CN103200968A

CN103200968A - 植入材料、植入部件、植入部件制造方法、激光加工方法及激光加工装置

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Publication number: CN103200968A
Application number: CN2011800529043A
Authority: CN
Inventors: 金冈优; 荻田平; 但野茂
Original assignee: Hokkaido University NUC; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Hokkaido University NUC; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: CN103200968B; JPWO2012057287A1; EP2633869B1; EP2633869A1; WO2012057287A1; US9107977B2; EP2633869A4; JP5634524B2; US20130213553A1

Abstract

在进行羟基磷灰石之间、或者骨与羟基磷灰石之间的激光加工（包含在对骨与羟基磷灰石进行加工时，向骨照射激光的情况、和向羟基磷灰石照射激光的情况）的羟基磷灰石中，为了防止激光加工时在接合部或其周围部产生裂纹，而提供混合到羟基磷灰石中的堇青石或石英玻璃成分的最佳重量比。该混合比为，使堇青石或石英玻璃成分的重量比至少大于或等于25.7%。

Description

植入材料、植入部件、植入部件制造方法、激光加工方法及激光加工装置

技术领域

本发明涉及使作为生物材料的陶瓷类羟基磷灰石之间或者羟基磷灰石与生物骨之间结合的材料、以及由该材料构成的部件、部件的制造方法、加工方法及加工装置。

背景技术

对于由作为生物材料的陶瓷类羟基磷灰石构成的生物组织替代部件之间的接合来说，由于羟基磷灰石会在熔融过程中产生裂纹（也称为开裂），因此接合加工很难。由此，作为将羟基磷灰石成型为部件形状的方法，通常是使用金属模成型或切削成型。

在使骨组织与作为生物材料的陶瓷或复合材料等植入材料结合的加工方法中，已知在植入材料上使用纹理（texture）加工表面，以促进骨接合，从而使植入材料（外科移植材料）相对于骨的位置稳定。例如，在固定于患者股骨内的股骨副集合体及安置于患者髋臼内的髋臼副集合体构成的人工髋关节中，股骨副集合体主要包含设有纹理加工表面的人工股骨干（stem），另外，髋臼集合体主要包含设有纹理加工表面的人工杯。纹理加工表面是为了促进骨生长而设置的，但在接合前要进行定位，设置后要使用石膏等固定，至固定为止有时需要几个月的时间。

因此，公开了一种为了实现植入材料与骨组织之间的接合时间的缩短和稳定化，而通过激光加工使植入材料与骨组织接合的技术（例如，参照专利文献1）。另外，还公开了一种实现生物亲和性提高及与组织接合的高韧性的技术（例如，参照专利文献2）。

专利文献1：国际公开第2008/023708号

专利文献2：日本特开昭64－328677号公报

发明内容

在通常的由羟基磷灰石构成的部件的加工中，由于采用金属模成型或切削成型的方法，因此，存在加工时间和加工费用增加的课题。特别地，在其它部分为简单形状而局部为复杂形状的部件制造中，期望采用分别制造复杂部分和简单部分，而在后续工序中使它们接合的制造工序，但如上所述存在开裂问题而无法实现，需要一体成型而需要大量的加工时间和加工费用。

如果上述的羟基磷灰石的部件加工能够采用激光焊接，则对于加工时间和加工费用的削减，能够发挥很大的效果。

另外，在专利文献1记载的使植入材料与骨组织激光接合的方法中，由于没有规定在作为植入材料的羟基磷灰石中含有的堇青石成分的比例，因此，有时会出现接合不良。作为主要的接合不良，是在羟基磷灰石的接合部处或接合部周围产生裂纹。在上述的羟基磷灰石与骨组织的接合中，需要减少接合不良。

另外，在专利文献2记载的技术中，对堇青石成分SiO₂＋Al₂O₃＋MgO和石英玻璃成分SiO₂进行了规定，但没有从与羟基磷灰石的组合的角度进行规定。其原因在于，没有考虑激光加工性及与羟基磷灰石的接合的有效性。

为了解决上述课题并实现目的，发明人反复认真研究，发现在羟基磷灰石中混合的堇青石成分的重量比，与激光加工中的接合部处及其周围的裂纹密切相关。本发明针对进行羟基磷灰石之间、或者骨与羟基磷灰石之间的激光加工（包含在进行骨与羟基磷灰石的加工时，向骨照射激光的情况、和向羟基磷灰石照射激光的情况）的羟基磷灰石，提供在羟基磷灰石中混合的堇青石或石英玻璃成分的最佳重量比，以防止激光加工时在接合部处及其周围部产生裂纹。该混合比为，使堇青石或石英玻璃成分的重量比至少大于或等于25.7%。

