專利名稱：醫(yī)用金屬人工骨小梁的制備及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)骨科醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域，具體說涉及到一種醫(yī)用金屬人工骨 小梁的制備及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
眾所周知，在臨床醫(yī)學(xué)骨科手術(shù)中，骨修復(fù)、骨填充和骨支撐是常用的治療 手段，由于骨腫瘤、椎間盤病變、骨關(guān)節(jié)炎及創(chuàng)傷等多種病因?qū)е碌墓侨睋p是臨 床上非常常見，病變部位涉及人體骨骼系統(tǒng)中各個部分，包括顱骨，軀干骨，四 肢骨及關(guān)節(jié)。在各種需要植骨治療的手術(shù)中，有的需要進(jìn)行骨缺損部位的填充治 療以恢復(fù)骨的連續(xù)性和骨容量，有的需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)骨植骨以起到支撐穩(wěn)定或融合 作用，有的需要進(jìn)行再造或整形以達(dá)到修復(fù)的目的。植骨來源又分為自體骨或異 體骨。由于自體骨再生能力強、愈合快，無免疫排異反應(yīng)，是最可靠的植入骨體， 但由于自體骨來源有限，增加了病人的副損傷及感染風(fēng)險。而異體骨雖然來源豐 富，但經(jīng)過處理后，其原有的機械強度降低，各種性能有所改變，需要長時間的 骨整合及爬行替代完成修復(fù)，影響治療效果。并且異體骨移植可能導(dǎo)致其他疾病 的傳播，缺乏安全性。因此，研制治療骨缺損替代用的人工骨一直是本領(lǐng)域急需 解決的課題。近年來，隨著醫(yī)療科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及醫(yī)學(xué)材料的不斷發(fā)展，在治療 骨缺損手術(shù)中進(jìn)行骨填充、骨修復(fù)、骨支撐及骨移植方面使用各種人工替代骨已 經(jīng)成為現(xiàn)實，如利用磷酸三鈣材料浸漬生長因子溶液形成的復(fù)合人工骨、用聚乳 酸、珍珠粉及氯化鈉為原料燒制而成并可降解的復(fù)合人工骨等等，這些人工替代 骨的性能雖然較某些單一成分的代用材料有所改善，但大多仍存在著治療效果不 穩(wěn)定、制造工藝復(fù)雜及成本高昂的問題，尤其是這些人工替代骨的主要材料是用 磷酸三鈣與脫水脫鈣的骨粉明膠混合制成或用碳酸鈣配以其它高分子材料等制 成，雖然其無機成分接近骨，但屬于非活性的無機化合物，植入骨體后可以起到 支架的作用，不能誘導(dǎo)骨細(xì)胞生長，力學(xué)性能差，不能起到良好的支撐作用，并 且骨體生長緩慢，耗時長，影響治療效果。除了利用生物材料制備人工替代骨外，現(xiàn)在金屬制備的人工替代骨也得到了應(yīng)用，在本領(lǐng)域也稱為醫(yī)用金屬人工骨小 梁，常用不銹鋼、鈦合金及鈷鉻鉬合金等材料制造，由于這些材料具有良好耐磨 性、耐腐蝕性和優(yōu)良的力學(xué)特性及生物相容性好而得到了更加廣泛的應(yīng)用，例如 中國專利20081011686. 6就公開了一種用于股骨頭壞死的金屬骨支撐器，利用電 子束熔融成型設(shè)備中發(fā)出的電子束將設(shè)備內(nèi)的鈦合金粉末掃描熔融成具有類似 生物松質(zhì)骨強度及彈性的金屬人工股骨頭部件，對人體骨股頭壞死部分進(jìn)行骨缺 損置換或骨移植，從而減緩股骨頭壞死塌陷速度，起到體內(nèi)金屬骨支撐器的作用。 而現(xiàn)在，如何利用電子束熔融技術(shù)將鈦合金粉末掃描熔融成可廣泛應(yīng)用到各種骨 缺損部位，以達(dá)到修復(fù)、填充、支撐、再造及整形功能的醫(yī)用金屬人工骨小梁是 本領(lǐng)域面臨的新任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能與人體骨產(chǎn)生生物性結(jié)合、具有多孔、表面摩擦 系數(shù)高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、力學(xué)性能類似人骨、與人體骨匹配性強、允許骨細(xì)胞長入并 與人體細(xì)胞生長結(jié)合穩(wěn)定的醫(yī)用金屬人工骨小梁，并可廣泛應(yīng)用到人體骨骼系 統(tǒng)，包括顱骨，軀干骨，四肢骨的各種骨缺損、骨填充、骨支撐、骨再造及骨整 形手術(shù)的臨床治療。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種醫(yī)用金屬人工骨小梁的 制備及應(yīng)用，根據(jù)骨小梁具有的功能結(jié)構(gòu)及形狀特點，通過計算機完成金屬人工 骨小梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計，將設(shè)計完成的信息資料輸入計算機控制的電子束熔融成型設(shè)
