)定的加工條件進(jìn)行激光 加工。另外，如果通過激光加工裝置l使孔壁面的植入材料52熔融， 則亮度檢測(cè)部41檢測(cè)的亮度發(fā)生變化。由此，激光加工裝置l在以 向骨骼51開孔和向孔部填入植入材料52為目的的第3步驟中，以規(guī) 定的加工條件進(jìn)行激光加工。
此外，與圖5中說明的接合處理相同地，激光加工裝置1也可 以基于時(shí)間測(cè)量部42測(cè)量的時(shí)間，變更第2步驟的加工條件。艮P， 加工條件確定部30也可以使用預(yù)先設(shè)定的骨骼51的板厚、植入材料 52的種類、在第1步驟中確定出的加工條件等，計(jì)算骨骼51的開孔完成的時(shí)間，使用該計(jì)算出的時(shí)間，切換至第2步驟、第3步驟的加 工條件。
另外，在從下部為骨骼、上部為植入材料的被加工物的上部進(jìn)
行激光照射的情況下，在激光加工裝置1使用YAG激光的情況下，
可以與C02激光相同地得到良好的接合部。
下面，說明針對(duì)植入材料52和厚板(板厚較厚的板狀物)的骨 骼51從骨骼51側(cè)進(jìn)行激光照射的情況下的接合處理。在這里，說明 將板厚為10mm的牛骨塊(骨骼51)和植入材料52進(jìn)行接合的情況。
圖7是用于說明厚板的骨骼和植入材料的接合處理的圖。例如， 使用以磷酸鈣為主要成分的陶瓷作為植入材料52，進(jìn)行被加工物的 接合處理。
在從下部為植入材料52、上部為厚板的骨骼51的被加工物的上 部(骨骼51側(cè))進(jìn)行激光照射，使骨骼51和植入材料52接合時(shí)， 激光加工裝置1使用例如波長(zhǎng)為10.6|im的C02激光進(jìn)行激光加工。 在這里，為了實(shí)現(xiàn)縮短接合時(shí)間和骨骼51的開孔時(shí)間，例如在相同 的加工條件下進(jìn)行骨骼51的開孔處理和接合處理(骨骼51和植入材 料52的接合處理)。
激光加工裝置1以例如激光輸出為500W、焦點(diǎn)位置為上方 20mm、照射角度(相對(duì)于植入材料52的上表面的照射角度)為45 度、激光照射時(shí)間為l.O秒的加工條件進(jìn)行激光加工。在這里，例如 將從骨骼51與植入材料52的邊界向骨骼51側(cè)偏移0.3mm的位置作 為加工位置，由激光加工裝置1進(jìn)行激光照射。
骨骼51和植入材料52的接合過程與圖4中說明的過程相同。 即，首先利用激光在骨骼51上實(shí)施開孔(第l步驟)，借助激光而 熔融的植入材料52向骨骼的孔部方向膨脹并進(jìn)行接合(第2步驟)。 如上述所示，在圖7所示的接合處理中，由于激光加工裝置l在骨骼 51和植入材料52的接合中使用激光，所以可以瞬間得到良好的接合 部。
下面，說明針對(duì)植入材料52和薄板(板厚較薄的板狀物)的骨 骼51從骨骼51側(cè)進(jìn)行激光照射的情況下的接合處理。圖8是表示將薄板的骨骼和植入材料接合后的情況下的圖像的圖。如圖8所示，即
使在骨骼51為薄板的情況下，也與骨骼51為厚板的情況相同地，由 于激光加工裝置1在骨骼51和植入材料52的接合中使用激光，所以 可以瞬間得到良好的接合部。即，根據(jù)激光加工裝置l，無論骨骼51 的厚度如何，都可以利用激光使骨骼51和植入材料52接合。
此外，在使厚板的骨骼51或薄板的骨骼51與植入材料52接合 的情況下，在激光加工裝置1使用YAG激光的情況下，可以與C02 激光相同地得到良好的接合部。
此外，激光加工裝置1可以使用任意的激光振蕩器或聚光光學(xué) 部件。例如在開孔的工序中，激光加工裝置1可以通過使用能夠得到 高能量密度的激光振蕩器或聚光光學(xué)部件而得到微小的孔。
另外，對(duì)于激光加工裝置1，可以通過使用高能量密度的激光振 蕩器或聚光光學(xué)部件，而減小對(duì)骨骼51及植入材料52的熱影響。
此外，在得到良好的接合部的情況和形成不良接合的情況下， 接合部附近的亮度不同。因此，例如，如果進(jìn)行激光加工而沒有進(jìn)行 亮度的監(jiān)測(cè)，則可能向骨骼51及植入材料52施加開孔或接合所需的 輸入熱量以上的激光能量。這樣，在被加工物中受到熱影響的部分增 大，同時(shí)熔融物沒有凝固而發(fā)生飛散，無法良好地進(jìn)行接合。另一方 面，由于本實(shí)施方式的激光加工裝置1在使亮度檢測(cè)部41進(jìn)行亮度 檢測(cè)(監(jiān)測(cè))的同時(shí)，使用檢測(cè)出的亮度確定加工條件，所以可以得 到良好的接合部。
另外，在使用磷灰石作為植入材料52的情況下，由于植入材料 52不耐熱沖擊，所以如果輸入熱量變大，則可能使植入材料52產(chǎn)生 裂縫。本實(shí)施方式的激光加工裝置1，即使在使用磷灰石作為植入材 料52的情況下，由于利用亮度檢測(cè)部41對(duì)亮度進(jìn)行檢測(cè)而確定加工 條件，所以可以穩(wěn)定地得到良好的接合部。
此外，在本實(shí)施方式中，激光加工裝置1形成為具有亮度檢測(cè) 部41及時(shí)間測(cè)量部42的結(jié)構(gòu)，但激光加工裝置1也可以形成為不具 有亮度檢測(cè)部41及時(shí)間測(cè)量部42的結(jié)構(gòu)。在此情況下，激光加工裝 置1的使用者通過目測(cè)對(duì)被加工物的加工狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，加工條件確定部30基于來自使用者的指示信息的輸入來確定加工條件。g卩，激
光加工裝置1不通過亮度檢測(cè)部41及時(shí)間測(cè)量部42進(jìn)行加工狀態(tài)的
檢測(cè)，而確定被加工物的加工條件。