另外，本发明的激光加工装置的特征在于，具有：激光照射部，其将激光照射至上述羟基磷灰石之间的接合位置或骨与上述羟基磷灰石之间的接合位置，其中，羟基磷灰石中混合有重量比至少大于或等于25.7%的堇青石或石英玻璃成分；加工条件确定部，其确定使羟基磷灰石之间或骨与羟基磷灰石之间接合时的加工条件；以及控制部，其基于所述加工条件确定部确定的加工条件，对使所述骨与羟基磷灰石接合时的激光照射进行控制。

并且，本发明通过照射激光而使上述羟基磷灰石之间或骨与上述羟基磷灰石之间接合，并制造新的形状的植入部件，其中，羟基磷灰石中混合有重量比至少大于或等于25.7%的堇青石或石英玻璃成分。

发明的效果

根据本发明，由于在羟基磷灰石中混合有重量比至少大于或等于25.7%的堇青石或石英玻璃成分，因此，在照射激光使羟基磷灰石之间或骨与羟基磷灰石之间接合时，能够防止在羟基磷灰石的接合部处或接合部周围产生裂纹。由此，具有能够通过激光加工使羟基磷灰石之间或骨与羟基磷灰石之间在短时间内容易地接合的效果。

附图说明

图1是表示将激光照射至在羟基磷灰石中混合堇青石而成的植入材料上的情况下的混合比例与裂纹产生状况之间的关系的图。

图2是表示用于得到图1所示的表的激光加工条件的图。

图3是照射激光后的植入部件的表面照片。

图4是表示将激光照射至在羟基磷灰石中混合堇青石而成的植入材料上的情况下的混合比例与裂纹产生状况之间的关系的曲线图。

图5是由本发明所涉及的植入材料构成的植入部件的剖视图。

图6是表示羟基磷灰石中混入的各种材料的成分和热膨胀率的表。

图7是用于说明本发明所涉及的激光加工机的结构的框图。

图8是用于说明本发明所涉及的骨与植入部件的接合工序的图。

图9是拍摄出本发明所涉及的植入部件之间的接合状态的照片。

具体实施方式

实施方式1

图1示出将激光照射在植入部件上而检查有无裂纹（也称为开裂）产生的结果，其中，植入部件是针对在作为植入材料的羟基磷灰石中混合玻璃生物材料即堇青石而得到的植入材料，改变堇青石的混合比例并烧结而制成的。在这里，羟基磷灰石是以化学式“Ca₁₀（PO₄）₆（OH）₂”表示的物质，堇青石是由线膨胀率小的玻璃成分即氧化硅（SiO₂）、氧化铝（Al₂O₃）、氧化镁（MgO）构成的物质。关于上述羟基磷灰石与堇青石的混合比例，每次变化10%而使重量比例（堇青石（%）/羟基磷灰石（%））从0%/100%变化至100%/0%，并制成植入部件。

对于激光加工条件，按照使在对上述植入部件的激光照射下的激光照射部分的植入材料的熔深成为1mm、3mm、5mm、7mm、10mm这5种熔深的方式设定。在这里，所谓熔深，是指植入部件的从激光照射侧的表面至熔融的最下部位置为止的距离。在图2中示出具体的加工条件。在图2中，激光功率的范围例如在熔深量1mm的情况下的激光功率300至500W，是能够得到适当的熔深且能够得到后述的接合所需的发泡的范围。另外，照射时间是从激光照射开始至发泡结束的时间，在本试验中具有激光功率越大照射时间越短的倾向。没有记载的其它加工条件参数为，占空比：10%、激光种类：CO2、透镜焦距：7.5英寸、辅助气体种类：Ar、辅助气体流量：10升/分钟、喷嘴直径：2mm，但上述参数对于作为本发明的目的的接合能力来说并不是决定性因素。是会影响接合部品质的参数，而所记载的数值不是必须的，需要对应于状态进行修正。

在图1中，有裂纹产生的加工标记×，没有裂纹产生的加工标记○。在熔深较小的1mm的激光加工中，在堇青石（%）/羟基磷灰石（%）的比例从30%/70%开始使堇青石量增加的范围内，没有产生裂纹。另外，随着熔深变大，有裂纹产生的区域和没有裂纹产生的区域的边界，向堇青石量增加的区域偏移。另外，如果激光功率小于或等于1kw，则包含无法得到适当发泡的情况在内，在任意的熔深量下，裂纹产生状况和堇青石的混合比的关系均与图1相同。