備中，利用電子束所產(chǎn)生180(TC以上的溫度對成型設(shè)備內(nèi)的鈦合金粉末進(jìn)行分
層掃描、高溫熔融，直至堆積成型，其特點是，成型后的金屬人工骨小梁本體具 有類似生物松質(zhì)骨形態(tài)特征、強度及彈性模量，其表面具有多孔結(jié)構(gòu)形成粗糙和
疏松的外表面，孔徑為50—卯O微米，孔隙率為40—90%;應(yīng)用于人體骨骼系統(tǒng)
中的各種骨缺損、骨填充、骨支撐、骨再造及骨整形。
上述金屬人工骨小梁的形狀可以是六面體、圓柱體、類圓柱體、球形體、圓 錐體及多面幾何體，也可以是任意形狀的異形體。
上述所述金屬人工骨小梁可以用于髖臼骨缺損，膝關(guān)節(jié)骨缺損，椎體間植骨融合，顱骨缺損，頜面部骨缺損及骨盆骨缺損的填充、支撐及修復(fù)。
上述所述金屬人工骨小梁還可以用于人工關(guān)節(jié)的置換及翻修手術(shù)以及骨整形 手術(shù)的骨修復(fù)。
本發(fā)明的工作原理是首先根據(jù)所需金屬人工骨小梁應(yīng)具有的功能結(jié)構(gòu)及形 態(tài)特點，通過計算機完成結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后將設(shè)計完成的金屬人工骨小梁信息資料 輸入計算機控制的電子束熔融成型設(shè)備中，成型設(shè)備內(nèi)的電子槍發(fā)射的高能電子 束通過聚焦線圈、偏轉(zhuǎn)線圈后，掃描到工作艙均勻鋪設(shè)的鈦合金粉層上，根據(jù)圖 文數(shù)據(jù)由計算機控制，在需要成型的點部位產(chǎn)生i80(TC以上的高溫使金屬粉末 熔融，當(dāng)一層粉末處理完畢后再鋪一層新的粉末進(jìn)行掃描熔融，逐漸堆積成型， 制成金屬人工骨小梁；通過電子束熔融成型設(shè)備使用微細(xì)鈦金屬粉末直接制造出 的金屬人工骨小梁，其特點是金屬人工骨小梁本體致密結(jié)構(gòu)和多孔結(jié)構(gòu)完美結(jié) 合，并且孔隙大小及孔隙率可以按要求進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)了金屬人工骨小梁在不同 支撐修復(fù)部位具有不同的材質(zhì)密度和疏松度，既保證了骨小梁代用骨強度，又有 利于其表面進(jìn)行骨長入形成生物固定。金屬人工骨小梁內(nèi)部間隙結(jié)構(gòu)可控的孔隙 率為40—90%，其外表面為多孔結(jié)構(gòu)的粗糙面，具有較高的摩擦系數(shù)，具有植 入后初始的穩(wěn)定性。在手術(shù)中，將金屬人工骨小梁植入人體后，骨組織可通過金 屬人工骨小梁上具有的多孔結(jié)構(gòu)、粗糙外表面上的孔隙向內(nèi)生長，形成內(nèi)長入結(jié) 構(gòu)，與人體骨組織有機結(jié)合為一個整體，達(dá)到真正的生物固定，增強了代用骨植 入的穩(wěn)定性，無植入材料溶解吸收的弊端，減小了手術(shù)難度，提高了手術(shù)質(zhì)量。
采用上述電子束熔融制備金屬人工骨小梁，其表面具有能使骨長入的多孔結(jié) 構(gòu)，力學(xué)和生物學(xué)特征類似人骨，表面摩擦系數(shù)高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。尤其是其應(yīng)用范 圍廣泛，不但可以用于脊椎間、髖臼、膝關(guān)節(jié)、顱骨、頜面、及骨盆的骨缺損支 撐修復(fù)，還適應(yīng)人體骨骼系統(tǒng)中包括，軀干骨，四肢骨的骨缺損修復(fù)，骨填充修 復(fù)和骨支撐修復(fù)，也可用于人體各骨關(guān)節(jié)的骨再造及骨整形手術(shù)的骨修復(fù)治療， 達(dá)到了發(fā)明目的。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例詳述本發(fā)明； 實施例脊椎椎體間植骨融合修復(fù)用金屬人工骨小梁