另外，對(duì)于激光加工裝置1進(jìn)行加工的被加工物，骨骼51和植 入材料52的配置無論哪個(gè)在上方、哪個(gè)在下方都可以，另外骨骼51 和植入材料52的接縫可以是重疊接縫、對(duì)接接縫的任一個(gè)。另外， 在本實(shí)施方式中，作為骨骼使用了牛骨骼，但激光加工裝置1可以對(duì) 包括人骨骼在內(nèi)的任何動(dòng)物的骨骼進(jìn)行激光加工。另外，也可以將在 本實(shí)施方式中說明的激光加工裝置1的各處理中，作為自動(dòng)進(jìn)行的處 理進(jìn)行說明的處理的全部或一部分手動(dòng)進(jìn)行。
另外，對(duì)于激光加工裝置1，骨骼51與植入材料52的接合可以 在動(dòng)物的體內(nèi)進(jìn)行，也可以將骨骼51從動(dòng)物體內(nèi)取出而在動(dòng)物的體 外進(jìn)行。在將骨骼51從動(dòng)物體內(nèi)取出后，使骨骼51和植入材料52 接合的情況下，根據(jù)需要而將接合后的骨骼51和植入材料52放回動(dòng) 物的體內(nèi)。
根據(jù)上述的實(shí)施方式1，由于在進(jìn)行骨骼和植入材料的接合時(shí)， 照射C02激光或YAG激光等激光，所以可以使骨骼和植入材料之間 在短時(shí)間內(nèi)容易地接合。
另外，由于加工條件確定部30基于亮度檢測(cè)部41檢測(cè)出的亮 度、及時(shí)間測(cè)量部42測(cè)量的時(shí)間而確定加工條件，向被加工物進(jìn)行 激光照射，所以可以進(jìn)行與被加工物對(duì)應(yīng)的適當(dāng)?shù)募す庹丈湟约敖雍?處理。
另外，由于加工條件確定部30，作為加工條件而確定激光的能 級(jí)、激光的種類、焦點(diǎn)位置、激光的照射時(shí)間等，基于確定出的加工 條件向被加工物進(jìn)行激光照射，所以可以在每次被加工物的開孔處理 或接合處理中穩(wěn)定地進(jìn)行適當(dāng)?shù)拈_孔處理和接合處理。
另外，由于激光加工裝置1可以使骨骼和植入材料之間在短時(shí) 間內(nèi)容易地接合，所以在進(jìn)行將骨骼和植入材料接合的治療時(shí)，可以 防止在植入材料和骨骼結(jié)合的過程中彼此的位置關(guān)系發(fā)生錯(cuò)位，可以 在短期間內(nèi)容易地進(jìn)行治療。另外，不需要現(xiàn)有技術(shù)在接合治療中必使在治療的過程中也可以提供舒適的生 活。
實(shí)施方式2
下面，使用圖1以及圖9 14，說明本發(fā)明的實(shí)施方式2。在實(shí) 施方式2中，向?qū)⒎前l(fā)泡層作為基材的植入材料52照射激光，在非 發(fā)泡層的表面層上形成發(fā)泡層(將非發(fā)泡層改性而形成的新的加工 層)。然后，通過形成該發(fā)泡層，制造由發(fā)泡層和非發(fā)泡層構(gòu)成的雙 層構(gòu)造的植入材料。
當(dāng)前，在制造發(fā)泡陶瓷時(shí)，需要添加在使發(fā)泡性原料的陶瓷熔 融的過程中，在陶瓷中產(chǎn)生氣體的成分(氣體產(chǎn)生成分)。作為氣體 產(chǎn)生成分，例如使用碳化硅、氮化硅等。對(duì)于碳化硅，例如使用粒徑 小于或等于10pm的細(xì)粉末。
作為這種發(fā)泡陶瓷的制造步驟，首先通過將發(fā)泡性原料以及非 發(fā)泡性原料的各自的構(gòu)成成分以規(guī)定的比例混合而進(jìn)行調(diào)整。然后， 通過噴霧干燥器等，對(duì)獲得的發(fā)泡性原料以及非發(fā)泡性原料進(jìn)行造粒 而形成粒狀物。然后，將造粒獲得的這兩種粒狀物進(jìn)行混合，將該混 合物作為成型原料，成型并進(jìn)行燒結(jié)。這時(shí)的燒結(jié)溫度選擇使氣體產(chǎn) 生成分發(fā)生分解而產(chǎn)生氣體的溫度，并且選定能夠形成良好的氣泡 (氣泡壁面)的溫度范圍。由此，例如在氣體產(chǎn)生成分為碳化硅的情 況下，通過燒結(jié)使碳化硅分解而產(chǎn)生氣體(一氧化碳)，利用該氣體 在燒結(jié)層形成氣泡。
在本實(shí)施方式中，將激光等照射在骨骼上而使骨骼燃燒，在通 過骨骼的燃燒而產(chǎn)生的氣氛中使植入材料燒結(jié)。由此，在植入材料中 生成將發(fā)泡狀態(tài)的氣泡封入并凝固而成的發(fā)泡層。
此外，如果混合物(發(fā)泡性原料以及非發(fā)泡性原料的粒狀物) 的燒結(jié)溫度比IOO(TC低，則因坯料不具備充分的粘性而無法產(chǎn)生氣 泡。另一方面，如果混合物的燒結(jié)溫度比130(TC高，則由于燒結(jié)坯 料成為低粘性，所以形成的氣泡匯合而形成大氣泡，使燒結(jié)體的強(qiáng)度 降低。
下面，作為實(shí)施方式2所涉及的植入材料的一個(gè)例子，針對(duì)具有與前述的發(fā)泡陶瓷相同的性質(zhì)(功能)的磷灰石進(jìn)行說明。在這里， 首先說明實(shí)施方式2所涉及的磷灰石的構(gòu)造，然后，說明該磷灰石的 制造裝置和制造方法。
圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的磷灰石的構(gòu)造的圖。
圖9所示的磷灰石101具有雙層構(gòu)造，在非發(fā)泡層(基部層)的表面
層的一部分(成為與骨骼之間的接合對(duì)象的接合部)進(jìn)行表面處理而 形成有發(fā)泡層。
通過表面處理而形成的混有氣泡的發(fā)泡層100，形成在基材200 (作為非發(fā)泡層的磷灰石基材等)的表面層，上述表面處理是通過局 部地施加高能量而進(jìn)行的。發(fā)泡層100的氣泡直徑為例如10 50(Vm，用于在發(fā)泡層100與骨骼接合時(shí)促進(jìn)骨細(xì)胞向發(fā)泡層100生 長(zhǎng)。