图3是为了得到图1的结果而照射了激光后的植入部件的实际表面照片。试验条件为，为了得到熔深5mm而以激光功率600W、照射时间0.9秒的条件进行激光照射。从图3可知，在堇青石（%）/羟基磷灰石（%）的比例为50%/50%时，加工物左右裂开。在堇青石（%）/羟基磷灰石（%）的比例为60%/40%、70%/30%、90%/10%时，没有产生裂纹，可在激光照射位置周围观察到熔融的痕迹。

如图1、3所示，可知对于利用以适当的重量混合比在羟基磷灰石中混合有堇青石的植入材料制造的植入部件，没有因激光照射而产生裂纹。如图1所示，如果该堇青石重量混合比小于30%，则不管多大熔深均会产生裂纹，因此，为了得到1mm熔深，堇青石重量混合比必须至少大于或等于30%。另外，可知在为了实现接合强度提高而使熔深更大的情况下，必须使堇青石的重量混合比增加。关于该重量混合比的增加，通过将图1中的激光照射部的熔深和在各熔深时未产生裂纹的堇青石的最小重量混合比绘成曲线，从而变得清楚。图4为该曲线图。根据图4，没有产生裂纹的堇青石的混合比能够通过下式表示。

W（%）≧5.8×D（mm）＋25.7 （式1）

其中，W（%）表示堇青石的重量混合比，D（mm）表示激光照射部的熔深。在这里，如果D＝0则W＝25.7，因此能够使最小重量比为25.7%。另外，（式1）是将图1的结果直接绘成曲线并进行线性近似而得到的，但实际上，堇青石的混合比可能会产生20%左右的误差。其原因在于，在羟基磷灰石这样的陶瓷中，各自的气孔率是确定的，由于气孔率的差异而可能产生20%左右的误差。另外，混合比的最大值为100%。在这里，必要的加工条件为图2中记载的功率和照射时间。如果功率过小则热影响变大，如果功率过大则易由于热冲击而产生裂纹，因此，必须优先设定。在确定该功率后，对应于功率而按照能够得到规定熔深的方式设定照射时间。由此，照射时间这一参数成为从属条件。作为其它条件参数，如图1的说明所示。

如上所述，如果激光照射部的熔深变大，则必须提高堇青石的混合比，推测其理由如下。即，激光照射而导致的开裂是由于热膨胀受到抑制而产生的，由于熔深量越大，该抑制力越大，因此越容易发生开裂。陶瓷和石英玻璃的切断也同样地，薄板能够无开裂地切断，而板厚变大则会产生裂纹，其原因相同。另一方面，通过提高堇青石的混合比，从而能够使膨胀率较小的成分增加。由此，认为图1、3的原因在于热膨胀的量变少而难以发生开裂。

其中，在图1的试验中，与激光照射部的植入材料熔深无关地，以规定的堇青石混合比制成植入材料，并利用该植入材料成型出植入部件整体。但是，实际上，不需要由以规定的堇青石混合比的植入材料制成植入部件整体，而只要使激光加工时熔融那部分的混合比满足（式1）即可。图5是示意地示出将羟基磷灰石和堇青石混合得到的植入部件的剖面的图。图5（a）示出现有的普通羟基磷灰石11植入部件的剖面。图5（b）示出本发明的由植入材料12成型而成的植入部件的剖面，其中，植入材料12是在羟基磷灰石中均匀混合堇青石制得的。图5（c）示出本发明的具有植入材料12的植入部件的剖面，其中，在植入材料12中，直至羟基磷灰石11植入部件的表面部分的规定深度为止均匀混合有堇青石。

在植入部件的激光接合中，由于是使植入部件的表面层熔融结合，因此，如图5（c）所示，可以仅使得通过激光照射而熔融的表面层为适于接合的、将羟基磷灰石与堇青石混合而成的构成组织。在该情况下，可以将表面层的厚度设为熔深，通过（式1）确定堇青石的混合比。另一方面，如图5（b）所示，在使植入部件的整体形成为羟基磷灰石与堇青石混合而成的构成组织的情况下，如果对植入部件进行分割并进行激光接合，则即使激光接合面是对植入部件进行分割而露出的内部，也能够进行应对，使得堇青石的混合比适当而不产生裂纹。

另外，以上对于在作为植入材料的羟基磷灰石中混合作为玻璃生物材料的堇青石的情况进行了说明，但可知代替堇青石而同样地将作为玻璃生物材料的石英玻璃混合到羟基磷灰石中，也能够得到同样的效果。另外，关于植入部件的裂纹产生状况与石英玻璃的重量混合比之间的关系，也得到与图1和图4相同的结果。此外，将堇青石和石英玻璃的混合物混合到羟基磷灰石中，关于堇青石和石英玻璃的混合物与羟基磷灰石之间的重量比、以及上述混合物形成的植入材料的因激光照射而产生的裂纹，也能够得到与图1和图4相同的效果。