根據(jù)脊椎椎體間骨缺損的結(jié)構(gòu)及形狀特點，制備脊椎椎體間金屬人工骨小梁，首先通過計算機完成脊椎椎體間金屬人工骨小梁結(jié)構(gòu)及形狀設(shè)計，將設(shè)計完 成的金屬人工骨小梁的信息資料輸入計算機控制的電子束熔融成型設(shè)備中，利用
電子束所產(chǎn)生180(TC的溫度對成型設(shè)備內(nèi)的鈦合金粉末進(jìn)行分層掃描、高溫熔 融，直至堆積成所需要的六面體形狀，整體具有類似生物松質(zhì)骨形態(tài)、強度及彈 性模量，其表面具有多孔結(jié)構(gòu)形成粗糙和疏松的外表面，孔徑平均為500微米， 孔隙率為60%。
按照實施例的制備方法，金屬人工骨小梁還可對髖臼骨缺損、膝關(guān)節(jié)骨缺損， 顱骨骨缺損，頜面骨缺損及骨盆骨缺損進(jìn)行支撐修復(fù)，將不同病變部位進(jìn)行CT 掃描重建，獲得缺損部位的三維結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)缺損部位的需要設(shè)計出不同形態(tài)、 密度及孔隙率的金屬人工骨小梁異形體，以便適應(yīng)各類骨缺損的修復(fù)。此外還可 將金屬人工骨小梁與人工關(guān)節(jié)面相結(jié)合，制造出用于各種嚴(yán)重畸形的人工關(guān)節(jié)初 次置換及翻修假體。
權(quán)利要求
1. 一種醫(yī)用金屬人工骨小梁的制備及應(yīng)用，根據(jù)骨小梁具有的功能結(jié)構(gòu)及形狀特點，通過計算機完成金屬人工骨小梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計，將設(shè)計完成的信息資料輸入計算機控制的電子束熔融成型設(shè)備中，利用電子束所產(chǎn)生1800℃以上的溫度對成型設(shè)備內(nèi)的鈦合金粉末進(jìn)行分層掃描、高溫熔融，直至堆積成型，其特征在于成型后的金屬人工骨小梁本體具有類似生物松質(zhì)骨形態(tài)特征、強度及彈性模量，其表面具有多孔結(jié)構(gòu)形成粗糙和疏松的外表面，孔徑為50—900微米，孔隙率為40—90％；應(yīng)用于人體骨骼系統(tǒng)中的各種骨缺損、骨填充、骨支撐、骨再造及骨整形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬人工骨小梁的制備及應(yīng)用，其特征在于上 述所述金屬人工骨小梁的形狀可以是六面體、圓柱體、類圓柱體、球形體、圓錐 體及多面幾何體，也可以是任意形狀的異形體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的金屬人工骨小梁的制備及應(yīng)用，其特征在于上 述所述金屬人工骨小梁可以用于髖臼骨缺損，膝關(guān)節(jié)骨缺損，椎體間植骨融合， 顱骨缺損，頜面部骨缺損及骨盆骨缺損的填充、支撐及修復(fù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的金屬人工骨小梁的制備及應(yīng)用，其特征在于上述所述金屬人工骨小梁還可以用于人工關(guān)節(jié)的置換及翻修手術(shù)以及骨整形手術(shù)的 骨修復(fù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種醫(yī)用金屬人工骨小梁的制備及應(yīng)用，通過計算機完成金屬人工骨小梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計后輸入電子束熔融成型設(shè)備中，利用電子束所產(chǎn)生的高溫對成型設(shè)備內(nèi)的鈦合金粉末進(jìn)行分層掃描、高溫熔融，制成具有生物松質(zhì)骨形態(tài)、強度及彈性模量、多孔結(jié)構(gòu)形成粗糙疏松外表面的金屬人工骨小梁，其力學(xué)和生物學(xué)特征類似人骨，表面摩擦系數(shù)高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，應(yīng)用范圍廣泛，適用于人體骨骼系統(tǒng)中的各種骨缺損、骨填充、骨支撐、骨再造及骨整形，也可用于人體各骨關(guān)節(jié)的骨再造及骨整形手術(shù)的骨修復(fù)治療。
文檔編號A61F2/28GK101416906SQ200810227420
公開日2009年4月29日 申請日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者于海鷹 申請人:北京天新福醫(yī)療器材有限公司