發(fā)泡層100與作為非發(fā)泡層的基材200(前述的植入材料52等) 之間的邊界部150，形成為接合面以凹凸?fàn)顟B(tài)彼此咬入的構(gòu)造，形成 牢固的接合。基材200為致密的構(gòu)造，在施加應(yīng)力的情況下具有充分 的強(qiáng)度。
在生成磷灰石101時(shí)，將骨骼(前述的骨骼51等)作為氣體產(chǎn) 生成分而配置于基材200的表層部(上面部及側(cè)面部等基材200的加 工部附近)。然后，在利用激光等使骨骼燃燒后，通過在含有該燃燒 氣體成分的氣氛中使基材200 (已成型的致密性基體)熔融，而將骨 骼成分混入發(fā)泡層100。
圖IO是表示發(fā)泡層的構(gòu)成成分的分析結(jié)果的一個(gè)例子的圖。圖 10中示出針對(duì)發(fā)泡層100的構(gòu)成成分(Vol%)實(shí)施分析的結(jié)果的一 個(gè)例子。這里的發(fā)泡層100,作為構(gòu)成成分含有Ca (鈣)、C (碳)、 0 (氧)、P (磷)、Mg (鎂)、Al (鋁)、Si (硅)。Ca、 C、 0 接近骨骼的成分濃度，P略少于骨骼的成分濃度。P的減少可以認(rèn)為 是由于通過使基材200熔融時(shí)的高能量而使P升華。
在骨骼燃燒和基材200熔融后，通過磨削或者研磨發(fā)泡層100 的表面(與骨骼之間的接合面)，磨削位于發(fā)泡層100的表面的封閉 氣泡，使封閉氣泡的剖面露出。由此，得到具有表面改性層的本實(shí)施方式所涉及的磷灰石(發(fā)泡磷灰石)，其中，該表面改性層作為與骨 骼之間的接合面。
在本實(shí)施方式中，由于磷灰石中含有接近骨骼成分的成分，所 以在骨骼和磷灰石接合時(shí)，在磷灰石中細(xì)胞浸潤(rùn)性發(fā)揮作用而使骨骼 和磷灰石101在短時(shí)間內(nèi)結(jié)合。另外，由于在發(fā)泡層100的表面露出 封閉氣泡的剖面，所以與沒有露出封閉氣泡的剖面的情況相比，骨骼 和磷灰石101在更短時(shí)間內(nèi)結(jié)合。
此外，在骨骼燃燒和基材200熔融中使用電子束或等離子弧等 熱源，也可以得到與利用激光使骨骼燃燒并使基材200熔融的情況相 同的效果。在此情況下，從激光照射部(熱源照射部)10照射電子 束或等離子弧等熱源。另外，在具有多個(gè)熱源的情況下，激光切換控 制部(熱源切換控制部)22變更熱源的種類。另外，通過對(duì)加工條 件(施加在骨骼及基材200上的熱源能量)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，可以調(diào)整 發(fā)泡層100內(nèi)的氣泡的數(shù)量及直徑。因此，通過與磷灰石101的用途 相應(yīng)地調(diào)整加工條件，可以得到具有期望性質(zhì)的磷灰石101。例如， 通過對(duì)施加在骨骼及基材200上的激光、電子束、等離子弧等熱源能 量(加工條件)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，可以得到所要求品質(zhì)的磷灰石101。 下面，將激光加工裝置作為磷灰石101的制造裝置的一個(gè)例子，說明 磷灰石101的制造處理。在這里，在說明激光加工裝置的結(jié)構(gòu)后，說 明磷灰石101的制造步驟。
本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的激光加工裝置的結(jié)構(gòu)，與實(shí)施方 式1的圖1所示的激光加工裝置1相同。在這里，對(duì)于與實(shí)施方式1 的激光加工裝置2實(shí)現(xiàn)相同功能的構(gòu)成要素，省略其說明，對(duì)于與實(shí) 施方式1的激光加工裝置1不同的功能進(jìn)行說明。此外，由于亮度檢 測(cè)可以根據(jù)作業(yè)人員的熟練度，通過熟練的作業(yè)人員的視覺判斷進(jìn)行 處理，所以可以使用不具有亮度檢測(cè)部41的裝置。
這里的激光加工裝置1將激光照射在植入材料52 (磷灰石)等 基材200上，使植入材料52等上形成發(fā)泡層100，制造磷灰石101 等新的植入材料。激光加工裝置1根據(jù)需要而將激光照射在骨骼51 上，進(jìn)行骨骼51的開孔。本實(shí)施方式的亮度檢測(cè)部41，作為被加工物的加工狀態(tài)而對(duì)被
加工物的亮度進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)送至加工條件確定部30。時(shí)間測(cè)量部42 作為被加工物的加工狀態(tài)而對(duì)開始激光加工后的經(jīng)過時(shí)間(開始向植 入材料52進(jìn)行激光照射后的經(jīng)過時(shí)間)等進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量中的經(jīng) 過時(shí)間發(fā)送至加工條件確定部30。
下面，說明通過激光加工裝置1進(jìn)行的激光加工處理。激光加 工裝置1的激光照射部10，例如使用聚光至直徑小于或等于大約 0.3mm、能量密度大于或等于10Sw/ci^的高能量密度的激光。由此， 可以縮小激光的加工區(qū)域(成為局部)，且可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)被加工 物進(jìn)行開孔加工或熔融加工。另外，激光加工裝置1可以通過由加工 條件確定部30選擇(確定)加工條件(激光的輸出條件)，對(duì)使被 加工物熔融的時(shí)間(熔融時(shí)間)、被加工物的熔融范圍進(jìn)行控制。另 外，激光加工裝置1通過由加工條件確定部30選擇加工條件，可以 廣泛地用于對(duì)金屬、樹脂、陶瓷等被加工物進(jìn)行開孔處理或熔融處理。