通常，在陶瓷的局部加热熔融中，由于会因被加工物的膨胀和收缩而发生开裂，因此，在炉中对被加工物整体进行加热熔融和接合。但是，在堇青石与羟基磷灰石的混合比例为60%/40%的植入部件的局部加热熔融中，堇青石的热膨胀率有效发挥作用，没有发生开裂。另外，图6示出作为代表性的玻璃的钠玻璃（Soda glass）、石英玻璃（Silica glass）、堇青石（Cordierite）的成分以及热膨胀率，而石英玻璃也具有充分小的热膨胀率，如上所述，与堇青石同样地没有发生开裂。由此可知，对于能够混合到羟基磷灰石中的玻璃生物材料，如果具有比堇青石小的热膨胀率，就是能够进行激光接合的对象。

实施方式2

下面，说明对在实施方式1中说明的由植入材料成型的植入部件进行激光加工的方法及装置，该植入材料是以适当的重量比在羟基磷灰石中混合堇青石或石英玻璃而制成的。图7是表示本发明的实施方式所涉及的激光加工装置的结构的框图。激光加工装置1具有激光照射部10、能级控制部21、激光切换控制部22、焦点位置控制部23、加工条件确定部30、亮度检测部41及时间测量部42。

另外，其中的能级控制部21、激光切换控制部22及焦点位置控制部23有时也称为控制部，其中的亮度检测部41及时间测量部42有时也称为加工状态检测部。另外，由于随着作业者的熟练度不同，亮度检测有时能够通过熟练作业者的视觉判断而进行处理，因此，即使是不具有亮度检测部41的装置也能够应对。

激光加工装置1是使用在实施方式1中说明的由植入材料烧结而成的植入部件，通过激光加工使该植入部件之间或植入部件（人工骨或人工牙根）与骨（或者牙齿）之间接合的装置，其中，植入材料是以适当的重量比将堇青石混合到羟基磷灰石中而制成的。在植入部件之间、或者植入部件与骨或牙齿之间的接合工序中，为了在至骨生长得到充分促进为止的期间及将来，牢固地保持植入部件与骨之间的接合位置关系，该装置基于规定的控制，向植入部件或骨照射激光。这里的激光加工装置1将激光照射在植入部件或骨上，对植入部件或骨进行开孔，并进行植入部件与骨之间的接合。

激光照射部10将激光照射在植入部件或骨等被加工物上。激光照射部10与能级控制部21、激光切换控制部22及焦点位置控制部23连接，基于能级控制部21、激光切换控制部22及焦点位置控制部23的控制，以规定的加工条件向植入部件或骨照射激光。

激光切换控制部22基于来自加工条件确定部30的指示，对激光照射部10向被加工物照射的激光的种类进行切换。激光切换控制部22从例如CO₂激光、YAG（Yttrium Aluminum Garnet）激光、CO激光、UV（Ultra Violet rays）－YAG激光、光纤激光、绿色激光、准分子激光等中选择至少一种激光，对激光照射部10向被加工物照射的激光的种类进行切换。

焦点位置控制部23基于来自加工条件确定部30的指示，对激光照射部10向被加工物照射的激光的焦点位置进行控制（使激光聚光）。能级控制部21基于来自加工条件确定部30的指示，对激光照射部10照射在被加工物上的激光的能级进行控制。

加工条件确定部30向能级控制部21、激光切换控制部22、焦点位置控制部23发送指示，从而以规定的加工条件向植入部件或骨照射激光。加工条件确定部30将关于向被加工物照射的激光的能级的指示发送至能级控制部21，将关于向被加工物照射的激光的种类的指示发送至激光切换控制部22，将关于向被加工物照射的激光的焦点位置的指示发送至焦点位置控制部23。

加工条件确定部30基于从亮度检测部41接收到的被加工物的亮度和从时间测量部42接收到的测量时间（激光加工开始后的时间等），确定对植入部件或骨进行激光照射时的加工条件，基于所确定的加工条件，将指示发送至能级控制部21、激光切换控制部22及焦点位置控制部23。

作为被加工物的加工状态，亮度检测部41对被加工物的亮度（被加工物的激光照射部的亮度）进行检测，并发送至加工条件确定部30。作为被加工物的加工状态，时间测量部42对激光加工开始后的经过时间、植入部件的开孔开始后的经过时间、骨的开孔开始后的经过时间、及为了将植入部件与骨接合而将激光照射到接合部分（骨与植入部件之间的接合部分）的情况下的经过时间等进行测量，将测量中的经过时间发送至加工条件确定部30。

