陶瓷髖臼人工骨支架的制作方法
【專利說明】_種個(gè)性化 β -T 1-15Μο 合金-Co-28Cr-6Mo 合金-A 1203陶瓷髖臼人工骨支架
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)用器械領(lǐng)域，具體為個(gè)性化β-??-15Μο合金-Co-28Cr-6Mo合金-Al2O3陶瓷髖臼人工骨支架。
【背景技術(shù)】
[0002]髖關(guān)節(jié)是人體最大的關(guān)節(jié)，其解剖的復(fù)雜性，需要起承重作用，關(guān)節(jié)活動(dòng)大，骨折類型的多樣性致使髖臼骨折的修復(fù)治療存在一定難度。一般的內(nèi)固定存在顯露困難，易損傷坐骨神經(jīng)，螺釘松動(dòng)等術(shù)后并發(fā)癥，且對(duì)骨科醫(yī)師的要求較高。利用人工骨支架填充修復(fù)骨缺損是常用的治療手段。例如專利200810227420.8醫(yī)用金屬人工骨小梁的制備及應(yīng)用，其利用電子束熔融成形法制作鈦合金骨小梁用于填補(bǔ)缺損。但電子束熔融成形法需要高功率激光和電子束，在安全性，穩(wěn)定性上不及選擇性激光燒結(jié)法，此外實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)其成品在精度和重復(fù)性上也差強(qiáng)人意，而帶關(guān)節(jié)面人工骨支架對(duì)解剖精度要求高，要避免臺(tái)階。且依靠電腦設(shè)計(jì)多為規(guī)則幾何形狀，而骨折類型多，缺損形狀復(fù)雜，單單靠人為用電腦設(shè)計(jì)出的植入物形態(tài)貼合度不及由CT重建后應(yīng)用MMCS軟件設(shè)計(jì)出CAD三維模型。另外此發(fā)明忽略了關(guān)節(jié)的功能要求，完全使用金屬材料會(huì)產(chǎn)生磨損顆粒使植入?yún)^(qū)發(fā)生溶骨而松動(dòng)。借此，我們創(chuàng)新性發(fā)明了個(gè)性化β -T1-15Mo合金-Co-28Cr-6Mo合金-A1203陶瓷髖白人工骨支架。利用CT能將患者髖白骨折的位置、具體數(shù)目、骨折碎片的形態(tài)及關(guān)節(jié)腔內(nèi)游離體的形態(tài)更加清晰的顯示出來。利用反求工程可建立缺損三維模型。再結(jié)合3D打印技術(shù)可以構(gòu)造與缺損部位相匹配的人工骨支架，避免手術(shù)者在術(shù)中對(duì)傳統(tǒng)植入物的塑形與反復(fù)的匹配，縮短了手術(shù)時(shí)間、減少了術(shù)中的出血量。在材料方面，高孔隙率的醫(yī)用鈦合金骨小梁可使新生骨組織長(zhǎng)入其中，且比自然松質(zhì)骨擁有更好地力學(xué)性能而被設(shè)計(jì)為人工骨小梁。β相的鈦合金較α相擁有更好的強(qiáng)度。T1-15Mo合金為其中一種，因其低彈性模量、優(yōu)異的成形性和抗腐蝕性而被FDA批準(zhǔn)使用。C0-28Cr-6M0合金已用于牙科數(shù)十年，目前金用來制造承受大負(fù)荷重關(guān)節(jié)如膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)，其抗拉伸強(qiáng)度達(dá)到569MPa，抗屈曲強(qiáng)度357MPa，遠(yuǎn)超皮質(zhì)骨。而Al2O3陶瓷是惰性生物陶瓷的一種，具有良好的生物相容性、抗疲勞、低表面摩擦系數(shù)以及極高的耐磨性。因此常常設(shè)計(jì)為人工關(guān)節(jié)面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種個(gè)性化β -T1-15Mo合金-Co-28Cr-6Mo合金-Al2O3陶瓷髖白人工骨支架。