下面，說明激光加工裝置1的磷灰石101的制造方法。圖11是 用于說明向骨骼的缺損部填充植入材料而制造磷灰石的步驟的圖。首 先，將作為非發(fā)泡層的磷灰石(作為基材200的植入材料52)插入 處于初始缺損狀態(tài)的骨骼51的缺損部。由此將磷灰石(植入材料52) 填充至骨骼51的缺損部。
然后，將激光照射在磷灰石(植入材料52)上，在植入材料52 的上部(表面層)生成發(fā)泡磷灰石。然后，通過利用生成的發(fā)泡磷灰 石(發(fā)泡層IOO)填充骨骼51的缺損部而制造磷灰石101。
在將激光照射在植入材料52上時(shí)，激光加工裝置1的亮度檢測(cè) 部41對(duì)激光的照射位置(植入材料52的上表面)的亮度進(jìn)行檢測(cè)。 亮度檢測(cè)部41檢測(cè)出的亮度被發(fā)送至加工條件確定部30。
加工條件確定部30基于亮度檢測(cè)部41檢測(cè)出的亮度，選擇與 植入材料52及骨骼51的種類(材質(zhì)、大小等)對(duì)應(yīng)的激光、能級(jí)、 焦點(diǎn)位置等加工條件。
此外，加工條件確定部30也可以使用預(yù)先設(shè)定的加工條件，選 擇激光、能級(jí)、焦點(diǎn)位置等。另外，加工條件確定部30也可以基于骨骼51和發(fā)泡層100之間的貼合狀態(tài)及要求強(qiáng)度，確定被加工物的 加工條件。
另外，在將激光照射在植入材料52上時(shí)，激光照射的時(shí)間設(shè)定 得越長(zhǎng)，植入材料52的熔融區(qū)域越擴(kuò)大。因此，也可以與向缺損部 填充的植入材料52的尺寸(上表面的面積)對(duì)應(yīng)而變更激光照射的 時(shí)間。另外，加工條件確定部30也可以基于來自用戶的指示而設(shè)定 激光照射時(shí)間。
激光加工裝置1使用加工條件確定部30確定出的加工條件，開 始植入材料52的加工。加工條件確定部30基于時(shí)間測(cè)量部42測(cè)量 的激光照射時(shí)間及亮度檢測(cè)部41檢測(cè)的亮度，以規(guī)定時(shí)間向被加工 物(植入材料52)進(jìn)行激光照射，由此激光加工裝置1完成磷灰石 101的制造。
如上述所示，由于加工條件確定部30基于亮度檢測(cè)部41檢測(cè) 出的亮度及時(shí)間測(cè)量部42測(cè)量的時(shí)間而確定加工條件，進(jìn)行激光照 射，所以可以進(jìn)行與被加工物對(duì)應(yīng)的適當(dāng)?shù)募す庹丈?，可以與被加工 物(骨骼51和植入材料52)相應(yīng)，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行磷灰石101的制造。 此外，由于如果植入材料52熔融而形成發(fā)泡層100，則亮度檢測(cè)部 41檢測(cè)的亮度發(fā)生變化，所以也可以根據(jù)該亮度的變化而變更加工 條件。
為了將固體狀態(tài)的非發(fā)泡磷灰石(植入材料52)填充到骨骼51 的缺損部，必須使非發(fā)泡磷灰石的尺寸小于缺損部的尺寸。因此，在 現(xiàn)有技術(shù)中，即使將非發(fā)泡磷灰石填充至骨骼51，也會(huì)在非發(fā)泡磷 灰石和骨骼51之間產(chǎn)生間隙，難以將非發(fā)泡磷灰石固定在骨骼51 上。
在本實(shí)施方式中，由于在將非發(fā)泡磷灰石填充至骨骼51的缺損 部后，將激光照射在非發(fā)泡磷灰石上，所以借助使非發(fā)泡磷灰石熔融 的熱量還會(huì)使骨骼51燃燒。由此，骨骼51產(chǎn)生氣體，促進(jìn)氣泡的生 成，在非發(fā)泡磷灰石的表面層形成發(fā)泡層100。由于該發(fā)泡層100與 照射激光前的非發(fā)泡磷灰石相比體積增加，所以具有骨骼51與發(fā)泡 層IOO之間的貼合性增加，將磷灰石(非發(fā)泡磷灰石和發(fā)泡層100)圖12是表示按照?qǐng)D11所示的步驟制造的磷灰石的圖像的圖。 在這里，示出了激光加工裝置101在骨骼51的缺損部中生成發(fā)泡磷 灰石的例子。
此外，由激光加工裝置1進(jìn)行的磷灰石101的制造(發(fā)泡層100 的生成)也可以應(yīng)用于牙齒的缺損部，可以與骨骼51的情況相同地 進(jìn)行高品質(zhì)的填充。另外，插入至骨骼51的缺損部中的磷灰石的形 狀可以是顆粒狀、粉末、碎片等任何形狀。
下面，說明將骨骼51配置在植入材料52的上表面而制造磷灰 石的步驟。圖13是用于說明將骨骼配置在植入材料的上表面而制造 磷灰石的步驟的圖。在這里，示出了在通過高能量的熱源使骨骼51 進(jìn)行燃燒而產(chǎn)生的氣氛中，利用高能量的熱源使磷灰石表面層熔融， 從而對(duì)磷灰石進(jìn)行表面改性的方法。
首先，將骨骼51配置在植入材料52的預(yù)定進(jìn)行表面改性的位 置的附近(植入材料52的上表面)，使用激光等高能量熱源使骨骼 51從上表面?zhèn)?與植入材料52相反側(cè)的表面)開始燃燒。由此，在 骨骼51上開孔，使植入材料52露出。在這時(shí)由骨骼51的燃燒而產(chǎn) 生的氣氛中，利用高能量熱源使磷灰石表面(植入材料52)熔融。 由此，使骨骼51的燃燒物進(jìn)入植入材料52的熔融層，形成發(fā)泡層 100。
由于發(fā)泡層ioo僅形成于生物類陶瓷部件(磷灰石101)的表層，
所以向生物類陶瓷部件整體的熱量輸入較少，可以得到高精度的生物 類陶瓷部件。
下面，說明用于使磷灰石表面層熔融的加工條件。圖14是表示 用于使磷灰石表面層熔融的加工條件的一個(gè)例子的圖。在這里，作為 用于使磷灰石表面層熔融的加工條件的一個(gè)例子，示出了在C02激 光加工中用于使磷灰石表面層熔融0.8mm的加工條件。