下面，对激光加工装置1的具体的激光加工处理进行说明。激光加工装置1的激光照射部10，例如使用聚光为直径大约小于或等于0.3mm的、能量密度大于或等于10³W/cm²的高能量密度的激光。由此，能够减少激光加工的区域而局部进行加热，而且能够在短时间内实现对被加工物的开孔加工和熔融加工。另外，激光加工装置1能够通过由加工条件确定部30进行加工条件即激光输出条件的选择（确定），从而对使被加工物熔融的时间即激光的照射时间、被加工物的熔融范围进行控制。在这里，激光的照射时间主要贡献在熔融范围的深度方向方面，激光的聚光直径主要贡献在熔融范围的径向方面。另外，激光加工装置1通过由加工条件确定部30进行加工条件选择，从而能够广泛地对金属、树脂、陶瓷等被加工物进行开孔处理和熔融处理。

下面，作为激光加工装置1的具体的激光加工处理，对进行被加工物的开孔处理，然后将骨与植入部件接合的工序进行说明。图8是表示向骨51照射激光4而实施开孔，然后使配置在骨下方的植入部件52发泡而将骨51与植入部件52接合的工序的图。即，骨51配置在激光4的照射侧，植入部件52相对于骨51配置在照射侧的相反那一侧即反照射侧，进行激光加工处理。另外，在以下的说明中，将照射侧简称为上侧或上，将反照射侧简称为下侧或下。

具体地说，图8（a）是表示在厚度1mm的骨51的下方配置有厚度5mm的植入部件52的图，其中，该植入部件52的堇青石与羟基磷灰石的混合比例为60%/40%。

图8（b）是从骨51的上部向在图8（a）中上下配置的骨51和植入部件52照射CO₂激光4，在骨51上实施开孔的图。在骨51上开孔的孔尺寸，能够通过调整激光4的聚光的焦点位置而任意地变更。另外，作为由激光进行的孔加工，由于随着加工从被加工物的表面侧向内部进展，激光能量在加工中被消耗而衰减，因此，越是内部孔径越小。另外，即使在使用波长为CO₂激光波长的十分之一即1.06μm的YAG激光进行开孔加工的情况下，也能够与CO₂激光同样地实现热影响较小的孔加工。

另外，在开孔加工中，如果使用激光波长为紫外线区域的UV－YAG激光或准分子激光、可见光区域的绿色激光，则会引起因紫外线光或可见光导致的电子激发的键分解而成为光化学加工（消融加工），从而与作为红外激光的CO₂激光或YAG激光、光纤激光相比，能够使对骨和植入材料等的热影响变小。

另外，如果使用UV－YAG激光、准分子激光及绿色激光对骨和植入材料进行孔加工，则与作为红外激光的CO₂、YAG激光相比，能够实现微小的孔加工。即，无论使用哪一种激光（作为红外激光的CO₂激光或YAG激光、作为紫外激光的UV－YAG激光、准分子激光、绿色激光），都能够实现热影响较小的对骨及植入材料的开孔加工。

另外，开孔处理能够由CO₂激光、YAG激光、光纤激光、准分子激光、UV－YAG激光等中的任一种激光进行。

图8（c）为，从在图8（b）中骨51上开孔的部分进一步照射CO₂激光4，如果植入部件52熔融，则进一步产生发泡部分5。如前所述，由于在骨51上加工出的孔是前端变细，因此，在从植入部件52观察的情况下是前端***的孔。由此，如果发泡部分5进入该孔中，则从图8（c）可知，发泡部分5形成朝向植入部件52方向难以脱落的结构。并且，由于发泡部分5与植入部件52是一体的，因此，植入部件52与骨51牢固地连接。在这里，植入材料的熔融·发泡处理也可以由CO₂激光、YAG激光、光纤激光、准分子激光、UV－YAG激光等中的任一种激光实现。

图9是使堇青石与羟基磷灰石的混合比例为60%/40%的植入部件52的加工物对接并进行激光焊接时的焊道53的照片。图9（a）是对接部的照片，图9（b）是9（a）中由○包围的部分即对接部的放大照片。在激光加工条件为CO₂激光、功率400W、加工速度1m/min下实施。焊道53的宽度为2.65mm，深度为1.01mm。在焊接部处没有产生裂纹（开裂），得到良好的焊接品质。

另外，由于激光照射时间设定得越长，熔融区域特别是深度方向的区域越大，因此对应于接合强度而对激光照射时间进行变更。即，在接合要求高强度的情况下，加工条件确定部30将激光照射时间设定得较长，在接合不需要高强度的情况下，将激光照射时间设定得较短。加工条件确定部30可以基于来自用户的指示（来自输入单元的指令）设定激光照射时间，也可以基于亮度检测部41检测出的亮度，设定激光照射时间。