[0004]本發(fā)明提出的個(gè)性化β-??-15Μο合金-Co-28Cr-6Mo合金-Al2O3陶瓷髖白人工骨支架，由多孔隙β -T1-15Mo合金人工骨小梁1、Co-28Cr-6Mo合金支撐層2和Al2O3陶瓷關(guān)節(jié)面3構(gòu)成，其中:多孔隙β -T1-15Mo合金骨小梁設(shè)有螺釘孔洞5，多孔隙β -T1-15Mo合金人工骨小梁I和Al2O3陶瓷關(guān)節(jié)面3之間設(shè)有Co-28Cr-6Mo合金支撐層2，螺釘穿過螺釘孔洞5用于固定多孔隙β -T1-15Mo合金人工骨小梁l、Co-28Cr-6Mo合金支撐層2和Al2O3陶瓷關(guān)節(jié)面3，所述C0-28Cr-6M0合金支撐層2起到承受負(fù)荷防止人工骨支架因承重而變形甚至損壞，Al2O3陶瓷關(guān)節(jié)面3能適應(yīng)髖關(guān)節(jié)的活動(dòng)，耐磨損；具體制備工藝如下:
(1)根據(jù)患者髖白骨折的情況，利用反求工程建立骨和軟骨折缺損部位的三維模型，結(jié)合CAD技術(shù)設(shè)計(jì)建立與骨和軟骨折缺損部位相匹配的人工骨支架；
(2)將15wt%Mo、85wt%Ti 粉末、66wt%Co、28wt%Cr、6wt%Mo 粉末和 Al2O3粉末分別加入選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng)粉末槽內(nèi)，利用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)，在惰性氣體保護(hù)下加溫至1200°C，升溫速度為5°C /min~10°C /min，得到人工骨支架主體部分，保溫2小時(shí)后隨選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng)逐步冷卻，降溫速度為5°C /min~10°C /min，進(jìn)行退火處理；
(3)采用直徑為3.5mm螺釘，螺釘長(zhǎng)度視損傷情況選擇合適的長(zhǎng)度，將三根螺釘盡量平行打入螺釘孔洞內(nèi)，即得人工骨支架。
[0005]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明旨在利用SLS技術(shù)制備個(gè)性化β-??_15Μο合金-Co-28Cr-6Mo合金-Al2O3陶瓷髖白人工骨，為精確、個(gè)性化髖白骨折修復(fù)提供新的方法。所述0-T1-15Mo合金骨小梁具有相互連通的孔隙結(jié)構(gòu)，可用于骨長(zhǎng)入。Co-28Cr-6Mo合金支撐層起到加強(qiáng)人工骨機(jī)械強(qiáng)度，適應(yīng)髖關(guān)節(jié)負(fù)重。Al2O3陶瓷關(guān)節(jié)面具有低表面摩擦系數(shù)以及極高的耐磨性，可耐受膝關(guān)節(jié)的長(zhǎng)期磨損。
【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明的冠狀面圖示。
[0007]圖2為本發(fā)明的矢狀面圖示。
[0008]圖3為本發(fā)明的修復(fù)效果圖示。
[0009]圖中標(biāo)號(hào):1多孔隙β-??-15Μο合金人工骨小梁，2 Co-28Cr_6Mo合金支撐層，3Al2O3陶瓷關(guān)節(jié)面；4螺釘；5螺釘孔洞。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0011]實(shí)施例1:
對(duì)髖臼骨折區(qū)域進(jìn)行薄層CT掃描，獲得包含骨折缺損部分的薄層CT影像，應(yīng)用MMCS軟件設(shè)計(jì)出CAD三維模型將最終設(shè)計(jì)參數(shù)輸入3D打印機(jī)，將將15wt%Mo、85wt%Ti粉末、66wt%Co、28wt%Cr、6wt%Mo粉末和Al2O3粉末分別加入選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng)粉末槽，利用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)，在惰性氣體保護(hù)下加溫至1200°C，升溫速度為5°C /min~10°C /min，燒結(jié)出一體化一體化多孔隙β -T1-15Mo合金骨小梁-Co-28Cr-6Mo支撐層-Al2O3陶瓷關(guān)節(jié)面的主體部分，保溫2小時(shí)后隨爐逐步冷卻，降溫速度為5°C /min~10°C /min，進(jìn)行退火處理。