向磷灰石表面層的激光輸出越大，用于使磷灰石表面層熔融的 激光照射時(shí)間就越短。另外，向磷灰石表面層的激光輸出越小，用于 使磷灰石表面層熔融的激光照射時(shí)間的波動(dòng)就越大。通常，在發(fā)泡陶瓷(磷灰石表面層)的生成溫度(燒結(jié)溫度)
較低的情況下(例如IOO(TC)，熔融的基材200成為高粘性，氣泡
的直徑變小。另一方面，在發(fā)泡陶瓷的生成溫度較高的情況下(例如
130(TC)，熔融的基材200成為低粘性，形成的氣泡匯合而使氣泡的 直徑變大。另外，氣泡擴(kuò)散的時(shí)間對(duì)發(fā)泡陶瓷中的氣泡含量產(chǎn)生較大 影響，進(jìn)行熔融的基材200的熔融時(shí)間越長(zhǎng)，氣泡的含量越增加。
如果在圖14所示的表示激光輸出量與激光照射時(shí)間之間關(guān)系的 加工條件下生成磷灰石101，則激光的輸出量越大，氣泡的直徑就越 大。另外，激光的照射時(shí)間越長(zhǎng)，氣泡的直徑越大，直徑大的氣泡的 含量就越多。
氣泡的直徑為300 40(Him時(shí)，細(xì)胞(骨骼51)的浸潤(rùn)性增高， 但強(qiáng)度降低。因此，也可以如下述方式將發(fā)泡層IOO的種類進(jìn)行組合 而生成磷灰石101， g卩，在磷灰石101與骨骼51的接合面的一部分 上，優(yōu)先促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)而使氣泡直徑為300 400|im，在除此之外 的其他部分，優(yōu)先接合面的強(qiáng)度而使氣泡直徑小于或等于200pm。 例如，在骨骼51與磷灰石101的接合面積400mn^中，將200mm2 以1000W輸出進(jìn)行激光加工，將剩余的200mii^以400W的輸出進(jìn) 行激光加工等，對(duì)加工條件進(jìn)行切換而生成磷灰石101。
與插入加工物(磷灰石101)的骨骼51的位置、及插入加工物 的骨骼的種類(例如骨骼51與磷灰石101的接合對(duì)象的年齡)相應(yīng)， 施加在骨骼51與磷灰石101之間的應(yīng)力的程度不同。因此，也可以 針對(duì)每次骨骼51和磷灰石101的接合處理，對(duì)在磷灰石101上形成 的發(fā)泡層100的種類的最佳面積比進(jìn)行模擬，確定與加工條件相應(yīng)的 基材200的加工面積的比例。
此外，在制造磷灰石101的情況下，在磷灰石101中得到良好 的表面改性層(植入材料52的表面層)的情況和沒有得到良好的表 面改性層的情況(與骨骼51之間沒有良好地接合的情況)下，表面 改性部附近的亮度不同。因此，例如，如果不進(jìn)行亮度監(jiān)測(cè)而進(jìn)行激 光加工，則可能向植入材料52施加形成發(fā)泡層所需的輸入熱量以上 的激光能量。這樣，被加工物中受到熱影響的部分變大，同時(shí)植入材料52等熔融物沒有凝固而發(fā)生飛散，無法良好地進(jìn)行磷灰石101的 表面改性。另一方面，由于本實(shí)施方式的激光加工裝置1在使亮度檢 測(cè)部41進(jìn)行亮度檢測(cè)(監(jiān)測(cè))的同時(shí)，使用檢測(cè)出的亮度確定加工 條件，所以可以得到良好的表面改性部。
另外，由于磷灰石不耐熱沖擊，所以如果輸入熱量變大，則可 能使磷灰石產(chǎn)生裂縫。本實(shí)施方式的激光加工裝置1中，由于亮度檢
測(cè)部41對(duì)亮度進(jìn)行檢測(cè)而確定加工條件，所以可以穩(wěn)定地得到良好
的接合部。
此外，在本實(shí)施方式中，激光加工裝置1形成為具有亮度檢測(cè)
部41及時(shí)間測(cè)量部42的結(jié)構(gòu)，但激光加工裝置1也可以形成為不具 有亮度檢測(cè)部41及時(shí)間測(cè)量部42的結(jié)構(gòu)。在此情況下，激光加工裝 置1的使用者通過目測(cè)對(duì)被加工物的加工狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，加工條件確 定部30基于來自使用者的指示信息的輸入而確定加工條件。g卩，激 光加工裝置1不通過亮度檢測(cè)部41及時(shí)間測(cè)量部42迸行加工狀態(tài)的 檢測(cè)，而確定被加工物的加工條件。
由此，可以得到細(xì)胞浸潤(rùn)性優(yōu)異的磷灰石101，可以將骨骼組織 與作為生物材料的陶瓷或復(fù)合材料等植入材料(外科用移植材料)牢 固接合。
如上述所示，這次本發(fā)明人努力研究，其結(jié)果成功開發(fā)出僅在 己形成的磷灰石材料的表面層上形成發(fā)泡層的技術(shù)。由此，可以使由 磷灰石成分制造的生物部件形成發(fā)泡層和非發(fā)泡層的至少雙層的構(gòu) 造，或者使非發(fā)泡層的一部分形成發(fā)泡層。
其結(jié)果，針對(duì)生物組織親和性優(yōu)異的材料，可以設(shè)計(jì)為僅將需 要增強(qiáng)細(xì)胞浸潤(rùn)性的部分形成為發(fā)泡層，將承受較大應(yīng)力的部分形成 為非發(fā)泡層。
另外，通過在生成生物部件時(shí)進(jìn)行能量控制，可以與生物部件 的用途對(duì)應(yīng)而使發(fā)泡層的氣泡直徑及氣泡密度最優(yōu)化。另外，由于在 使骨骼蒸發(fā)而形成的氣氛中生成植入材料的發(fā)泡層，所以骨骼成分殘 留在植入材料的內(nèi)部，可以輔助骨骼細(xì)胞生長(zhǎng)。由此，可以在使骨骼 和磷灰石接合時(shí)，促進(jìn)骨骼細(xì)胞的生長(zhǎng)，使骨骼和磷灰石迅速接合。此外，在本實(shí)施方式中，使用基材為磷灰石的植入材料生成新 的磷灰石(植入材料)，但也可以將磷灰石之外的植入材料(樹脂或 陶瓷等)作為基材而生成新的植入材料。