另外，激光加工装置1通过焦点位置的调整和聚光光学部件的选择也能够使熔融区域扩大。由此，加工条件确定部30选择与熔融区域相对应的焦点位置作为加工条件，并对焦点位置控制部23进行指示。另外，激光加工装置1也可以构成为，能够在每一次激光加工中选择与熔融区域相对应的聚光光学部件。例如，其构成为，在激光照射部分距离激光照射部10较远的情况下，选择焦距较长的聚光光学部件，在较近的情况下，选择焦距较短的聚光光学部件。另外，也可以按照基于来自加工条件确定部30的指示，自动地变更聚光光学部件的方式构成激光加工装置1。当然，激光加工装置1的使用者也可以预先手动地对聚光光学部件进行变更。

另外，激光加工装置1可以使用任一种激光振荡器和聚光光学部件。例如在开孔工序中，激光加工装置1能够通过使用能够得到高能量密度的激光振荡器和聚光光学部件而得到微小的孔。

但是，如果是具有实施方式1中的混合比的植入材料，则在普通的激光加工条件下就能够得到良好的接合部。但是，在异常的激光条件下，例如过度的激光输出或照射时间，有时也会接合不良。在得到良好接合部和接合不良的情况下，接合部附近的亮度不同。由此，例如，如果以不进行亮度的监视的状态进行激光加工，则在激光加工条件的设定存在问题的情况下，有时会对骨51和植入部件52施加大于或等于开孔或接合所需的输入热量的激光能量。并且，如果存在过度输入热量，则被加工物中受到热影响的部分变大，并且，熔融物不凝固而是发生飞散，使接合不良。另一方面，作为本实施方式的激光加工装置1，亮度检测部41进行亮度检测（监视），并且，由于使用检测出的亮度确定加工条件，因此，例如即使加工条件异常，也能够得到良好的接合部。

另外，在本实施方式中，对激光加工装置1具有亮度检测部41和时间测量部42的结构进行了说明，但也可以形成为激光加工装置1不具有亮度检测部41和时间测量部42的结构。在该情况下，激光加工装置1的使用者通过目测对被加工物的加工状态进行检测，加工条件确定部30基于使用者输入的指示信息，确定加工条件。即，激光加工装置1在不通过亮度检测部41和时间测量部42进行加工状态的检测的状态下，确定被加工物的加工条件。当然，如果设定了适当的加工条件，则只要是具有实施方式1的混合比的植入材料，不考虑亮度也能够得到良好的接合。

另外，由于加工条件确定部30基于亮度检测部41检测出的亮度和时间测量部42测量的时间而确定加工条件，并向被加工物进行激光照射，因此能够进行与被加工物相对应的适当的激光照射和接合处理。另外，在本实施方式中说明的激光加工装置1的各处理中的、作为自动进行的处理而说明的全部或者部分处理，也可以手动进行。

另外，加工条件确定部30确定激光能级、激光种类、焦点位置、激光照射时间等作为加工条件，基于所确定的加工条件对被加工物进行激光照射，因此，在被加工物的每一次开孔处理和接合处理时，都能够进行稳定的、适当的开孔处理和接合处理。

实施方式3

通过使用在实施方式2中说明的激光加工机及激光加工方法，对实施方式1中说明的由植入材料成型的植入部件进行激光接合，从而能够实现下述应用，其中，该植入材料是以适当的重量比在羟基磷灰石中混合堇青石而形成的。

本发明所涉及的激光加工能够实现在外科手术时在狭窄的空间中实现陶瓷熔融，而不对生物体造成不良影响且不发生开裂。即，根据实施方式1所涉及的植入材料，在通常的加工条件下不会发生开裂，另外，利用来自激光加工装置1（激光照射部10）的激光进行的加热具有下述优点，即，根据加工条件确定部30的加工条件的指示（来自能级控制部21、激光切换控制部22、焦点位置控制部23的控制），在使被加工物温度升高的区域在空间及时间上受限的范围内完成加工，本发明作为外科手术方法是有效的。

另外，激光加工装置1通过使用高能量密度的激光振荡器和聚光光学部件，从而能够在短时间内完成加工，能够减小对骨51和植入部件52的热影响。

另外，对于由激光加工装置1进行加工的被加工物，骨51和植入部件52配置为哪一方在上、哪一方在下都可以，另外，骨51和植入部件52的接缝可以是重叠接缝、对接接缝中的任一种。另外，对于本发明中的骨，可以对包含人骨在内的任一种动物的骨进行激光加工。

另外，在本发明中，由于能够在短时间内容易地将骨与植入部件之间接合，因此，在将骨与植入部件接合的治疗时，能够防止在植入部件与骨之间的结合中彼此位置关系发生错位，能够在短时间内容易地进行治疗。另外，不需要以往在接合治疗中必需的大规模固定用夹具，即使在治疗中也能够提供舒适的生活。