將打印好的多孔隙0-T1-15Mo合金人工骨小梁，Co-28Cr-6Mo合金支撐層，Al2O3陶瓷關(guān)節(jié)面人工骨主體部分植入髖白骨折區(qū)域，用三個(gè)螺釘4通過三個(gè)螺釘孔洞5固定在骨折區(qū)域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種個(gè)性化β -Τ?-15Μ0合金-Co-28Cr-6Mo合金-Al 203陶瓷髖白人工骨支架，其特征在于由多孔隙β -T1-15Mo合金人工骨小梁(I)、Co-28Cr-6Mo合金支撐層(2)和Al2O3陶瓷關(guān)節(jié)面(3)構(gòu)成，其中:多孔隙0-T1-15Mo合金骨小梁設(shè)有螺釘孔洞(5)，多孔隙β -T1-15Mo合金人工骨小梁(I)和Al2O3陶瓷關(guān)節(jié)面(3)之間設(shè)有Co-28Cr_6Mo合金支撐層(2)，螺釘穿過螺釘孔洞(5)用于固定多孔隙β -T1-15Mo合金人工骨小梁(l)、Co-28Cr-6Mo合金支撐層(2)和Al2O3陶瓷關(guān)節(jié)面(3)，所述C0-28Cr-6M0合金支撐層2起到承受負(fù)荷防止人工骨支架因承重而變形甚至損壞，Al2O3陶瓷關(guān)節(jié)面(3)能適應(yīng)髖關(guān)節(jié)的活動(dòng)，耐磨損；具體制備工藝如下: (1)根據(jù)患者髖白骨折的情況，利用反求工程建立骨和軟骨折缺損部位的三維模型，結(jié)合CAD技術(shù)設(shè)計(jì)建立與骨和軟骨折缺損部位相匹配的人工骨支架； (2)將15wt%Mo、85wt%Ti 粉末、66wt%Co、28wt%Cr、6wt%Mo 粉末和 Al2O3粉末分別加入選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng)粉末槽內(nèi)，利用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)，在惰性氣體保護(hù)下加溫至1200°C，升溫速度為5°C /min~10°C /min，得到人工骨支架主體部分，保溫2小時(shí)后隨選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng)逐步冷卻，降溫速度為5°C /min~10°C /min，進(jìn)行退火處理； (3)采用直徑為3.5mm螺釘，螺釘長(zhǎng)度視損傷情況選擇合適的長(zhǎng)度，將三根螺釘盡量平行打入螺釘孔洞內(nèi)，即得人工骨支架。
【專利摘要】本發(fā)明屬于醫(yī)用器械領(lǐng)域，具體為一種個(gè)性化β-Ti-15Mo合金-Co-28Cr-6Mo合金-Al2O3陶瓷髖臼人工骨支架，本發(fā)明根據(jù)患者髖臼骨折缺損部位的機(jī)構(gòu)，利用反求工程和CAD技術(shù)設(shè)計(jì)并使用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)制作與缺損部位相匹配的個(gè)性化β-Ti-15Mo合金-Co-28Cr-6Mo合金-Al2O3陶瓷髖臼人工骨支架，由多孔隙β-Ti-15Mo合金人工骨小梁，2Co-28Cr-6Mo合金支撐層，Al2O3陶瓷關(guān)節(jié)面構(gòu)成。本發(fā)明彌補(bǔ)了髖臼人工骨的空白，為髖臼骨折提供了新的治療思路，使個(gè)性化治療有了可行的方案。
【IPC分類】A61L27-56, A61L27-42
【公開號(hào)】CN104758982
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510167949
【發(fā)明人】謝楊, 章云童, 金光輝, 孫曉飛, 馬兵, 李超, 董薇, 夏琰, 李剛
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍第二軍醫(yī)大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年4月10日