如上述所示，根據(jù)實(shí)施方式2，由于將激光等熱源能量照射在植 入材料52的表面改性位置上，所以可以容易地得到在非發(fā)泡層(植
入材料52)的一部分上形成有發(fā)泡層100的磷灰石101。由此，在使 磷灰石101和骨骼接合時(shí)，可以由發(fā)泡層100促進(jìn)骨細(xì)胞的生長(zhǎng)，同 時(shí)可以由非發(fā)泡層牢固地固定承受應(yīng)力的部分。因此，可以得到骨骼 和植入材料之間能夠在短時(shí)間內(nèi)容易地接合的磷灰石。
另外，由于加工條件確定部30基于亮度檢測(cè)部41檢測(cè)出的亮 度及時(shí)間測(cè)量部42測(cè)量的時(shí)間而確定加工條件，向被加工物進(jìn)行激 光照射，所以可以進(jìn)行與被加工物對(duì)應(yīng)的適當(dāng)?shù)募す庹丈浼氨砻娓男?處理。
工業(yè)實(shí)用性
如上述所示，本發(fā)明所涉及的激光加工裝置、骨骼的接合方法、 植入材料、植入材料制造方法以及植入材料制造裝置，適用于骨骼與 植入材料之間的接合。
權(quán)利要求
1. 一種骨骼的接合方法，其使骨骼和植入材料接合，其特征在于，包括接合步驟，在該接合步驟中，向所述骨骼和植入材料之間的接合位置上照射激光而使所述骨骼和植入材料接合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨骼的接合方法，其特征在于，在所述接合步驟中，向所述骨骼和植入材料之間的接合位置上 照射激光，以使得通過所述激光的照射而熔融的植入材料流入開設(shè)在 所述骨骼上的孔中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的骨骼的接合方法，其特征在于， 在所述接合步驟中，向所述骨骼和植入材料之間的接合位置上照射激光，以使得通過所述激光的照射而膨脹的植入材料填充至開設(shè) 在所述骨骼上的孔中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的骨骼的接合方法，其特征在于， 在上述接合步驟之前還具有開口步驟，其向所述骨骼或者所述植入材料照射激光，對(duì)所述骨骼或者所述植入材料進(jìn)行開孔處理，直 至到達(dá)所述骨骼和植入材料之間的接合位置，在所述接合步驟中，經(jīng)由在所述開口步驟中開設(shè)的孔，向所述 骨骼和植入材料之間的接合位置上照射激光。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨骼的接合方法，其特征在于， 在所述接合步驟中，經(jīng)由預(yù)先在所述骨骼或者植入材料上開設(shè)的孔，向所述骨骼和植入材料之間的接合位置上照射激光。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨骼的接合方法，其特征在于， 所述接合步驟包括-加工狀態(tài)檢測(cè)步驟，其檢測(cè)向所述骨骼和植入材料之間的接合 位置上照射激光而使所述骨骼和植入材料接合時(shí)的所述骨骼以及/ 或者植入材料的加工狀態(tài)；加工條件確定步驟，其根據(jù)檢測(cè)出的加工狀態(tài)，確定在使所述 骨骼和植入材料接合時(shí)的所述骨骼以及/或者植入材料的加工條件； 以及控制步驟，其基于確定出的加工條件，對(duì)東使所述骨骼和植入 材料接合時(shí)的激光的照射進(jìn)行控制。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的骨骼的接合方法，其特征在于， 所述接合步驟包括貼合步驟，其將在所述骨骼和植入材料之間的接合位置上照射 激光而使所述骨骼和植入材料接合時(shí)的所述骨骼與植入材料貼合；加工條件確定步驟，其根據(jù)所述骨骼與植入材料之間的貼合狀 態(tài)以及/或者要求強(qiáng)度，確定在使所述骨骼和植入材料接合時(shí)的所述 骨骼以及/或者植入材料的加工條件；以及控制步驟，其基于確定出的加工條件，對(duì)在使所述骨骼和植入 材料接合時(shí)的激光的照射進(jìn)行控制。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的骨骼的接合方法，其特征在于， 所述接合步驟包括.-貼合步驟，其將在所述骨骼和植入材料之間的接合位置上照射 激光而使所述骨骼和植入材料接合時(shí)的所述骨骼與植入材料貼合；加工狀態(tài)檢測(cè)步驟，其檢測(cè)向所述骨骼和植入材料之間的接合 位置上照射激光而使所述骨骼和植入材料接合時(shí)的所述骨骼以及/ 或者植入材料的加工狀態(tài)；加工條件確定步驟，其根據(jù)所述骨骼與植入材料之間的貼合狀 態(tài)、要求強(qiáng)度以及/或者檢測(cè)出的加工狀態(tài)，確定在使所述骨骼和植 入材料接合時(shí)的所述骨骼以及/或者植入材料的加工條件；以及控制步驟，其基于確定出的加工條件，對(duì)在使所述骨骼和植入材料接合時(shí)的激光的照射進(jìn)行控制。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的骨骼的接合方法，其特征在于， 所述接合步驟包括-插入工序，其將所述植入材料插入至所述骨骼的缺損部中； 熔融工序，其向插入至所述骨骼的缺損部中的植入材料照射所述激光，使所述植入材料熔融；發(fā)泡工序，其利用所述激光使所述骨骼燃燒，同時(shí)在通過所述骨骼燃燒而產(chǎn)生的氣氛中，使熔融的所述植入材料中產(chǎn)生發(fā)泡狀態(tài)的氣泡；以及凝固工序，其通過停止向所述植入材料照射所述激光，而在所 述植入材料中生成將所述發(fā)泡狀態(tài)的氣泡封入并凝固而成的發(fā)泡層， 將凝固后的發(fā)泡層和所述骨骼接合。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的骨骼的接合方法，其特征在于，所述植入材料是磷灰石。