如上所述，对于在动物体内进行骨51与植入部件52之间的接合的外科手术进行了说明，当然也可以将骨51从动物体内取出，在动物体外进行激光加工。在将骨51从动物体内取出而将骨51与植入部件52接合的情况下，根据需要将接合后的骨51和植入部件52放回动物体内。当然，可以将接合后的骨放回取出骨的动物体内，也可以移植到其它动物体内。

另外，通过将从动物上取出的骨与实施方式1的植入部件之间接合、或者将多个实施方式1的植入部件之间接合，从而能够在短时间内容易地制成新的形状的植入部件。特别地，在制造其它部分为简单形状而局部为复杂形状的植入部件的情况下，可以采用分别制造复杂部分和简单部分，而在后续工序中将它们通过激光加工进行接合这样的制造工序，与一次性对整体进行金属模成型或切削成型的方法相比，对于缩短加工时间和减少加工费用非常有效。

如上所述，根据本发明，由于在进行骨与植入部件之间或者植入部件之间的接合时，照射CO₂激光或YAG激光等激光，因此能够在短时间内容易地使骨与植入部件之间或者植入部件之间接合，在外科手术和新的植入部件的制造中能够发挥效果。另外，在上述全部实施方式中，通过骨进行了说明，但将骨换成牙齿也能够得到相同的效果。

工业实用性

如上所述，本发明所涉及的植入材料适合于通过激光加工实现的接合，特别适合于骨或牙齿与植入部件之间、及植入部件之间的接合。

标号的说明

1 激光加工装置

4 激光

5 发泡部分

6 激光照射位置

10 激光照射部

21 能级控制部

22 激光切换控制部

23 焦点位置控制部

30 加工条件确定部

41 亮度检测部

42 时间测量部

51 骨

52 植入部件

53 焊道

Claims

1.一种植入材料，其使用于人工骨或人工齿根等的制造，其特征在于，

在羟基磷灰石中混合有重量比至少大于或等于25.7%的堇青石、石英玻璃或者堇青石与石英玻璃的混合物。

2.根据权利要求1所述的植入材料，其特征在于，

对应于向使用所述植入材料而成型的植入部件照射激光时的期望熔深，使所述堇青石、石英玻璃或者堇青石与石英玻璃的混合物的重量比增加。

3.根据权利要求2所述的植入材料，其特征在于，

在将所述堇青石、石英玻璃或者堇青石与石英玻璃的混合物的重量比设为W（%），将所述熔深设为D（mm）的情况下，对应于D而使W满足下述算式，

W≧5.8×D＋25.7。

4.一种植入部件，其使用权利要求1、2或3中任一项所述的植入材料而成型。

5.根据权利要求4所述的植入部件，其特征在于，

在所述植入部件中，

在存在通过激光加工而熔融的可能性的表面区域中使用所述植入材料。

6.一种植入部件制造方法，其中，

通过激光加工而将权利要求4或权利要求5中所述的植入部件与从动物上取出的骨或牙齿接合，制造出新形状的植入部件。

7.一种植入部件制造方法，其中，

将多个在权利要求4或权利要求5中所述的植入部件通过激光加工而接合，制造出新形状的植入部件。

8.根据权利要求6所述的植入部件制造方法，其特征在于，

通过所述激光加工而进行的接合中包含下述工序：

将骨或牙齿配置在激光的照射侧，将所述植入部件相对于所述骨或牙齿而配置在反照射侧的工序，其中，反照射侧是与所述照射侧相反那一侧；

将激光照射在所述骨或牙齿上而开孔的工序；以及

穿过在所述骨或牙齿的开孔工序中生成的所述骨或牙齿的孔，将激光照射在所述植入部件上，使所述植入部件的激光照射部发泡的工序。

9.根据权利要求7所述的植入部件制造方法，其特征在于，

通过所述激光加工而进行的接合包含下述工序：

将所述多个植入部件重叠配置的工序；

将激光照射在所述重叠的植入部件中的配置在激光照射侧的植入部件上而开孔的工序；以及

穿过在所述植入部件的开孔工序中生成的孔，将激光照射在所述重叠的植入部件中与开设有所述孔的所述植入部件相比配置在与所述照射侧相反那一侧即反照射侧的植入部件上，使激光照射部发泡的工序。