11. 一種激光加工裝置，其在所述骨骼以及/或者植入材料上照 射激光，進(jìn)行骨骼以及/或者植入材料的激光加工，其特征在于，具有激光照射部，其在所述骨骼和植入材料之間的接合位置上照射激光；加工條件確定部，其確定在使所述骨骼和植入材料接合時(shí)的所 述骨骼以及/或者植入材料的加工條件；以及控制部，其基于所述加工條件確定部確定出的加工條件，對(duì)在 使所述骨骼和植入材料接合時(shí)的激光的照射進(jìn)行控制。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光加工裝置，其特征在于， 還具有加工狀態(tài)檢測(cè)部，其檢測(cè)所述激光照射部向所述接合位置上照射激光而使所述骨骼和植入材料接合時(shí)的所述骨骼以及/或者植入材料的加工狀態(tài)，所述加工條件確定部根據(jù)所述加工狀態(tài)檢測(cè)部檢測(cè)出的加工狀 態(tài)，確定所述骨骼以及/或者植入材料的加工條件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述激光照射部在所述骨骼或者植入材料上照射激光，進(jìn)行所述骨骼或者植入材料的開孔處理，同時(shí)所述加工狀態(tài)檢測(cè)部對(duì)進(jìn)行所 述骨骼或者植入材料的開孔處理時(shí)的加工狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并且所述加 工條件確定部確定在進(jìn)行所述骨骼或者植入材料的開孔處理時(shí)的加 工條件，并且所述控制部對(duì)在進(jìn)行所述骨骼或者植入材料的開孔處理 時(shí)的激光的照射進(jìn)行控制。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光加工裝置，其特征在于，所述控制部具有能級(jí)控制部，其對(duì)所述激光照射部照射的激光 的能級(jí)進(jìn)行控制。
15 根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述控制部具有激光切換控制部，其對(duì)所述激光照射部照射的 激光的種類的切換進(jìn)行控制。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述控制部具有焦點(diǎn)位置控制部，其對(duì)所述激光照射部照射的激光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行控制。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述控制部對(duì)所述激光照射部照射的激光的光束接通時(shí)間進(jìn)行控制。
18. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述加工狀態(tài)檢測(cè)部具有亮度檢測(cè)部，其檢測(cè)所述骨骼以及/或者植入材料的亮度，所述加工條件確定部確定與所述亮度檢測(cè)部檢測(cè)出的亮度對(duì)應(yīng) 的加工條件。
19. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述加工狀態(tài)檢測(cè)部具有時(shí)間測(cè)量部，其對(duì)向所述骨骼以及/或者植入材料照射激光的激光照射時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，所述加工條件確定部確定與所述時(shí)間測(cè)量部測(cè)量出的激光照射 時(shí)間對(duì)應(yīng)的加工條件。
20. —種植入材料，其特征在于，具有 基部層，其由已成型的致密基體形成；以及發(fā)泡層，其是通過在所述基部層中作為與骨骼之間的接合對(duì)象 的接合部上實(shí)施規(guī)定的表面處理而生成的層，是封入發(fā)泡狀態(tài)的氣泡 并進(jìn)行凝固而形成的。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的植入材料，其特征在于， 所述發(fā)泡層，通過從該發(fā)泡層進(jìn)行了所述表面處理的一側(cè)，研磨或者磨削所述發(fā)泡層的表面，而使所述氣泡的剖面露出。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的植入材料，其特征在于，所述發(fā)泡層是將多種所述氣泡的直徑以及/或者氣泡的密度不 同的層組合而成的。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的植入材料，其特征在于， 所述基部層是磷灰石，所述發(fā)泡層是發(fā)泡磷灰石。
24. —種植入材料制造方法，其特征在于，包含 骨骼燃燒工序，其在骨骼上照射熱源而使所述骨骼燃燒；以及 發(fā)泡層生成工序，其在通過所述骨骼燃燒而產(chǎn)生的氣氛中，將所述熱源向已經(jīng)燒結(jié)的植入材料照射而使所述植入材料熔融，在熔融 的植入材料中生成將發(fā)泡狀態(tài)的氣泡封入并凝固而成的發(fā)泡層。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的植入材料制造方法，其特征在于，在所述發(fā)泡層生成工序后還包含氣泡露出工序，其從所述植入 材料受到熱源照射的一側(cè)，對(duì)所述發(fā)泡層的表面進(jìn)行研磨或者磨削而 使所述氣泡的剖面露出。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的植入材料制造方法，其特征在于，在所述發(fā)泡層生成工序中，通過對(duì)所述熱源的照射進(jìn)行控制而 生成由多種層組合而成的發(fā)泡層，上述多種層是所述氣泡的直徑以及 /或者氣泡的密度不同，且與所述發(fā)泡層所要求的細(xì)胞浸潤(rùn)性或者強(qiáng) 度相應(yīng)的層。