10.一种激光加工方法，其将权利要求4或权利要求5中所述的植入部件与骨或牙齿接合，

该激光加工方法的特征在于，包含下述工序：

将骨或牙齿配置在激光的照射侧，将所述植入部件相对于所述骨或牙齿而配置在与所述照射侧相反那一侧即反照射侧的工序；

将激光照射在所述骨或牙齿上而开孔的工序；以及

11.一种激光加工方法，其使两个在权利要求4或权利要求5中所述的植入部件之间接合，

所述激光加工方法的特征在于，包含下述工序：

将所述两个植入部件重叠配置的工序；

穿过所述孔，将激光照射在所述重叠的植入部件中配置在与所述照射侧相反那一侧即反照射侧的植入部件上，使激光照射部发泡的工序。

12.一种激光加工方法，其使权利要求4或权利要求5所述的植入部件接合，

所述激光加工方法的特征在于，包含下述工序：

使多个所述植入部件对接配置的工序；以及

将激光照射在所述对接配置的植入部件之间的边界区域或其附近的工序。

13.一种激光加工方法，其使权利要求4或权利要求5中所述的植入部件与骨或牙齿接合，

所述激光加工方法的特征在于，包含下述工序：

形成下述位置关系的工序，即，将所述骨或牙齿配置在激光的照射侧，将所述植入部件相对于所述骨或牙齿而配置在与所述照射侧相反那一侧即反照射侧；

将激光照射在所述骨或牙齿上而开孔的工序；以及

穿过该加工形成的孔，将激光照射在所述植入部件上，使所述植入部件与所述骨或牙齿接合的工序。

14.一种激光加工装置，其特征在于，

具有下述单元：

产生激光的单元，该激光具有能够使配置在激光照射侧的权利要求4或权利要求5中所述的植入部件熔融的波长；

与该激光产生单元连接并调整为所选择的能级的单元；以及

使激光聚光而用于该熔融及接合的单元。

15.根据权利要求14所述的激光加工装置，其特征在于，

还具有：

对加工中的加工部附近的亮度进行监视的单元；以及

对应于该监视单元的输出而控制使得加工条件成为适当值的单元。

16.一种激光加工装置，其特征在于，

具有下述单元：

产生激光的单元，该激光具有能够使权利要求4或权利要求5中所述的植入部件熔融的波长；

与该激光产生单元连接并调整为所选择的能级的单元；以及

使激光聚光而用于该熔融及接合的单元。

17.根据权利要求16所述的激光加工装置，其特征在于，

还具有：

对加工中的加工部附近的亮度进行监视的单元；以及

18.一种激光加工装置，其将激光照射在骨及/或权利要求4所述的植入部件上，对骨及/或权利要求4中所述的植入部件进行激光加工，

所述激光加工装置的特征在于，具有：

激光照射部，其将激光照射在所述骨与植入部件之间的接合位置；

加工条件确定部，其确定使所述骨与植入部件接合时的所述骨及/或植入部件的加工条件；以及

控制部，其基于所述加工条件确定部所确定的加工条件，对使所述骨与植入部件接合时的激光照射进行控制。

19.根据权利要求18所述的激光加工装置，其特征在于，

该激光加工装置还具有加工状态检测部，该加工状态检测部对所述激光照射部向所述接合位置照射激光而使所述骨与植入部件接合时的所述骨及/或植入部件的加工状态进行检测，

所述加工条件确定部根据所述加工状态检测部检测出的加工状态，确定所述骨及/或植入部件的加工条件。

20.根据权利要求19所述的激光加工装置，其特征在于，

所述激光照射部向所述骨或植入部件照射激光，进行所述骨或植入部件的开孔处理，并且，所述加工状态检测部对进行所述骨或植入部件的开孔处理时的加工状态进行检测，而且，所述加工条件确定部确定进行所述骨或植入部件的开孔处理时的加工条件，而且，所述控制部对进行所述骨或植入部件的开孔处理时的激光照射进行控制。

21.根据权利要求19或20所述的激光加工装置，其特征在于，

所述加工状态检测部具有亮度检测部，该亮度检测部对所述骨及/或植入部件的亮度进行检测，

所述加工条件确定部确定与所述亮度检测部检测出的亮度相对应的加工条件。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

所述加工状态检测部具有时间测量部，该时间测量部对所述骨或植入部件的激光照射时间进行测量，

所述加工条件确定部确定与所述时间测量部测得的激光照射时间相对应的加工条件。

23.根据权利要求18至22中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

所述控制部具有能级控制部，该能级控制部对所述激光照射部照射的激光的能级进行控制。

24.根据权利要求18至23中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

所述控制部具有激光切换控制部，该激光切换控制部对所述激光照射部照射的激光的种类切换进行控制。

25.根据权利要求18至24中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

所述控制部具有焦点位置控制部，该焦点位置控制部对所述激光照射部照射的激光的焦点位置进行控制。

26.根据权利要求18至25中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

所述控制部对所述激光照射部照射的激光的照射时间进行控制。