27. —種植入材料制造方法，其特征在于，包含 骨骼燃燒工序，其在骨骼上照射熱源而使所述骨骼燃燒；以及 發(fā)泡層生成工序，其在通過所述骨骼燃燒而產(chǎn)生的氣氛中使植入材料燒結(jié)，同時(shí)在所述植入材料中生成將發(fā)泡狀態(tài)的氣泡封入并凝 固而成的發(fā)泡層。
28. —種植入材料制造裝置，其向由已成型的致密性基體形成的 植入材料照射熱源，而在所述植入材料中生成新加工層，其特征在于，具有熱源照射部，其在所述植入材料中成為表面改性對(duì)象的表面改 性位置上照射熱源；加工條件確定部，其確定在進(jìn)行所述植入材料的表面改性處理 時(shí)的所述植入材料的加工條件；以及控制部，其基于所述加工條件確定部確定出的加工條件，對(duì)在 進(jìn)行所述植入材料的表面改性處理時(shí)的熱源的照射進(jìn)行控制。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的植入材料制造裝置，其特征在于， 還具有加工狀態(tài)檢測(cè)部，其檢測(cè)所述激光照射部向所述表面改性位置照射熱源而進(jìn)行所述植入材料的表面改性時(shí)的植入材料的加 工狀態(tài)，所述加工條件確定部根據(jù)所述加工狀態(tài)檢測(cè)部檢測(cè)出的加工狀 態(tài)，確定所述植入材料的加工條件。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的植入材料制造裝置，其特征在于， 所述控制部具有能級(jí)控制部，其對(duì)所述激光照射部照射的熱源的能級(jí)進(jìn)行控制。
31. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的植入材料制造裝置，其特征在于， 所述控制部具有熱源切換控制部，其對(duì)所述激光照射部照射的熱源的種類的切換進(jìn)行控制。
32. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的植入材料制造裝置，其特征在于， 所述控制部具有焦點(diǎn)位置控制部，其對(duì)所述熱源照射部照射的熱源的焦點(diǎn)位置進(jìn)行控制。
33. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的植入材料制造裝置，其特征在于， 所述控制部對(duì)所述熱源照射部照射的熱源的照射接通時(shí)間進(jìn)行控制。
34. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的植入材料制造裝置，其特征在于， 所述加工狀態(tài)檢測(cè)部具有亮度檢測(cè)部，其檢測(cè)所述植入材料的亮度，所述加工條件確定部確定與所述亮度檢測(cè)部檢測(cè)出的亮度對(duì)應(yīng) 的加工條件。
35. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的植入材料制造裝置，其特征在于， 所述加工狀態(tài)檢測(cè)部具有時(shí)間測(cè)量部，其對(duì)向植入材料照射熱源的熱源照射時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，所述加工條件確定部確定與所述時(shí)間測(cè)量部測(cè)量出的熱源照射 時(shí)間對(duì)應(yīng)的加工條件。
36. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的植入材料制造裝置，其特征在于， 所述植入材料是磷灰石。
37. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的植入材料制造裝置，其特征在于， 所述熱源是激光、等離子弧、電子束中的至少l種。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使骨骼和植入材料接合的骨骼的接合方法，用于使骨骼和植入材料之間在短時(shí)間內(nèi)容易地進(jìn)行接合，該骨骼的接合方法包括開口步驟，其將激光照射在骨骼(51)或者植入材料(52)上，對(duì)骨骼(51)或者植入材料(52)進(jìn)行開孔處理，直至到達(dá)骨骼(51)與植入材料(52)之間的接合位置；以及接合步驟，其經(jīng)由在開口步驟中開設(shè)的孔，將激光照射在骨骼(51)與植入材料(52)之間的接合位置上，使骨骼(51)和植入材料(52)接合。
文檔編號(hào)A61C13/00GK101505689SQ20078003099
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2007年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月22日
發(fā)明者東藤正浩, 但野茂, 村井融, 荻田平, 金岡優(yōu) 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社;國(guó)立大學(xué)法人北海道大學(xué)